【摘要】文章圍繞課程錄播系統(tǒng)展開，闡述了錄播系統(tǒng)的概念、適用范圍、種類、組成、性能要求等。并結(jié)合高校的教學(xué)中的應(yīng)用，闡述了全自動錄播系統(tǒng)的特點，結(jié)合我校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的發(fā)展及特點，介紹了全自動課程錄播系統(tǒng)在我校的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】課程錄播系統(tǒng);單畫面;多畫面;流媒體

【中圖分類號】G40-057 【文獻標(biāo)識碼】B【論文編號】1009—8097(2010)08—0044—05

“高等學(xué)校教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)改革工程”(以下簡稱質(zhì)量工程)，是教育部制訂的《2003-2007年教育振興行動計劃》的重要組成部分[4]，教育部和北京市教委從2003年至2010年已進行了8年的評審工作。我校也大力開展各級精品課的建設(shè)工作，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源建設(shè)尤其是課程錄像資源的制作工作量極其繁重。因此，建設(shè)一套高性能、高度自動化、高效率的課程錄播系統(tǒng)是非常必要的。

一 錄播系統(tǒng)綜述

1 錄播系統(tǒng)概念

顧名思義，錄播系統(tǒng)兼具錄和播的功能?！颁洝敝笇腕w(Object)進行視頻錄制，分為單畫面錄制模式和多畫面錄制模式;“播”指對客體進行視頻播放，播放形式可以是直播或點播。[1]

因此，錄播系統(tǒng)是可以實現(xiàn)對客體(Object)進行視頻錄制和播放，根據(jù)需求生成一個或多個數(shù)字視頻文件，具有各種硬件設(shè)備和應(yīng)用軟件的一體化的智能數(shù)字系統(tǒng)。

2 錄播系統(tǒng)的適用領(lǐng)域

錄播系統(tǒng)的應(yīng)用非常廣泛，可以應(yīng)用于教育系統(tǒng)，如精品課程、微格教學(xué)、遠程教育、公開課、優(yōu)質(zhì)課評比等場合的視頻錄播。企事業(yè)單位及政府機關(guān)的各項工作，如企業(yè)培訓(xùn)、視頻會議、會議實錄、系統(tǒng)培訓(xùn)等。司法系統(tǒng)的數(shù)字庭審、模擬法庭、遠程審訊等應(yīng)用。醫(yī)療系統(tǒng)的遠程醫(yī)療、手術(shù)示教、手術(shù)存檔等工作。軍隊系統(tǒng)的軍事演習(xí)、會議實錄、作戰(zhàn)訓(xùn)練、應(yīng)急指揮等軍事行動。

3 錄播系統(tǒng)的種類

錄播系統(tǒng)的種類可以從錄制畫面模式和部署形式劃分。

(1)按錄制模式劃分

按錄制模式劃分，可分為單畫面(單流)錄制模式和多畫面(多流)錄制模式。

單畫面錄制模式指多路視頻經(jīng)過切換或疊加等方式成為單個畫面，直播觀看端顯示的是整合后的一路視頻畫面。畫面內(nèi)容不但支持多路視頻、VGA信號的切換顯示，而且支持畫中畫，單流多畫面等各種顯示模式，并可在各種顯示模式間無縫切換[2]，一般是根據(jù)客體內(nèi)容的邏輯性進行切換，使整個視頻文件保證客體在邏輯上的合理性，很像是電影劇情的發(fā)展，所以也稱電影模式。

多畫面錄制模式指多路視頻及VGA信號同步錄制，生成各自獨立的文件，每一路錄制的視頻都是完整的，可通過編輯軟件在后期把其中任意一路視頻導(dǎo)出。各路視頻之間沒有畫面覆蓋的情況，能保留最完整的素材資料。[3]

(2)按部署形式劃分

按部署形式劃分，可分為固定式錄播系統(tǒng)和移動式錄播系統(tǒng)。

固定式錄播系統(tǒng)指固定安裝在一個特定的場所，如教室或會議室等，所有設(shè)備都固定在場所的某一位置上，這種系統(tǒng)基本可以不受設(shè)備尺寸的限制，可以優(yōu)先考慮設(shè)備性能。

