多功能录播系统在精品资源共享课建设中的应用研究

荆林燕 廖俊杰 马坚丽

（广东轻工职业技术学院教务处，广东 广州 510300）

1 引言

2011年教育部决定在“十二五”期间实施“国家精品开放课程”项目，未来五年将组织高校建设5000门精品资源共享课。2012年教育部办公厅颁布了《精品资源共享课建设工作实施办法》（教高厅[2012]2号），文件中明确提出，精品资源共享课以量大面广的公共基础课、专业基础课和专业核心课为重点，以课程资源系统、丰富和适应网络传播为基本目标，经过国家、省、校三级建设，形成普通本科教育、高等职业教育、网络教育多层次、多类型的优质课程教学资源共建共享体系，为高校师生和社会学习者提供优质课程教学资源[1]。在精品资源共享课建设过程中，课程教学录像是重要环节。教学录像质量的高低直接影响到教学效果，优秀的教学录像不仅能促进学生最大程度地利用网络多媒体资源进行在线预习、学习和复习，帮助教师进行沟通交流、提高教学水平，更在推动教学改革和课程建设中起着重要的作用。

2 精品资源共享课教学录像制作中存在的问题

精品资源共享课不是取代精品课程，而是对原有精品课程进行转型升级。精品资源共享课建设的关键是基于服务，面向转型基础上的课程整体创新设计，实现原有精品课程各项建设内容、教学过程、教学方法和教学资源的升级与规范化[2]。其中，教学录像既是精品共享资源课程建设的重要组成部分，又是转型升级的难点。因此，在国家级精品资源共享课建设技术要求中，专门对教学录像做了技术要求。然而，在目前资源共享课程录制中仍存在着一些问题亟待解决。

2.1 教学录像镜头单一，缺乏视觉吸引力

目前在精品资源共享课程录制中大都采用两机位的录制方式,一台摄像机拍主讲教师，另一台摄像机拍黑板或投影屏幕。由于变换景别和拍摄角度将会产生一些垃圾镜头，因此录制的视频画面景别变化很少。主讲教师成为画面中唯一的主角，很少穿插教师与学生交互的镜头。并且经常是长时间都停留在教师上身像，这样就导致画面过于呆板，不能很好地还原课堂情境，缺乏感染力。对在线学习者来说缺乏视觉吸引力，长时间学习容易产生厌学情绪。

2.2 课程录制画面模糊，无法看清讲授内容

传统课程录制受场地、录制设备所限，拍摄的视频画面往往不够清晰。比如当教师通过投影屏幕展示教学内容或在黑板上书写板书时，需要一台摄像机的特写或近景镜头拍讲授内容，然而在实际录制过程中由于摄像机性能质量、现场灯光及视音频压缩技术等因素的影响，导致最终输出的视频质量层次不齐。有很多教学录像画面不清晰，尤其是当一页PPT内容过多或字体颜色与背景色对比度小时，视频数据经过压缩后，PPT画面内容会模糊不清，严重影响远程学习者的学习效果。

2.3 录制资源更新速度慢，难以满足课程更新需要

按照传统的视频制作方法，教学录像的制作完成需要经过前期准备、拍摄、编辑和压缩上网等环节，每课时课堂实录常常需要花费很多时间。资源共享课服务的重点是“共享”，这就要求制作教学录像是一个不断更新和充实的过程。而在实际的课程建设中，由于教学录像制作的每个环节均需要消耗大量的人力、物力和时间，很难将教学录像及时地进行更新和传播到网络，这样就直接影响了教学录像上网及更新的效率。

以上的缺点表明，现有的“双机拍摄——后期编辑”模式已经明显不能满足资源共享课程教学实录的制作需求，迫切需要革新传统课堂录播技术，构建适合于精品资源共享课程的录播系统。为此，广东轻工职业技术学院联合广州力富视频科技有限公司，共同搭建了多功能录播系统，以满足我校精品资源共享课程建设的需要。

