具有互动研讨功能的录播系统设计

2012-04-29钱震张秋

现代教育技术 2012年9期

钱震　张秋

【摘要】随着我国经济的快速发展，教育信息化也得到了迅速发展。目前教育信息化已逐步从硬件基础设施建设转向以应用和资源建设为主的阶段。重视资源建设成为一种教育行业的共识，教学资源，很大部分还是通过录播系统记录、获取。互动研讨功能的录播系统是将传统意义上的手拉手会议系统、互动平板电视与录播系统相结合的综合性多功能系统。既可以组合，也可以分解成几个子系统，用户可以自由选择搭建，比较好地适应各种教学需求，节省开支。文章介绍了互动研讨录播系统的设计与实现，供大家参考。

【关键词】互动研讨；录播系统；教学资源

【中图分类号】G40-057【文献标识码】A【论文编号】1009－8097(2012)09－0045－05

随着中国教育技术协会技术标准委员会制定的教育技术行业标准《多媒体教学环境工程建设规范》的正式颁布，教育技术行业的从业人员在设计与建设相关的系统项目时，有了一套完整的指导规范。如今，在高校的教学中，研究生教育引起越来越多的重视，招生规模也越来越大，各高校教师给研究生上课大量采用的是互动研讨教学模式。互动研讨型的教学模式给研发录播系统的企业带来了新的市场。为此，苏州科技学院网络与教育技术中心和深圳市锐取信息技术股份有限公司合作，以教育技术行业标准《多媒体教学环境工程建设规范》为技术基础，共同设计研发了一套适合研讨型课堂教学的录播系统，供大家参考。

一录播系统总体要求

录播系统是数字教学资源建设的重要工具，实现系统的智能化控制和数字媒体资源的共享，这是教学资源建设的总体要求。

1、录播系统的基本要求

录播系统应当尽可能完整地记录和直播有效的课堂信息，包括：授课教师的音视频信息；教学设备的音视频信息；学生的音视频信息。

2、录播系统的扩展要求

建立远程监控，建立与其他数字化信息系统的安全共享是对录播系统的扩展要求。

3、录播系统功能要求

录播系统应具有对音频、视频和计算机信号等多路音视频信号同步(声画同步、行场同步)录制、直播、点播的功能；

录播系统应具备对各种信号进行采集、编码、传输、混合、存储的能力；

录播系统应具备对录制内容自动上传、分类存储、发布、检索的功能；

录播系统应具备在线用户的管理功能；

录播系统应具备第三方系统接口，可与其他系统对接实现文件发布、共享；

录播系统应支持集中控制，能对设备进行集中管理、控制和操作；

录播系统的摄像机控制系统应具备变焦控制、聚焦控制，光圈控制、白平衡控制、黑平衡控制、云台可变速旋转控制和预置记忆功能；

录播系统自动跟踪系统在讲台区域内应平稳、准确地控制摄像机对授课教师的跟踪，且拍摄的画面构图合理；

高清录播系统应兼容标清录播。

4、录播系统的扩展功能

录播系统宜具备远程监控模块，监控模块应具备对录播系统的完全实时监控能力。包括录播操作(开始、停止、暂停、画面切换)，录音电平的实时监控，摄像机的实时监控，录播模式的选择，录制媒体格式和参数的设置，录播分类管理，录制内容网络存储位置设置等；

宜支持校园用户信息导入、课表关联功能；宜支持多级用户访问权限；宜具备存储空间的扩展能力；宜具备远程网络升级能力；宜具备自动添加片头、片尾能力；宜具备叠加字幕和图片能力，可生成水印效果。

系统录制模式宜支持单画面电影单流模式、多画面单流模式、多画面多流模式的选择；系统宜具备对录制视频添加元数据的能力；

系统宜具备对录制的视频添加章节索引能力，支持PPT自动索引及手动索引功能，索引宜采用文字索引、图片索引方式；系统宜具备生成SCORM资源格式；

系统宜支持单播、组播两种直播方式。

录播系统的详细功能要求参照参考文献[1]。

二具有互动研讨功能的录播系统

所谓互动研讨功能，是指该系统除了能够通过网络与其他教室进行互动外，在本地也可以进行发言者之间的互动，即老师与学生之间、学生与学生之间均可以互动。且每个发言者的演讲内容都可以在具有互动功能的液晶平板电视或者是带有互动功能的电子白板上显示出来。发言者既可以在自己的座位上演讲，也可以到大屏幕显示设备前演讲。发言者的形象和发言内容，通过录播系统同步记录下来。

互动研讨功能的录播系统是在常规的录播系统基础上，再加上会议系统、手拉手摄像自动跟踪系统、互动平板显示系统、视音频信号切换等子系统共同构建，见图1“系统连接拓扑图”。它除了需要包含上述录播系统所具有的要求和功能以外，还需要具备以下功能；

