高校全自动智能录播系统的构建

【摘 要】全自动智能录播系统的出现和应用，解决了传统多媒体录播系统的诸多瓶颈问题；对设计全自动智能录播系统的功能需求进行分析，阐述了构建系统应从视频信号、音频信号、图像跟踪定位、智能导播及流媒体五个方面综合考虑，提出了将微录播和电子书包的应用与智能录播系统进行整合的发展思路。

【关键词】全自动 智能录播系统 数字化资源

【中图分类号】 G 【文献标识码】 A

【文章编号】0450-9889（2015）06C-0182-02

随着信息化教学建设的不断拓展和深入，传统的多媒体录播系统在实践过程中暴露出越来越多的弊端，如教学视频的制作成本较高，录制及编辑过程需要耗费较多的人力和时间；拍摄、剪辑的技术手段较为单一，图像清晰度不高；拍摄工作人员的现场干预在一定程度上影响了课堂教学情境和教师教学水平的发挥，难以体现出真实的教学特色。近几年，全自动智能录播系统的出现和应用，则可以较好地解决上述问题。全自动智能录播系统是一个集网络技术、流媒体技术、光学技术、软件技术等多种技术手段于一体的智能化系统，因其具备较强的灵活性和可扩展性而被广泛应用于各类教研活动，如视频公开课录制、网络课程点播、讲座直播、远程监控、微格教学等，从而为各高校革新教学手段及促进数字化资源建设提供强有力的技术支持。

一、全自动智能录播系统的功能需求分析

（一）录制功能

要求录播系统的主机可以将多种接口、编码方式的视频、音频及电子设备（如教师机、视频展示台等）的图像信号进行整合同步录制，也能将不同的信号源进行组合接入。音视频流和屏幕流的各种参数均可根据需要进行调整，也可将其预先设置为特定的录制模板，实现快速模板化录制。并可支持单流单画面、单流多画面及多流多画面等视频录制模式，最后形成能够进行后期编辑、点播及在线直播的流媒体文件。

（二）编辑功能

编辑功能是指系统对生成的流媒体文件进行分割、剪切、修改、合并、压缩及添加或删除索引标记等后期处理的功能。通过后期编辑工具，可以实现视频资源在多窗口中进行同步完整回放，方便用户对文件进行精确定位、动态标识等编辑操作，使最后生成的视频画面更为流畅生动。

（三）图像跟踪定位功能

由于在课堂活动中，教师和学生的位置有可能随时发生变化，如教师在讲台上的板书活动、师生之间的互动交流等。为了及时捕捉并真实展现师生活动的镜头画面，要求录播系统具备图像跟踪定位功能，不用手动进行调整，摄像机即可自动准确跟踪定位目标对象的所处区域。

（四）智能导播功能

系统应具备智能导播功能，可在没有后台管理人员操作的情况下，根据教学活动的变化在VGA屏幕、教师、学生、教室全景画面之间进行智能切换和剪辑，以有序展现教学活动的整个动态过程，实现教学视频的自动录制。

（五）后台管理功能

后台管理包括系统用户认证、权限管理、资源分类、视频点播直播等功能。录制的视频可以通过校园网或互联网在校内外进行实时直播，获得授权的终端用户通过IE浏览器登录到系统平台后，便可进入资源列表检索和点播相应的视频内容。此外，生成的视频文件也可以兼容于第三方的播放软件。

二、全自动智能录播系统的构建

（一）视频信号系统

视频信号采集系统至少包含有针对教师、学生和黑板三个不同机位的摄像机。图像的清晰记录和还原必须借助于高性能的视频信号采集设备。为能快速准确地跟踪拍摄对象，教师摄像机和学生摄像机往往是采用具有智能旋转功能的云台式球型摄像机。通过对摄像机的镜头角度及焦距等参数值进行预设，便可在拍摄过程中快速启用预设参数来使云台和摄像头及时调整至相应位置。黑板摄像机要求应能针对黑板的局部和全景进行清晰拍摄，因此摄像机的配置可根据黑板的宽度及摄像定位角度来制定不同方案。如果采用定焦距的摄像方案，则需3～4台固定安装的摄像机；如果同样采用球型摄像机，那么通常只需安装一台具有自动变焦功能的摄像机即可。

（二）音频信号系统

音频信号系统的功能主要是负责采集、处理教师讲课和学生回答、讨论问题的语音信息。系统中的拾音设备一般由教师拾音话筒和学生拾音话筒组成。音频信号的采集直接关系到视频文件的音质，也会在很大程度上影响视频的播放效果，因此需针对教学活动中教师和学生不同的行为特点来选取拾音话筒。如考虑到教师在课堂中的活动范围较大、肢体语言较多，可采用指向性的吊麦话筒；而由于学生的座位是固定且覆盖面较广的，所以可在座位区域上方按一定规律固定安装多个吊挂式话筒。采集到的语音信息经过音频处理器进行回声消除、增益控制、自动降噪等综合处理，以实现高保真的音质效果。

