饒 堅(jiān)， 曾 瑋

(四川大學(xué) 外語(yǔ)語(yǔ)言訓(xùn)練中心, 成都 610065)

0 引 言

外語(yǔ)語(yǔ)言訓(xùn)練中心的實(shí)驗(yàn)室分布在江安、望江、華西3校區(qū)，承擔(dān)了多語(yǔ)種聽(tīng)、說(shuō)、讀、寫(xiě)、譯等方面的課程及訓(xùn)練的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。課上教學(xué)任課老師教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富，課外學(xué)院還經(jīng)常舉辦校內(nèi)外知名專(zhuān)家講座，深受學(xué)生歡迎。為了促進(jìn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源開(kāi)放共享，發(fā)揮示范中心的示范引領(lǐng)作用，我們整合中心監(jiān)控系統(tǒng)的工控機(jī)、25個(gè)實(shí)驗(yàn)室圖像和聲音采集設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)視頻錄像服務(wù)器、監(jiān)視墻、控制臺(tái)及遠(yuǎn)程采集監(jiān)控系統(tǒng)等基礎(chǔ)硬件設(shè)施，構(gòu)建了一套可視化集控系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控與管理、教學(xué)觀摩、課堂教學(xué)錄像保存、電子巡考、實(shí)驗(yàn)室安防等功能。特別是將該系統(tǒng)原本為教學(xué)過(guò)程督導(dǎo)和安防監(jiān)控設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)錄像采集和存儲(chǔ)功能，拓展為目前廣泛應(yīng)用的外語(yǔ)課程資源自動(dòng)錄播保存功能，并與中心點(diǎn)播系統(tǒng)集成后，達(dá)到了教學(xué)課程資源共享。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

目前，較為流行的課程錄播方式是采用一套集成的課程錄播系統(tǒng)，即在多媒體教室中，安裝課程錄制設(shè)備，對(duì)教師的課程進(jìn)行錄制[1-3]。一般而言，課程錄制需要相關(guān)工作人員參與其中，對(duì)課程全過(guò)程進(jìn)行錄制[4-5]。在對(duì)現(xiàn)有課程錄制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)研后，針對(duì)中心現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施條件，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有監(jiān)控的改造升級(jí)，構(gòu)建基于網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)化課程錄制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)教師授課內(nèi)容和專(zhuān)家講座的自動(dòng)錄制，及教師錄播資源自動(dòng)轉(zhuǎn)存到中心的資源服務(wù)器和課程平臺(tái)，供廣大師生使用。

1.1 系統(tǒng)的基本組成部分

課程錄播系統(tǒng)作為教師課堂內(nèi)容錄制的重要手段，需要進(jìn)行視頻、音頻錄制，并能夠?qū)︿浿频囊纛l、視頻進(jìn)行合成[6-8]。此外，合成的文件通常需要壓縮生成標(biāo)準(zhǔn)的流媒體文件，以便后期編輯、再壓縮處理和點(diǎn)播。完整的課程錄制系統(tǒng)應(yīng)該包括如下幾方面：

(1) 視頻采集系統(tǒng)。視頻采集系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分。通常，為了保證錄制的課程具有學(xué)習(xí)價(jià)值，需要保證錄制清晰度高、碼流穩(wěn)定。視頻采集需要在教室中布置至少一臺(tái)錄像設(shè)備，甚至可以布置多臺(tái)攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)多機(jī)位多角度的錄制。常見(jiàn)的方式是：以教師前景為主的局部畫(huà)面或教師與學(xué)生處于同一畫(huà)面的全景方式。教師授課的全景或局部畫(huà)面，可采用在教室后側(cè)或前面安裝攝像頭的方式攝取，這樣，可以將課程畫(huà)面囊括，畫(huà)面生動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)感強(qiáng)。視頻采集系統(tǒng)必須保證穩(wěn)定，流暢運(yùn)行，不能出現(xiàn)錄制過(guò)程中卡頓情況。此外，需要使用硬盤(pán)錄像機(jī)，對(duì)錄制的視頻信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)。硬盤(pán)錄像機(jī)可以采用16路等常見(jiàn)的音視頻錄像機(jī)，通過(guò)局域網(wǎng)存儲(chǔ)到網(wǎng)絡(luò)視頻存儲(chǔ)服務(wù)器。

(2) 音頻信號(hào)采集系統(tǒng)。音頻采集是一個(gè)重要環(huán)節(jié)，利用攝像頭自身一體化麥克風(fēng)，也可通過(guò)安裝定點(diǎn)外部麥克風(fēng)的方法解決教師授課內(nèi)容音頻采集。