(1)手拉手会议发言系统主要完成本地的声音拾取，并配合摄像自动跟踪系统完成对发言者的跟踪；

(2)摄像自动跟踪系统根据手拉手发言主机的信息自动完成摄像机的跟踪拍摄工作；

(3)视音频信号切换系统主要是实现在不插拔信号线的情况下，完成不同研讨者携带电脑的视音频信号在大屏幕和扩音设备上的显示与播放；

(4)互动平板显示系统或者带有互动功能的电子白板是将发言者的讲演内容显示给现场观众，并能实现人机互动：

(5)录播系统完成整个研讨课程实况的录播和对外发布功能：

三具有互动研讨功能录播系统的设计

1、要求

本项目是在一间8m×10m的小教室里，设计一套能够举行小型会议、学术研讨，满足研究生上课要求，并能通过网络将现场视音频信号传达到其他教室，实现直播，录播和点播功能的教学系统。

2、需求分析

目前常规的录播系统，实现现场直播，录播和点播功能是没有问题的。但是遇到多人发言的小型会议、多人演讲的学术研讨，并且每个发言者既可以在自己的座位上，通过笔记本电脑和大屏显示设备与现场观众研讨，又可以到大屏显示设备前，通过与大屏显示设备实现人机互动，将演讲内容展示给现场观众；系统还能将演讲人和演讲内容实时记录或发布。这就常规的录播系统的自动跟踪带来了新的课题。

图2所示为我们设计的系统设备的现场布局图。

3、设计的关键点

常规的录播系统，主要是针对一名教师与众多学生之间的互动教学活动的录制、发布。在录制时，老师的行走路线是比较固定的、有规律的，通过投影机或其他大屏幕显示设备显示的老师的讲授内容以及学生回答问题的画面等，都可以通过人脸识别技术和基于机器视觉原理的图像跟踪方式来实现对移动人员的跟踪拍摄。

图像跟踪设备完全基于高速DSP处理及先进的智能视觉处理技术，一镜实现360°全域精确目标跟踪定位，直接对录制视频图像进行分析，主讲人讲课时无需佩戴任何定位设备，也无须安装任何红外、超声波、射频发射器等辅助定位装置，更无需安装图像定位摄像机，完全实现常态化教学。

系统采用精密云台机械传动结构和先进的云台驱动控制算法，可无噪音地完成跟踪动作，对拍摄现场影响极低，可与周边环境自然融合在一起。

跟踪过程中不受光线或光源干扰、不受目标姿态变化影响，不受其他目标干扰等的影响，能够过滤所跟踪目标的微小动作，具有非常稳定、平滑、自然的平移/俯仰/缩放动作，十分适合在教室、会议室等场合使用。当主讲人头部进入事先设置的触发区域，自动跟踪系统会发出指令调用近景预置位将教师进行锁定跟踪。图3为全景、近景位置的跟踪模式。

系统支持各种标准云台控制协议的标清、高清摄像机，可根据实际情况灵活选择，保证自然、清晰、稳定的高质量跟踪视频图像，不同跟踪模式的比较见表1。

具有互动研讨功能录播系统除了可以像上述录播系统一样，完成教学录制任务外，还可以将多个演讲人的演讲内容实时显示并且做到系统自动跟踪发言者，拾取其讲话内容和讲话画面。

这次设计的具有互动研讨功能录播系统，设置了10个固定发言席和1个自由发言席。11个发言席都可以将各自的发言内容显示到大屏幕上，实现现场交流互动。

4、主要设备配置

系统主要设备配置如表2所示，整个系统配置了4台摄像机，其中3台配合手拉手系统实现摄像自动跟踪功能，另外1台完成现场的全景图像和大屏显示设备前区域的实时跟踪拍摄工作。现场布局如图2所示，除麦克风和摄像机放置在研讨教室内，其他设备均放置在隔壁控制室的机柜中，所有线材在预埋时均置于房间的同一角落，并露出地面2-3米。

四主要子系统配置和功能说明

1、录播系统

鉴于学术研讨室对现场拍摄图像的高标准要求，在记录发言人的图像同时，还要将会场其他图像实时记录下来。

录播设备具体配置如下：

录播服务器1台：实现学术研讨室录像与直播。

标清编码器5台；负责拾取学术研讨室中4个摄像机的图像信号以及1个自动跟踪切换信号，支持的信号有CIF／4CIF／D1

VGA编码器1台：VGA编码器主要负责采集电脑信号，学术研讨室中一般主要是对PPT信号。分辨率最高支持1280×1024，帧率15帧。

录播系统的功能主要有如下7条：

(1)实时直播功能

系统采用B／S访问架构，支持跨浏览器、跨操作系统平台直播功能，无论使用的是Windows操作系统还是Mac OS，均可使用相应浏览器接受教学直播。可通过所有流行的浏览器登录录播服务器接收直播的视频、音频和计算机动态屏幕内容，包括Microsoi～Intemet Explorer、Mozilla Firefox、AppleSafari等。