移動式錄播系統(tǒng)指可以具有固定課程錄播系統(tǒng)的全部功能和便攜式特點，所有設(shè)備都是臨時安裝到錄制場所，無需布線和固定。錄制結(jié)束后，方便收撿和裝箱。

4 課程錄播系統(tǒng)的基本組成

就錄播的應(yīng)用領(lǐng)域而言，我們更關(guān)心的是應(yīng)用于高校的教室課程錄播系統(tǒng)。下面以教室課程錄播系統(tǒng)為例，闡述一套錄播系統(tǒng)應(yīng)具有的最基本的組成部分。錄播系統(tǒng)應(yīng)包括教室端子系統(tǒng)和主控中心子系統(tǒng)，兩部分一般通過校園網(wǎng)進行連接。

教室端子系統(tǒng)應(yīng)包括如下部分:

(1)多媒體教室子系統(tǒng)

此部分為開展多媒體教學(xué)而構(gòu)建，同時該子系統(tǒng)又是錄播系統(tǒng)的信號源，包括音頻和視頻，既可以配合錄播系統(tǒng)新建，也可以利用原有系統(tǒng)與錄播系統(tǒng)連接。

(2)課堂教學(xué)視、音頻信號采集子系統(tǒng)

該部分可以認為是錄播系統(tǒng)的一部分，負責(zé)對教學(xué)視、音頻的采集。

(3)全自動錄播子系統(tǒng)

這部分是錄播系統(tǒng)的主體。主控中心是用于遠程監(jiān)控和管理教室端錄播子系統(tǒng)，包括如下部分:

a 主控中心顯示子系統(tǒng)

b 網(wǎng)絡(luò)實時直播、點播子系統(tǒng)

c 課件的集中存儲、智能編輯子系統(tǒng)

d 遠程管理控制子系統(tǒng)

5 錄播系統(tǒng)的性能及評價要求

錄播系統(tǒng)應(yīng)該給用戶一個相對獨立的完整的解決方案，應(yīng)有非常明確的外特性。這些外特性一方面是錄播系統(tǒng)本身的功能描述，另一方面是非常明確的外部接口特征描述。而外部接口特性主要是指與原有多媒體教學(xué)環(huán)境的接口和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的接口。

以上三方面的外特性以錄播系統(tǒng)本身及與多媒體教學(xué)環(huán)境接口為主，與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺接口外特性不是必需的。所有的構(gòu)件(包括軟件和硬件)設(shè)計，必須具有技術(shù)先進性、功能實用性、系統(tǒng)穩(wěn)定可靠性、功能完備性、系統(tǒng)可拓展性和標(biāo)準(zhǔn)化的目標(biāo)，經(jīng)過一系列測試和評價可達到預(yù)期目標(biāo)。錄播系統(tǒng)運行的最終產(chǎn)品是數(shù)字化視頻文件，視頻文件要至少滿足網(wǎng)絡(luò)點播的基本要求?；疽笠龅?聽覺上實現(xiàn)聲音效果好、音質(zhì)優(yōu)美、悅耳動聽;視覺上無盲區(qū)、色彩還原好、圖像清晰、傳輸質(zhì)量穩(wěn)定可靠;操作上人性化設(shè)計、界面設(shè)計簡單易操作、智能化程度高、結(jié)構(gòu)緊湊、便于掌握等目標(biāo)。[3]

(1)設(shè)備性能參數(shù)

a 視頻、音頻性能應(yīng)清晰明確，滿足人聽覺舒適感，同時要與視頻同步。具體要求如表1。

b 其它要求

電磁兼容性符合GB9254-1998中A級的有關(guān)規(guī)定;系統(tǒng)正常工作條件下的觸電危險、絕緣電阻和抗電強度符合GB8898的有關(guān)規(guī)定，維護操作的安全要求符合GB12641的有關(guān)規(guī)定。