(3) 多媒體教學(xué)系統(tǒng)。自動(dòng)課程錄播系統(tǒng)的基礎(chǔ)硬件設(shè)施是多媒體語(yǔ)音教室。因此，在安裝自動(dòng)錄播系統(tǒng)之前，需要保證多媒體系統(tǒng)的基本相關(guān)條件已經(jīng)具備。如，計(jì)算機(jī)、多媒體中控、投影、電子幕布、中央控制系統(tǒng)等。多媒體系統(tǒng)需能和課程錄制系統(tǒng)通過(guò)中央控制系統(tǒng)集成。實(shí)現(xiàn)教師上課后，視頻錄播系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)，進(jìn)行課程錄制。

(4) 后期視頻編輯系統(tǒng)。在完成了課程的錄播之后，需要對(duì)錄制的視頻進(jìn)行編輯，將錄制的視頻文件轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的電子課件形式。后期的剪輯和處理需要相關(guān)工作人員具備一定的視頻編輯能力和經(jīng)驗(yàn)。此外，錄制的課程可能存在視頻音頻不同步等問(wèn)題，都需要編輯人員進(jìn)行一定的處理。利用現(xiàn)有傳奇資源平臺(tái)的在線(xiàn)編輯工具，可以對(duì)每個(gè)課程資源素材在線(xiàn)剪切、合并、刪除等必要的編輯。

(5) 視頻點(diǎn)播系統(tǒng)。作為視頻錄制的終端，展示錄制的課件內(nèi)容。較為簡(jiǎn)單的視頻點(diǎn)播系統(tǒng)可采購(gòu)商業(yè)化成熟的系統(tǒng)，如聯(lián)想傳奇等點(diǎn)播系統(tǒng)。在前一階段的視頻編輯壓縮過(guò)程中，可以針對(duì)視頻進(jìn)行點(diǎn)播，對(duì)視頻進(jìn)行合理的壓縮和處理。然后，再上傳到視頻點(diǎn)播系統(tǒng)中。這樣，依托視頻點(diǎn)播平臺(tái)，教師和學(xué)生即可方便地瀏覽、學(xué)習(xí)錄制的視頻課程資源。

1.2 課程錄制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

近年來(lái)，視頻監(jiān)控技術(shù)發(fā)展很快，標(biāo)準(zhǔn)提升很大，監(jiān)控記錄傳輸方式非常豐富[9-10]。支持多種壓縮標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)控記錄設(shè)備已應(yīng)用到各行各業(yè)。視頻監(jiān)控設(shè)備逐步從百萬(wàn)像素向高清跨進(jìn)，傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控達(dá)到百萬(wàn)像素都很困難，而網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控則使得高清變?yōu)榭赡躘11-12]。這得益于H.264壓縮標(biāo)準(zhǔn)，在同等數(shù)據(jù)量的情況下，相對(duì)于MPEG2標(biāo)準(zhǔn)，H.264壓縮后的容量只有MPEG2壓縮后的20%，這意味著相同的存儲(chǔ)容量H.264的存儲(chǔ)內(nèi)容是MPEG2的5倍，這可大大降低存儲(chǔ)空間和成本，并且圖像的傳輸質(zhì)量不會(huì)改變[13-15]。更重要的是H.264是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，iPhone、電視和其他的一些視頻設(shè)備均支持H.264標(biāo)準(zhǔn)，兼容性較好，因而可以拓展到移動(dòng)互聯(lián)的設(shè)備，如智能手機(jī)、平板電腦來(lái)收看音視頻資源。本項(xiàng)目結(jié)合我校外語(yǔ)語(yǔ)言訓(xùn)練中心的具體情況，在維護(hù)維修原系統(tǒng)視頻采集設(shè)備的基礎(chǔ)上，采用百萬(wàn)像素全實(shí)時(shí)高清網(wǎng)絡(luò)視頻采集設(shè)備替換老化設(shè)備，形成成熟、穩(wěn)定的音視頻課程錄制的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，構(gòu)建了課程錄制系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 課程錄制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