3 多功能录播系统的总体架构

多功能录播系统是通过使用现代多媒体网络技术，协同控制录制机、摄像机、拾音器、调音台以及电子白板等设备，营造一个高精度屏幕显示、高保真音质的现代化多媒体视听教学环境。该系统主要由六个子系统构成，分别是图像定位子系统、智能导播子系统、课件实时录制子系统、课件非线性编辑子系统、视频子系统和音频子系统。整个系统分布在一间专业录播教室中，录播室由主播室和控制室组成（如图1所示）。其中前三个子系统为整个系统的核心部分，下面作简要介绍。

图1 多功能录播系统拓扑图

3.1 图像定位子系统

图像定位子系统主要采用图像识别技术，利用图像匹配模型进行目标的定位、跟踪、识别。图像识别属于人工智能研究领域，是通过存储的信息(记忆中存储的信息)与当前的信息(当时进人感官的信息)进行比较实现对图像的识别[3]。与传统红外、超声波跟踪系统相比较，其具有抗干扰性强、自动对焦、保障画面质量以及环保等优点。该子系统分为教师跟踪系统和学生定位系统。教师跟踪系统具有出众的跟踪性能，无论是教师在上课时快速走动讲授内容，系统均能准确无误地采用不同策略进行自动跟踪拍摄。整个跟踪过程画面连续、稳定、平滑、过渡自然。当教师步伐较快时，系统可以自动切换至教师全景镜头；当教师站定在一个位置时，系统会自动切换至教师特写镜头。学生定位系统通过分布在教室两侧的定位摄像头，定位拍摄学生视频。当学生站起来进行发言时，教室两侧的定位摄像头会对学生进行画面定位，学生特写摄像机会自动地采用特写镜头进行拍摄，学生发言结束后，系统自动返回教师跟踪系统。

3.2 智能导播子系统

智能导播子系统集传统自动录播系统的导播功能和特技切换台功能于一体，是具有多媒体数据（视频、音频、VGA、文本、图片等）实时切换与录播功能的系统软件，实现了调音台、切换台、字幕机等传统硬件录播系统的主要功能。通过浏览器输入IP地址，便可在导播软件上远程控制录制教室的四路视频画面和VGA画面。与传统导播系统相比较，其具有远程导播、自动定义的多视频叠加和随意界面配色等功能。它主要用于课程录制过程中多个场景及多路视频信号源、视/音频文件和计算机画面之间的自动切换。系统可以随着教学活动的变化智能选择切换策略，并实现带特效功能的智能导播，例如字幕添加、多种画面切换效果和自动生成片头等。

3.3 课件实时录制子系统

课件实时录制子系统可以制作带教学课件与索引的教学录像。该种教学录像以网页形式存在并利用网络浏览器进行教学信息浏览，浏览器窗口分为主讲窗口、索引窗口和教学内容窗口三部分。该系统具有动态屏幕捕获功能和自动生成文字索引功能，能够将计算机屏幕内容，包括鼠标运动轨迹、电子白板内容等完全录制下来，并将课件分成多个章节和知识点，以供学习者学习。最终输出有音视频电子文档的流媒体课件，其压缩率较高，能够直接发布到流媒体服务器上供网络学习者点播观看。

4 多功能录播系统在精品资源共享课教学录制中的应用

广东轻工职业技术学院的多功能录播系统自建成后，投入使用两年来，已成功录制完成大量精品资源共享课程，并受到了广大教师的一致好评。笔者作为摄录人员，实际参与了全校精品资源共享课的录制工作。依据精品资源共享课建设技术要求和录制课程的不同类型，笔者总结出多功能录播系统在资源共享课教学录制中的优势及应用模式，以供同行参考。

