外语语言实验室课程录播系统的设计与实现

饶 坚， 曾 玮

(四川大学 外语语言训练中心, 成都 610065)

0 引 言

外语语言训练中心的实验室分布在江安、望江、华西3校区，承担了多语种听、说、读、写、译等方面的课程及训练的实验教学。课上教学任课老师教学经验丰富，课外学院还经常举办校内外知名专家讲座，深受学生欢迎。为了促进优质教学资源开放共享，发挥示范中心的示范引领作用，我们整合中心监控系统的工控机、25个实验室图像和声音采集设备、网络视频录像服务器、监视墙、控制台及远程采集监控系统等基础硬件设施，构建了一套可视化集控系统。该系统实现了实验室及设备运行状态监控、教学质量监控与管理、教学观摩、课堂教学录像保存、电子巡考、实验室安防等功能。特别是将该系统原本为教学过程督导和安防监控设计的实时录像采集和存储功能，拓展为目前广泛应用的外语课程资源自动录播保存功能，并与中心点播系统集成后，达到了教学课程资源共享。

1 系统设计与实现

目前，较为流行的课程录播方式是采用一套集成的课程录播系统，即在多媒体教室中，安装课程录制设备，对教师的课程进行录制[1-3]。一般而言，课程录制需要相关工作人员参与其中，对课程全过程进行录制[4-5]。在对现有课程录制系统进行调研后，针对中心现有基础设施条件，通过对现有监控的改造升级，构建基于网络的自动化课程录制系统，实现教师授课内容和专家讲座的自动录制，及教师录播资源自动转存到中心的资源服务器和课程平台，供广大师生使用。

1.1 系统的基本组成部分

课程录播系统作为教师课堂内容录制的重要手段，需要进行视频、音频录制，并能够对录制的音频、视频进行合成[6-8]。此外，合成的文件通常需要压缩生成标准的流媒体文件，以便后期编辑、再压缩处理和点播。完整的课程录制系统应该包括如下几方面：

(1) 视频采集系统。视频采集系统是整个系统的核心部分。通常，为了保证录制的课程具有学习价值，需要保证录制清晰度高、码流稳定。视频采集需要在教室中布置至少一台录像设备，甚至可以布置多台摄像机实现多机位多角度的录制。常见的方式是：以教师前景为主的局部画面或教师与学生处于同一画面的全景方式。教师授课的全景或局部画面，可采用在教室后侧或前面安装摄像头的方式摄取，这样，可以将课程画面囊括，画面生动，现场感强。视频采集系统必须保证稳定，流畅运行，不能出现录制过程中卡顿情况。此外，需要使用硬盘录像机，对录制的视频信号进行存储。硬盘录像机可以采用16路等常见的音视频录像机，通过局域网存储到网络视频存储服务器。

(2) 音频信号采集系统。音频采集是一个重要环节，利用摄像头自身一体化麦克风，也可通过安装定点外部麦克风的方法解决教师授课内容音频采集。

(3) 多媒体教学系统。自动课程录播系统的基础硬件设施是多媒体语音教室。因此，在安装自动录播系统之前，需要保证多媒体系统的基本相关条件已经具备。如，计算机、多媒体中控、投影、电子幕布、中央控制系统等。多媒体系统需能和课程录制系统通过中央控制系统集成。实现教师上课后，视频录播系统自动启动，进行课程录制。

(4) 后期视频编辑系统。在完成了课程的录播之后，需要对录制的视频进行编辑，将录制的视频文件转化为标准的电子课件形式。后期的剪辑和处理需要相关工作人员具备一定的视频编辑能力和经验。此外，录制的课程可能存在视频音频不同步等问题，都需要编辑人员进行一定的处理。利用现有传奇资源平台的在线编辑工具，可以对每个课程资源素材在线剪切、合并、删除等必要的编辑。

(5) 视频点播系统。作为视频录制的终端，展示录制的课件内容。较为简单的视频点播系统可采购商业化成熟的系统，如联想传奇等点播系统。在前一阶段的视频编辑压缩过程中，可以针对视频进行点播，对视频进行合理的压缩和处理。然后，再上传到视频点播系统中。这样，依托视频点播平台，教师和学生即可方便地浏览、学习录制的视频课程资源。

