基于Web的多媒体录播系统的设计与实现

卜晓霞　张盈盈　郑晓哲

摘 要 本文介绍了一种基于Web的多媒体录播系统方案，并从视频采集、音频采集、自动跟踪定位技术三个关键点详细分析了相关的拓扑结构和技术规范。考虑到成本与实用性，教师摄像机的自动跟踪拍摄系统综合采用超声波和红外线技术两种跟踪方式。

【关键词】多媒体录播系统 视频采集 音频采集 自动跟踪定位

本系统由一个主控中心和若干个多媒体教室构成，依托网络互联将教学中的视频、音频信号和计算机动态屏幕信号进行一体化的同步录制、直播，实现网络教学、教学监控、资源存储和发布的主要功能，高效解决课堂教学的共享问题。

1 系统架构

本系统采用前后台分离的模式，前台设备负责信号的采集，后台设备负责信号的处理，而前后台设备之间通过IP网络进行通讯。教学现场的视音频信号采集后由视音频编码器完成编码，计算机动态屏幕信号通过硬件方式使用VGA编码器进行。前台采用的图像分析自动跟踪系统实现对多路视频编码器采集的视频信号的监控。声音控制系统则负责记录课堂师生互动的音频。前台采集到的视音频信号通过IP网络发送到后台的多媒体录播服务器。多媒体录播服务器整合多路视音频信号生成通用格式编码的流媒体文件，同时进行同步一体化的直播和点播。

2 系统设计与实现

多媒体录播系统本系统主要包含视频采集系统、音频采集系统、跟踪定位系统、录播控制系统、视频的同步录制直播点播5个部分。

2.1 视频采集系统

录播系统的视频信号分为三路：教师的授课形象、动作；学生的听课及发言互动情况；电脑屏幕显示的课件等电脑动态屏幕信号。因此，视频信号采集系统由摄像机组（包括教师摄像机、学生摄像机、计算机屏幕摄像机）组成，整个摄像机组统一采用带预置位的高速的高速摄像球机SONY EVI-D70P。

考虑到要降低摄像头视频采集线程的运行对CPU 时间的占用率问题，在Windows 平台上本系统采用Direct Show 技术来控制摄像头对视频数据的采集。教师视频信号和学生视频信号都由H.264视频编码器来编码，而计算机动态屏幕信号采用VGA编码器进行编码。

2.2 音频采集系统

录播系统的音频信号同样分为三路：教师讲课的声音；学生与教师之间相互的对话；教学课件等教学场景下的音频信号。

授课过程中教师使用无线话筒，而学生区域根据教室的大小选用6只强指向性话筒。由于多只话筒同时使用容易产生啸叫，且采集到的声音质量会由于学生距离话筒的远近而不同，因此在本系统中增加了一套麦特-9000智能混音器。混音器混音后将音频信号输出给视音频编码器和功放。

2.3 跟踪定位系统

智能跟踪定位系统实现对教师、学生位置的智能跟踪，并根据授课过程自动切换视频。目前市场上跟踪技术主要有红外、超声波、视频跟踪定位技术3种。

2.3.1 教师摄像机自动跟踪拍摄系统

考虑到成本问题，本系统综合采用超声波和红外线技术两种跟踪方式。本系统将红外发射装置（通常集成于无线话筒中）放置在跟踪目标身上， 控制主讲教师的活动画面，确保教师图像被牢牢地锁定到图像中央而不会跑到画面之外，而接收装置安放在摄像机上。教师摄像机接收到红外信号后，立即锁定跟踪对象，并进行全方位跟踪。将多个具有特殊频率的超声波发射和接收装置安装在黑板下方，根据超声波接收装置接收的反射波变化来决定摄像机拍摄的方向。当授课教师背对摄像机书写板书时，给出黑板特写位。

2.3.2 学生摄像机自动跟踪拍摄系统

对于学生的互动环节，学生自动跟踪摄像系统采取学生主动触发的方式进行控制。每位学生课桌面边上安装一小型无线触发式开关机 Wat-cin（学生只要手按其开关， 即可发送信号） ，通过无线接收机War-in，以RS485通讯联动，启动高速球机的预置位，达到自动定位作用。学生摄像机拍摄整个教室的学生上课情况，如果有学生起立发言时对发言的学生即可进行特写拍摄，回答完毕后切回教室内的学生全景拍摄。

2.3.3 教师机自动跟踪拍摄系统

系统最多支持同时录制两路视音频信号和一路计算机动态屏幕内容。教师机自动跟踪拍摄系统采用集抓屏软件、高压缩算法、录制课件于一身PowerCreator作为课件制作工具。

2.4 录播控制系统

录播控制系统是多媒体录播服务器系统的核心，涉及全自动录制功能和人工导播功能。教师可通过桌面式中控系统实现一键上下课、暂停、继续等功能，同时可控制教室内的其它如投影机、幕布、电子白板等设备。人工导播技术，由控制室导播员完成画面的切换。

2.5 视频的同步录制、直播、点播

为了最大限度的减少网络带宽的占用，软件采用流媒体编码规范，生成适合互联网系统的流媒体格式文件和数据包。利用B/S访问架构方式，可以在任意系统和浏览器上进行直播功能。内置VOD点播功能，支持多用户同时的点播和直播。

3 多媒体录播系统的实践与效果

本系统已经在我校本科教学的精品课程制作中发挥了积极的作用，高效解决了精品课程资源的共享问题，获得了全校师生的一致好评。

参考文献

[1]于清.互联互通环境下多音频高清播出系统分析与设计[D].北京邮电大学，2010.

[2]韩红玲，崔志恒.红外导航室内移动机器人的系统设计[J].微计算机信息，2008（26）.

[3]罗虹，卞亚红.精品课程制作中全自动录播系统的应用[J].西北医学教育，2010（05）.

作者简介

卜晓霞（1987-），女，硕士研究生学历。现供职于北京中医药大学东方学院。研究方向为计算机智能控制。

作者单位

北京中医药大学东方学院 河北省廊坊市 065001