4.1 多功能录播系统在精品资源共享课教学录制中的优势

4.1.1 多镜头合理切换，还原真实课堂情境

在传统录播模式下，由于只有两个机位进行课程的录制，无法还原真实的课堂情境。在多功能录播系统中包括五路镜头，能够实现不同景别的自然切换，为全面展示课堂教学情境提供了可能。其中四路为摄像机信号，一路为VGA采集卡采集的电脑信号。四路摄像机中有两台安装在教室的后方，负责拍摄教师特写镜头和教师全景镜头。另外两台安装在教室的前方，负责拍摄学生的特写镜头和学生全景镜头。系统主要采用图像识别技术，实现摄像系统的自动跟踪。在课件录制过程中，系统能够避免因摄像机的转动、变焦等产生的垃圾画面。例如当开展互动教学时，系统可以对教师特写镜头、教师全景镜头、学生特写镜头和学生全景镜头进行自动变焦跟踪，实现多镜头间的自动切换。当教师在电脑上进行课件演示时，系统会自动切换到VGA采集卡采集的信号。系统的跟踪灵敏度和平滑度可以根据教学情况进行调整，使拍摄的教学过程更加生动，为在线学习者提供了真实课程教学情境，确保上课内容更加真实清晰。

4.1.2 操作化繁为简，实现教学常态化

在多功能录播系统建成之前，我校主要采用教师上课现场和演播室两种录制方式。但不论何种方式，都需要有两名以上专业技术人员，尤其是在上课现场录制时需要做大量的前期工作。因此传统的录播方式操作复杂，工作人员任务繁重。而多功能录播系统中所包含的全自动录播模式则能够化繁为简，实现教学常态化。它的优势在于操作过程、录制方式和后期编辑都比较简单。前段可以实现无人操作，整个录制过程只需一个后台导播人员即可完成全部操作，录制的人力成本大大降低。同时，教师经过培训后，使用讲台上的控制按钮一样可以完成录制工作。录制完成后无需大量时间编辑，可以大量及时生成课程视频。从而使课程录制工作化繁为简，真正实现了教学常态化。

4.1.3 先进的视音频压缩编码技术，实现课程视频的有效传播

为保证资源共享课程的教学视频质量，在进行课程录制时选用高清录制模式。高清模式下录制的原始视频图像清晰度高，但数据量非常很大，无法在网上进行传播。如何在保证画面质量的前提下减少数据量，数据压缩技术是关键。为此《国家级精品资源共享课建设技术要求》对视频录像压缩标准做了具体规定，如表1所示。多功能录播系统提供了先进的视音频压缩编码技术，不仅包括目前最常用的MPEG-4和H.264两种压缩编码技术，还包括MPEG-2、WMV-HD、MPEG-4AVC等。其中MPEG-4生成微软格式的ASF流媒体格式文件，可被所有的多媒体计算机媒体播放器直接访问浏览。流媒体技术是为解决网络直播、远程教学、远程监控、视频点播和视频会议等多媒体信息源在网络传输中出现的实时性和接收到的多媒体信息的质量等问题的一种新技术[4]。因此，通常在全自动录播模式中，将输出的格式设定为MP4文件格式，这样系统能够实现一边摄录一边压缩数据信号，且将信号直播到远程终端，供在线学习者共享视频资源。

表1 《国家级精品资源共享课建设技术要求》[5]

4.2 多功能录播系统在精品资源共享课教学录制中的应用模式

4.2.1 基于图像识别技术的全自动应用模式

基于图像识别技术的全自动应用模式，主要依托录播系统中的图像定位系统、智能导播系统和远程自动控制技术，自动记录课堂教学的全部活动。该模式中录制人员不需要在授课现场，授课教师也无需做任何辅助操作，便可完成课程录制。这样不但避免了环境因素对教师授课的影响，而且保证了教学效果。该模式适用于教师和学生的位置相对固定，例如教师只能在感应区域内活动。因此当录制理论讲授课、汇报课和复习课等类型的课程时，通常使用全自动应用模式。它的优点包括：（1）自动化程度高、抗干扰能力强；（2）整个录制过程无需人工干预便可完成录制工作；（3）能够实时录制大批量的课程，满足了课程更新的需要。可以说该模式将“教师一边上课一边录课，教学录像实时生成”成为现实。