(2)使用條件

a 電源條件

電源電壓采用交流220V±22V;電源頻率采用50Hz±1Hz。

b 保存錄制文件的要求

文件以網(wǎng)絡(luò)共享目錄的方式保存，因此，能夠在主播端，利用任何一臺電腦通過網(wǎng)絡(luò)名稱或IP地址訪問到共享目錄，并可以讀寫文件。

c 實現(xiàn)流媒體直播的要求

流媒體直播采用組播方式服務(wù)，所有的收視端能夠接收到由主播端發(fā)送的組播數(shù)據(jù)報文。

(3)場所要求

教室內(nèi)照度要求應(yīng)按如下標(biāo)準(zhǔn)。

講臺上照度要求:100LUX—1500LUX;

黑板上照度要求:100LUX—1500LUX;

板書定位器照度要求:50LUX—500LUX;

教室學(xué)生場景照度要求:150LUX—1500LUX。

(4)錄播服務(wù)器

錄播服務(wù)器性能應(yīng)滿足系統(tǒng)運行穩(wěn)定、功能適用，可采用7×24小時不間斷服務(wù)器或具有定時開關(guān)機功能的PC機。

(5)彩色攝像機

指固定式攝像機，其成像裝置為1/3\"CCD;分辨率為540TVL;鏡頭為5-50mm(30X光學(xué)變焦);光圈為F1.3;技術(shù)采用DSP。

(6)球形攝像機

在 4:3和 16:9兩種模式下都可提供PAL制圖像。有效像素PAL 752(水平) x 582(垂直)。平移/俯仰/縮放六個預(yù)設(shè)值，平移/俯仰角 -170至+170度(平移)，-30至+90度(俯仰)平移/俯仰速度 0.25至60度/秒(平移/俯仰)。12倍光學(xué)自動聚焦的變焦鏡頭，f = 3.6至43.2 mm(F1.6至F2.8)。水平視角 4:3 模式:3.3(望遠端)至37.8 度(廣角端)/16:9模式:4.0(望遠端)至45.4 度(廣角端)。最小物距 300 mm(廣角端)，800 mm(望遠端)。最低照度 7 lx at F1.6。信噪比 50 dB?？扉T速度 PAL 1/10000至1/3秒。增益自動/手動(-3至18 dB，3 dB一級)可切換。白平衡自動，室內(nèi)，室外，一觸式白平衡，手動。模擬輸出 VBS(BNC)，Y/C(4芯Mini DIN)。攝像機控制接口 RS-232C(VISCA協(xié)議)/ RS-422(VISCA協(xié)議)。背光補償開/關(guān)。工作溫度0至40度。存放溫度-20至60度。電源要求DC 12V。

(7)超聲波定位單元

能使超聲波傳感器的探測信號輸出給場景切換單元，作為場景轉(zhuǎn)換信息。

(8)超聲波傳感器

能探測人體在講臺范圍內(nèi)移動時的位置，進行實時判定。

(9)場景切換單元

與超聲波定位單元連接接口，能根據(jù)觸發(fā)信號，選擇對應(yīng)攝像機的圖像。

(10)錄播、控制軟件

a.利用接口控制云臺

能利用控制接口 RS-232C(VISCA協(xié)議)/ RS-422(VISCA協(xié)議)，遠程控制每個云臺攝像機的平移/俯仰/縮放和六個預(yù)設(shè)值的存儲。

b.錄播時刻表設(shè)置

能遠程預(yù)先給錄播服務(wù)器設(shè)定錄像的各個時間段，在錄播服務(wù)器本機時鐘到達“開始錄制時刻”、“結(jié)束錄制時刻”時，自動(在不需任何人工干預(yù)的情況下)進行錄制、存儲。

c.錄播軟件功能

錄播軟件功能應(yīng)包括填寫課程名稱、主講人姓名等信息;設(shè)置手動、自動切換模式;設(shè)置片頭/片尾圖片及徽標(biāo)等內(nèi)容;設(shè)置錄播的課程保存路徑;軟件播放功能包括:開始、暫停、結(jié)束、退出、回放、導(dǎo)出直播/錄制的功能;錄制圖像碼流可以在350K--2Mbps之間設(shè)置;錄制文件分辨率可選800*600和1024*768;錄播幀率為大于20幀/秒;錄播文件格式為流媒體格式。