1.2 课程录制系统的实现

近年来，视频监控技术发展很快，标准提升很大，监控记录传输方式非常丰富[9-10]。支持多种压缩标准的监控记录设备已应用到各行各业。视频监控设备逐步从百万像素向高清跨进，传统的模拟监控达到百万像素都很困难，而网络视频监控则使得高清变为可能[11-12]。这得益于H.264压缩标准，在同等数据量的情况下，相对于MPEG2标准，H.264压缩后的容量只有MPEG2压缩后的20%，这意味着相同的存储容量H.264的存储内容是MPEG2的5倍，这可大大降低存储空间和成本，并且图像的传输质量不会改变[13-15]。更重要的是H.264是国际标准，iPhone、电视和其他的一些视频设备均支持H.264标准，兼容性较好，因而可以拓展到移动互联的设备，如智能手机、平板电脑来收看音视频资源。本项目结合我校外语语言训练中心的具体情况，在维护维修原系统视频采集设备的基础上，采用百万像素全实时高清网络视频采集设备替换老化设备，形成成熟、稳定的音视频课程录制的系统设计方案，构建了课程录制系统，系统结构见图1。

图1 课程录制系统结构图

课程录制系统具体实施方案如下：

(1) 部署硬盘录像机。部署一台网络模拟混合输入的硬盘录像机，替换原工控机中两块视频压缩卡，减轻原机负担。硬盘录像机可支持16路D1模拟视频编码+1路D1模拟视频解码，支持模拟+网络高清视频混合输入，支持网络高清视频输入。替换后可实现16路D1标准录像(768×576)无人值守自动录课，远程控制云台摄像头。此外，还可以实现各类手机浏览(iPhone、Windows Mobile、 Android)及远程实时课程收看，在监控机房可支持VGA、HDMI1080P输出，彻底颠覆传统监控的显示效果。兼具智慧课堂、教学视频及教学课件存储及共享、教室空闲时段人物识别及行为检测等功能，同时支持报警联动。硬盘录像系统部署情况如图2所示。

图2 硬盘录像系统

(2) 部署摄像头及拾音器。采用高清摄像头作为录制设备，并在教室中央加装高清摄像头，用于录制教师的课件投影。因场景不同，监控摄像头在较远距离拍摄全景图像时，可能出现声音信号拾取困难、电平低、回声大，音质效果差等问题。通过在距离教师较近的位置，布置顶棚拾音器的方法来解决这一问题(部署的摄像头及拾音器见图3)。音频质量直接关系录播课程的效果，但通常用于监控的拾音器，其拾取声音质量不高，后期课程录制效果一般。通过实验比较，采用了一种德国生产的拾音器。该拾音器具备大震摸电容头，其AGC和DSP动态声音处理电路，可以实现对连续音源进行自动增益放大，对噪音予以抑制。图像和声音清晰度的提高，保障了课程录制的质量。

图3 摄像头及拾音器

(3) 中央控制系统集成。为了便于教师对课程录制进行控制，需要更新中央控制系统。将原有设备，如计算机、视频展台、卫星电视等多媒体系统与新的课程录制系统进行集成。这样，在教师启用中央控制系统和相关设备开始授课的时候，课程录制系统会随教师使用的各种信息设备和课件同步工作。

(4) 云台控制系统部署。在教师授课过程中，为了能够较好地进行课程的录制，工作人员可以干预使用云台控制系统，适当地进行镜头的推、拉、摇等调整。云台控制系统如图4所示。

图4 云台控制系统

(5) 视频后期处理、资源上传与应用。完成了课程录制之后，可以对录制的视频文件进行剪辑、压缩等处理，如对视频文件中的不需要的画面进行剪辑，对音频进行处理，使得音频和视频同步。完成了视频的剪辑之后，则需要将处理好的视频文件上传到视频点播服务器。

在上传了视频文件之后，点播服务器会根据预设的参数进行适当的转码，以适合不同平台的码流和分辨率。对资源元数据著录、发布，通过浏览器可以选择点播的视频内容，如图5所示。

通过实际测试发现，视频中教室内场景，图像清晰，色彩还原好，教师声音录制清晰。另外，在满足校园网、互联网的电脑实时点播的同时，还可以使用移动互联设备如智能手机、平板电脑来收看系统的课程资源，也支持手机、平板电脑等移动互联设备作前期监控摄像的浏览和管理。

2 结 语

自动课程录制系统改变了以往课程的录制方式，通过前期的自动录制，中期的视频剪辑处理和后期的视频制作上传，实现了优质课程资源的共享，丰富了学生的学习资源。与投资巨大的会议或教学录播录像系统相比，本文所述方案具有资金投入小，录制效率高，性价比较高的优势，也满足一个系统多种应用。通过对现有基础设施改造，实现外语语言实验室的课程录播，还可以拓展到学术交流和大师讲座等教学交流活动的现场录像。不但节省了工作人员在课程录制方面的工作量，也丰富了外语训练中心视频点播平台的资源。下一步，将考虑构建更为完善的课程录制点播系统，包括升级改造网络环境、增加课程录制设备等，从而更好地为师生信息化教学服务。

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