4.2.2 基于图像识别技术的半自动应用模式

所谓基于图像识别技术的半自动应用模式，是指在图像定位系统开启的前提下，导播人员通过智能导播控制界面或教师通过数字化控制台对不同场景进行切换，以达到最佳教学效果。该模式与全自动模式唯一区别在于，当某些镜头无法满足录制要求时，可以通过“人工干预”对镜头进行合理切换。这里提到的“人工干预”指的是主讲教师或导播人员手动切换不同的镜头画面。值得一提的是在讲台上设有数字化控制台，包括“一键开始/停止”、“一键开/关系统”、“录制通道”等按键。教师可以操作数字化控制台，轻松实现满足自身教学要求的视频。换言之，该模式也解决了“会教书的人不会编辑，会编辑的人不教书”的问题[6]。

4.2.3 传统人工导播应用模式

传统人工导播应用模式也是录播系统用于精品资源共享课教学录像制作最多、最实用的模式之一。在此模式中，导播人员主要利用远程控制系统和人工导播平台完成整个教学录像的录制工作[7]。对于高等职业院校的共享课教学录制来说，尤其强调实践技能的讲授，因此在拍摄实操类精品资源共享课教学录像时，需要导播人员在控制室根据讲授内容实时调整景别，切换不同场景，以达到最佳录制效果。该模式适合于录制一些有特殊要求的课程，例如在开展互动教学、情境教学、实验教学等课程时，教师和学生的位置比较灵活，全自动或半自动应用模式都无法满足课程的录制需求。

5 精品资源共享课课程录制的管理机制

根据实际情况，我校已形成了一套运转良好精品资源共享课教学录像制作的管理机制（如图2所示），整个过程分为预约录制-确定模式-进行录制-检查视频-视频发布。（1）预约录制：首先教师需阅读《课程录制注意事项》并填写《录播室预约登记表》，确定录播模式。（2）确定模式：如果选择“传统人工导播模式”或“基于图像的半自动模式”时，教师需附一份课程录像脚本，方便导播人员了解教学活动。然后将表交予相关工作人员，确定录制时间。（3）进行录课：安排教师进行课程录制工作。（4）审核视频：教师对录制好的视频进行审核，如果符合要求便进入下一步，否则重新预约录制。（5）视频发布，将审核好的视频上传到精品资源共享课网站，完成视频发布环节。我校多功能录播系统自投入使用以来，不仅满足了我校精品资源共享课的录制需求，还满足节省课程的录制成本，提高了教学录像的效率和质量。

图2 精品资源共享课录制的管理机制

6 结语

建设精品资源共享课的根本目标是服务高校师生和学习者，实现优质资源的共享，使精英教育成为平民教育。只有不断将新技术、新媒体、新理念融入到课程资源的建设中，才能实现真正的开放共享。相信随着网络技术和多媒体技术的不断发展，新兴科技产物将为资源共享课程建设作出重要贡献。

[1]教育部办公厅关于印发“精品资源共享课建设工作实施办法”的通知[S].教高厅[2012]2 号.http：//www.moe.edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/s3843/201206/137250.html.

[2]胡来林.精品资源共享课建设策略研究[J].远程教育杂志，2012，(6)：80-85.

[3]范立南，韩晓微，张广渊.图像处理与模式识别[M].北京：科学出版社，2007.

[4][6]张飞碧.全自动智能录播系统的架构分析[J].中国电化教育，2008，(5)：104-108.

[5]教育部高等教育司.国家级精品资源共享课建设技术要求(2012年版)[EB/OL].(2012-06-01)[2013-07-25].http：//www.moe.edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/s6288/201206/137333.html.

[7]邓文新.录播系统在精品课程教学录像制作中的应用研究[J].中国电化教育，2008，（5）：101-103.