可根据需要自由切换直播界面显示模式，包括全屏、画中画、画外画、等画面、独立画面等5种画面显示模式。

(2)事后点播功能

系统内置课程点播功能，可通过m浏览器点播。点播时用户可通过文本模式或图片模式查找想要点播的文件，也可以通过课件名称、课程录制时间、讲课教师、课程名等信息搜索需要点播的文件。点播时观看到的内容不仅包括视频、音频内容还可根据PPT图片索引或文字索引跳转点播课件的段落。

系统支持图片、文字、图片+文字三种索引方式查看课件内容。

(3)智能的录制功能

采用分布式导播功能，可以实现前端6路视频输入以及多间教室的导播切换功能，多种分辨率可调。经过导播后，单流单画面的电影模式视频文件和多流多路文件同时生成，方便后期编辑。

(4)课件点评功能

点播用户观看完点播文件后可发表对教师讲课效果的评论，点评形式同时支持文字评论和直接打分两种形式，点评内容直接通过浏览器发布到多媒体录播系统。其他点播用户可以实时查看到课程点评信息，也可以给出自己的评论。

(5)用户管理功能

系统支持多级用户权限管理功能，用户可灵活进行权限分配。用户可将系统的管理权限分为多个不同级别的用户组，不同级别的用户组的管理权限也不一样，当有新用户加入时，只需要将该用户分配到事先建好的用户组中即可。灵活、强大的用户管理功能满足多间教室、多用户管理需求。

(6)在线编辑功能

在线编辑可对前期通过自动图片索引功能生成的课件进行编辑，不需具备专业的视频编辑知识，教师可以通过Web的方式，对录制的课程视频在线添加索引，删除、替换已有索引文件，可加入文字索引，轻松实现图片、文字双索引功能，以便用户进行点播时更便捷地观看。可添加课件的片头、片尾。

可对视频文件进行剪切和替换，编辑完后可在线保存实时发布，也可以保存为新的课件实时发布。视频剪切和替换可同时进行，可对同一文件多处进行逐一修改，修改完后统一保存，不会影响视频、音频和计算机动态屏幕的同步播放。

通过在线编辑功能，也可以将多个课程文件合并为一个课程文件。

(7)课件管理功能

具有课件管理权限的用户可对录制好的课件进行管理，可查看课件的详细信息(包括：课件名称、课件时长、录制时间、课件的录制质量等)；可修改课件基本信息(包括：课件名、课程名、授课教师、备注信息等)；可将该课件归档到其他的授课教室，以便其他班级的学生可以观看；通过下载工具可将课件下载到本地离线观看或将录制文件刻成光盘以便保存。

用户可通过文本模式或图片模式查看课件基本信息。

2、VGA切换系统

在研讨教学中，会有多人进行发言讨论，需要在大屏幕上显示发言者自带电脑的视音频信号，如果使用一般的视音频矩阵或切换器，进行信号源切换时，需要到机柜位置进行操作，增加了与研讨不相干的工作量，如果使用中控设备，这样会增加额外的费用。

综合考虑，我们在每个座位对应的会议桌面上安装快切按键进行视音频信号切换，使用方便，资金投入较少。

3、手拉手及摄像跟踪系统

研讨型课堂的一个特点就是发言人众多，且发言人随机性高，因此需要部署多个发言单元，将每个发言人的形象和演讲内容实时录制下来以满足实际应用需求。考虑到这两方面的因素，我们采用了手拉手会议系统，同时主机配置自动跟踪模块，从而满足研讨的录制需求。如图4所示。

4、大屏幕显示系统

由于教室比较小，只有8m×10m，按照《多媒体教学环境建设规范》要求，选用了一台70寸的具有人机互动功能的液晶平板电视，既能在研讨时将发言者的演讲内容显示出来，也可以将视频信息传输给录播服务器，还能在普通课堂上显示教学板书。

5、扩声系统

扩声系统的设计，采用了吸顶扬声器嵌顶安装方式。功率与设备选型参照参考文献[2]。

6、声场环境

考虑到在这么小的空间，既要拾音又要扩音，还要录音。适当对墙面和房顶做一些吸音处理是很有必要的。墙面采用2cm龙骨加穿孔板，内填吸音棉；房顶采用穿孔石膏板。设计要求参照参考文献[3]。