二 全自動錄播系統(tǒng)的特征

全自動錄播系統(tǒng)應(yīng)具備錄播系統(tǒng)的一切基本特征，除此這外，全自動是其最重要的特征。課程自動錄播系統(tǒng)，是將授課教師的視音頻、多媒體教學(xué)內(nèi)容(包括教師的電子講稿、課件等)以及學(xué)生學(xué)習(xí)活動視音頻等教學(xué)現(xiàn)場信息以數(shù)字化形式同步采集、壓縮、錄制，并自動合成單流或多流實時教學(xué)錄像的錄制與播放系統(tǒng)。[2]

全自動錄播系統(tǒng)的基本特征應(yīng)該包括:

1 教師自動跟蹤功能

教師在講課過程中，在講臺、黑板及教室主體范圍內(nèi)走動，云臺攝像機應(yīng)自動跟蹤定位，保持教師在畫面中心位置。

2 攝像機自動切換定位功能

教師在進行板書教學(xué)過程中，采用多臺攝像機切換錄播方式時，采用紅外線或超聲波等定位傳感器技術(shù)進行跟蹤定位。根據(jù)教師在講臺、黑板前等范圍內(nèi)的走動位置，各攝像機自動切換，保證錄播視頻正確捕獲教師畫面。

3 遠程調(diào)整攝像機狀態(tài)功能

對于攝像機的各項參數(shù)，如角度、焦距、曝光度等參數(shù)，應(yīng)該可以通過遠程監(jiān)控管理軟件的方式進行調(diào)整。

4 多路視頻、音頻流自動合并采集功能

采用電影模式進行課程錄播時，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容自動在教師本人及板書視頻和課件PPT文檔等VGA信號之間進行自動切換，合并采集為同一視頻流。

5 自動生成視頻文件功能

對于經(jīng)過多路視、音頻切換合并后的信號，通過自動采集、編碼后生成視頻文件。根據(jù)不同需求，視頻文件可以是基于本機播放的文件格式，如mpeg、rm等文件格式，也可以是基本網(wǎng)絡(luò)播放的流媒體文件格式，如wmv、asf等文件格式。課程視頻文件名要有一定的意義及規(guī)律性，如應(yīng)包含教師姓名、課程名稱、生成日期時間及流水號等。

6 自動開始/停止錄制或一鍵式錄制功能

在錄制過程中，根據(jù)各學(xué)校的不同需求，可以采用自動開始/停止錄制方式或一鍵式錄制方式。自動開始/停止錄制方式根據(jù)預(yù)先設(shè)定的錄像課程課表中一學(xué)期的所有課次的具體時間由錄播主機自動觸發(fā)執(zhí)行開始錄制和結(jié)束錄制。一鍵式錄制方式由講課教師本人在上課期間認為適合的時刻手動啟動開始錄制和結(jié)束錄制。

7 自動添加片頭/片尾信息功能

每一節(jié)課應(yīng)為一獨立錄制單元，生成一個獨立的視頻文件，根據(jù)不同學(xué)校的要求，可能是45分鐘或50分鐘。對每一個獨立錄制單元就包括片頭、片尾信息，片頭/片尾信息預(yù)先由管理軟件設(shè)置。片頭一般為包含課程名稱、教師信息及第幾講的背景圖片，片尾應(yīng)為包括結(jié)束標(biāo)志的背景圖片。錄播軟件在錄制過程中應(yīng)自動添加片頭/片尾信息，持續(xù)時間可調(diào)，比如5秒至15秒不等。

8 視頻文件自動上傳至網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺及備份功能

學(xué)校如果部署了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，錄播系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺之間應(yīng)設(shè)計接口構(gòu)件，用于自動將錄播系統(tǒng)中的視頻文件及時上傳至網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，及時提供教師和學(xué)生使用，開展網(wǎng)絡(luò)教學(xué)活動。同時錄播系統(tǒng)應(yīng)提供自動網(wǎng)絡(luò)備份功能，將錄制好的教學(xué)視頻備份至安全的網(wǎng)絡(luò)存儲設(shè)備中。