（三）图像跟踪定位系统

对拍摄对象的跟踪和定位是智能录播系统中的关键技术，该技术的实现通常可采用以下方法：超声波跟踪、红外反射跟踪、区域网格及红外跟踪等。但上述方法都存在着一定弊端，如超声波跟踪方式往往会受到场地环境的影响；如采用红外反射跟踪，当教师转身背对镜头时，则会容易造成跟踪目标丢失；而区域网格技术则需要安装许多定位设备，不便于学生座位的重新调整。为解决上述问题，可考虑采用图像识别跟踪方式，即通过对运动图像的检测，利用特定算法技术来实现镜头对摄像目标的定位及自动跟踪。如果教师操作鼠标演示课件或在黑板上板书，系统通过智能识别会自动切换到VGA屏幕画面或板书内容；如果教师走下讲台区域与学生互动，系统则会自动定位教师所在的位置，进行准确的追踪拍摄。而当摄像机捕捉到某位学生在镜头画面中的高度超过预先设定值时，便判断该学生的活动状态为起立发言，此时摄像机会自动对该学生进行定位，并给予适当特写镜头；如果捕捉到多名学生同时站立，或学生离开座位区域，镜头则会立即切换到教室全景画面，以确保教学活动的完整展示。

（四）智能导播系统

智能导播系统包含传统多媒体录播设备的导播功能和数字化特技切换台的功能，可利用控制面板来选择人工导播或自动导播模式。人工导播模式运用数字化的触摸式导播键盘，快速实现对控制设备的调用、切换及参数设置，极大提高了系统的服务性和便利性。自动导播模式则能根据教学活动的实时变化来选择镜头切换策略，实现多路音视频信号源及多个场景之间的自动切换和剪辑。切换时运用的特效渲染及视频的片头片尾可进行预设，录制区域也可根据需要设置为全屏、特定区域或特定窗口。

（五）流媒体系统

一个完整的流媒体系统应由以下部分组成：编码工具、流媒体服务器、网络传输环境及客户端设备。利用编码工具可以创建、捕捉和编辑采集到的媒体信号，最终生成流媒体格式文件，这一环节可以由配备音视频硬件接口的计算机和流媒体压缩编码软件来共同完成。流媒体服务器的主要功能是对资源信息进行采集、缓存、调度和传输播放，为了尽可能使服务器负载均衡，加强其工作效率，服务器的硬件配备可选用高能多核处理器、大数据的存储设备、磁盘阵列控制器等，并在服务器中安装Sewise软件系统以实现对用户权限、资源内容及传输方式的管理。网络传输环境负责对流媒体数据进行传输，既可用有线网络，也可用无线网络。客户端设备包括PC台式、笔记本电脑、智能手机、平板电脑、交互式网络电视等，在客户端设备中还需安装视频播放器或解码器，以便实时接收播放流媒体文件。

三、全自动智能录播系统的展望

（一）微录播的应用

微录播是指将课堂内外“教”与“学”活动中的特定片段，如将课前教师的备课过程、课堂中学生记录笔记的内容，以及课后教师对学生提出的疑难点问题进行释疑等环节录制下来。微录播生成的视频文件可以作为一段单独的数字化资源独立保存，也可以根据需要剪辑融入课堂教学视频中，使教学活动轨迹的记录更为完整和丰富。

（二）智能录播系统与电子书包的整合

电子书包是利用无线通信技术和信息化手段来辅助学习的智能化便携式终端设备，其主要特点是可以提供丰富的数字化学习资源，改变传统课堂中较为呆板的教学方式，支持学生个性化学习，实现师生在线互动交流。电子书包中包含有文档、图片、音频、视频等文件类型的学习资料，其中，视频文件所传达的信息最为直观和生动。而智能录播系统本身具备视频资源的录制、点播、管理和更新等功能，基于录播系统和电子书包的应用特点，可考虑将两者进行整合。利用流媒体技术，通过电子书包可将教师终端和学生终端在网络教学平台中进行连接，构建远程在线课堂，从而使智能录播系统发挥其最大作用。

【参考文献】

[1]王文培. 自动录播系统在高校教学中的应用发展[J]. 技术在线，2011（36）

[2]李海韵，钟 亮. 全自动录播系统的特点和展望[J]. 中国教育信息化，2013（9）

【作者简介】冯丽丹（1982- ），女，广西龙州人，柳州铁道职业技术学院讲师，研究方向：教育信息化，课程建设研究。

（责编 丁 梦）