9 自動清理硬盤存儲數(shù)據(jù)功能

在完成一個課程錄制周期(一個學(xué)期或一個學(xué)年)后，在保證網(wǎng)絡(luò)備份成功后，錄播系統(tǒng)應(yīng)自動清理硬盤錄制數(shù)據(jù)，包括視頻文件及相關(guān)文件應(yīng)及時被刪除。

10 遠程監(jiān)控管理軟件設(shè)置功能

遠程監(jiān)控管理軟件是錄播系統(tǒng)的一個重要組成部分，應(yīng)具有集中多點監(jiān)控管理功能，所有系統(tǒng)相關(guān)設(shè)置及初始化都通過該軟件進行，具體應(yīng)包括以下功能。

a 視頻遠程監(jiān)視及管理功能

對于各個錄播點(錄播教室)可以實現(xiàn)監(jiān)視錄制情況以便對出現(xiàn)故障做出及時響應(yīng);可以進行遠程管理功能，如遠程手動啟動、暫停、停止視頻錄制等功能。

b 系統(tǒng)狀態(tài)設(shè)置功能

對于錄播主機及網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)就有充分的顯示，并可以遠程調(diào)整及設(shè)置。

c 教室攝像機調(diào)節(jié)功能

教室攝像機可以遠程調(diào)節(jié)，如角度、焦距、曝光度等參數(shù)。

d 錄制課表設(shè)置功能

為了實現(xiàn)全自動錄制課程，應(yīng)預(yù)先設(shè)置錄制課表，應(yīng)按一個錄制周期設(shè)置，如一學(xué)期或一學(xué)年。具體操作順序應(yīng)為:

設(shè)置開學(xué)信息，如學(xué)期第一周開始日期、本學(xué)期周次、每周的天數(shù)(如周一至周五)、每天上課節(jié)次及上下課時間等;

添加/修改課程信息，將本周期要錄制的課程名稱、課程說明等數(shù)據(jù)輸入;

添加/修改教師信息，將本周期上課教師數(shù)據(jù)錄入，如教師姓名、所屬院系等數(shù)據(jù);

關(guān)聯(lián)教師/課程數(shù)據(jù)，關(guān)聯(lián)上教師對應(yīng)的課程，允許一名教師上多門課程或一門課程由多名教師上課;

設(shè)置上課時間，對于關(guān)聯(lián)好的教師-課程設(shè)置上課時間，包括本學(xué)期的周次(如第1、3、5…17周)、每周日期(如周一、周三)、上課日期的節(jié)次(如1-2節(jié)、7-8節(jié))。

e 課程視頻片頭/片尾設(shè)置功能

設(shè)置片頭/片尾功能包括選擇預(yù)先制作好的背景圖片，設(shè)置學(xué)校Logo、課程名稱、教師姓名、講次等信息在背景圖片中的位置、字體、字號、顏色等信息，以備在課程錄制時被自動添加到課程視頻中。

三 全自動錄播系統(tǒng)的應(yīng)用

隨著國家教學(xué)質(zhì)量工程的開展，國家級、北京市級及校級精品課程的大規(guī)模建設(shè)的需求，需要制作大量精品課程視頻，把這些精品課視頻的寶貴資源保存起來，同時上傳至網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，為廣大師生開展網(wǎng)絡(luò)教學(xué)活動提供素材。結(jié)合我校精品課建設(shè)的具體需求，和公司合作研發(fā)了一套全自動錄播系統(tǒng)，應(yīng)用近兩年來取得了比較滿意的效果。

1 錄播系統(tǒng)功能需求

截止到2009年，我校共有精品課程145門，其中國家級精品課程14門，北京市級精品課程37門，校級精品課程94門。按計劃依次要把國家級、北京市級和校級精品課程全部視頻發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺。此外，經(jīng)常有青年教師講課比賽、優(yōu)秀教師選拔等工作都需要錄制講課視頻，工作量非常巨大，如果用傳統(tǒng)的人工課程錄制方式，幾乎不可能完成。因此，我們提出全自動錄播系統(tǒng)的需求，與公司進行合作共同開發(fā)。經(jīng)過系統(tǒng)需求分析，確定了系統(tǒng)的基本硬件結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

如圖1所示，四臺攝像機中三臺覆蓋黑板及講臺全部面積，另一臺是教師用于錄制教師近景;通過超聲波定位單元確定教師在講臺上的位置，再由視頻切換器根據(jù)定位單元的信號確定四路視頻中的某一路進行錄播服務(wù)器進行錄制;圖中話筒及教師PC示意性地代表教室多媒體教學(xué)環(huán)境中的計算機和聲音輸入裝置;遠程監(jiān)控及管理PC機通過校園網(wǎng)或Internet連入錄播服務(wù)器。

根據(jù)以上的需求分析及系統(tǒng)硬件設(shè)備的設(shè)計，該系統(tǒng)滿足如下需求。

(1)教師攝像機自動切換

在講臺范圍內(nèi)覆蓋板書及教師近景的攝像機根據(jù)教師講課時所在位置自動切換，始終使一路視頻進入錄播服務(wù)器。

(2)教師計算機VGA信號切換策略

教師講課用計算機VGA信號具有比教師攝像機更高的切換優(yōu)先級，即如果教師觸動鍵盤或鼠標(biāo)，立即切換到教師計算機VGA信號。

(3)無人干預(yù)全自動課程錄像

教師講課的錄制全過程不需任何人工操作，錄播服務(wù)器根據(jù)預(yù)先設(shè)定的課表中上下課時間自動開始、停止錄制。

(4)視頻文件需求

為適用校園網(wǎng)及社會遠程公網(wǎng)點播的需求，我們采用電影模式進行錄制，生成兩個不同碼流的流媒體文件。系統(tǒng)按每節(jié)課(50分鐘)為單元生成一個文件，自動添加預(yù)先設(shè)定的片頭及片尾。

2 遠程監(jiān)控及管理軟件的需求

本系統(tǒng)采用全遠程監(jiān)控的管理方式，原則上不對教室錄播服務(wù)器做任何操作，圖2為部分功能截圖。具體功能如下。

(1)監(jiān)視功能

對教室正在進行錄播的課程進行監(jiān)視，包括監(jiān)視錄制視頻、錄播服務(wù)器系統(tǒng)狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)連通性等。

(2)控制功能

對正在進行錄制的課程，可以遠程啟動、暫停、停止錄制，可以手動切換視頻與VGA信號等。

(3)管理功能

主要是設(shè)置課程錄制課表功能，在每學(xué)期開始之前，按校歷確定第一周日期，然后依次設(shè)置教學(xué)周、上課日(周一至周五)、上課日每節(jié)課的上課/下課時刻;輸入教師、課程及教師與課程關(guān)聯(lián)信息;設(shè)置關(guān)聯(lián)課程的上課周次、星期及節(jié)次信息。

在做好一切設(shè)置之后，錄播系統(tǒng)按照課表進行全自動錄制，在一個學(xué)期的錄制過程中不再需要人工干預(yù)。如果課表被更改，系統(tǒng)自動按更改后的課表進行錄制。

在本系統(tǒng)應(yīng)用的兩年時間里，已經(jīng)錄制了5門400多講的精品課視頻，并全部上傳到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，開展了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)活動，收到了良好的效果。

四 結(jié)束語

課程錄播系統(tǒng)隨著國家教學(xué)質(zhì)量工程的深入開展，將越來越發(fā)揮更重要的作用。是全自動無人干預(yù)錄播還是全自動一鍵式錄播，采用何種流媒體格式，是遠程監(jiān)控管理方式還是直接操作錄播工作站方式等問題都是不錄播系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵問題。錄播系統(tǒng)的設(shè)計的關(guān)鍵問題是要滿足不同高校對錄播功能及性能需求的差異性。為了滿足這種差異性，在錄播系統(tǒng)的頂層設(shè)計時，要充分采用模塊化設(shè)計，各功能模塊之間相互獨立、易于拼裝，以滿足不同高校、不同類型課程之間的需求的差異性。

參考文獻

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