課程錄制系統(tǒng)具體實(shí)施方案如下：

(1) 部署硬盤(pán)錄像機(jī)。部署一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)模擬混合輸入的硬盤(pán)錄像機(jī)，替換原工控機(jī)中兩塊視頻壓縮卡，減輕原機(jī)負(fù)擔(dān)。硬盤(pán)錄像機(jī)可支持16路D1模擬視頻編碼+1路D1模擬視頻解碼，支持模擬+網(wǎng)絡(luò)高清視頻混合輸入，支持網(wǎng)絡(luò)高清視頻輸入。替換后可實(shí)現(xiàn)16路D1標(biāo)準(zhǔn)錄像(768×576)無(wú)人值守自動(dòng)錄課，遠(yuǎn)程控制云臺(tái)攝像頭。此外，還可以實(shí)現(xiàn)各類(lèi)手機(jī)瀏覽(iPhone、Windows Mobile、 Android)及遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)課程收看，在監(jiān)控機(jī)房可支持VGA、HDMI1080P輸出，徹底顛覆傳統(tǒng)監(jiān)控的顯示效果。兼具智慧課堂、教學(xué)視頻及教學(xué)課件存儲(chǔ)及共享、教室空閑時(shí)段人物識(shí)別及行為檢測(cè)等功能，同時(shí)支持報(bào)警聯(lián)動(dòng)。硬盤(pán)錄像系統(tǒng)部署情況如圖2所示。

圖2 硬盤(pán)錄像系統(tǒng)

(2) 部署攝像頭及拾音器。采用高清攝像頭作為錄制設(shè)備，并在教室中央加裝高清攝像頭，用于錄制教師的課件投影。因場(chǎng)景不同，監(jiān)控?cái)z像頭在較遠(yuǎn)距離拍攝全景圖像時(shí)，可能出現(xiàn)聲音信號(hào)拾取困難、電平低、回聲大，音質(zhì)效果差等問(wèn)題。通過(guò)在距離教師較近的位置，布置頂棚拾音器的方法來(lái)解決這一問(wèn)題(部署的攝像頭及拾音器見(jiàn)圖3)。音頻質(zhì)量直接關(guān)系錄播課程的效果，但通常用于監(jiān)控的拾音器，其拾取聲音質(zhì)量不高，后期課程錄制效果一般。通過(guò)實(shí)驗(yàn)比較，采用了一種德國(guó)生產(chǎn)的拾音器。該拾音器具備大震摸電容頭，其AGC和DSP動(dòng)態(tài)聲音處理電路，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)連續(xù)音源進(jìn)行自動(dòng)增益放大，對(duì)噪音予以抑制。圖像和聲音清晰度的提高，保障了課程錄制的質(zhì)量。

圖3 攝像頭及拾音器

(3) 中央控制系統(tǒng)集成。為了便于教師對(duì)課程錄制進(jìn)行控制，需要更新中央控制系統(tǒng)。將原有設(shè)備，如計(jì)算機(jī)、視頻展臺(tái)、衛(wèi)星電視等多媒體系統(tǒng)與新的課程錄制系統(tǒng)進(jìn)行集成。這樣，在教師啟用中央控制系統(tǒng)和相關(guān)設(shè)備開(kāi)始授課的時(shí)候，課程錄制系統(tǒng)會(huì)隨教師使用的各種信息設(shè)備和課件同步工作。

(4) 云臺(tái)控制系統(tǒng)部署。在教師授課過(guò)程中，為了能夠較好地進(jìn)行課程的錄制，工作人員可以干預(yù)使用云臺(tái)控制系統(tǒng)，適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行鏡頭的推、拉、搖等調(diào)整。云臺(tái)控制系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 云臺(tái)控制系統(tǒng)

(5) 視頻后期處理、資源上傳與應(yīng)用。完成了課程錄制之后，可以對(duì)錄制的視頻文件進(jìn)行剪輯、壓縮等處理，如對(duì)視頻文件中的不需要的畫(huà)面進(jìn)行剪輯，對(duì)音頻進(jìn)行處理，使得音頻和視頻同步。完成了視頻的剪輯之后，則需要將處理好的視頻文件上傳到視頻點(diǎn)播服務(wù)器。

在上傳了視頻文件之后，點(diǎn)播服務(wù)器會(huì)根據(jù)預(yù)設(shè)的參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)碼，以適合不同平臺(tái)的碼流和分辨率。對(duì)資源元數(shù)據(jù)著錄、發(fā)布，通過(guò)瀏覽器可以選擇點(diǎn)播的視頻內(nèi)容，如圖5所示。

通過(guò)實(shí)際測(cè)試發(fā)現(xiàn)，視頻中教室內(nèi)場(chǎng)景，圖像清晰，色彩還原好，教師聲音錄制清晰。另外，在滿(mǎn)足校園網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)的電腦實(shí)時(shí)點(diǎn)播的同時(shí)，還可以使用移動(dòng)互聯(lián)設(shè)備如智能手機(jī)、平板電腦來(lái)收看系統(tǒng)的課程資源，也支持手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)互聯(lián)設(shè)備作前期監(jiān)控?cái)z像的瀏覽和管理。

2 結(jié) 語(yǔ)

自動(dòng)課程錄制系統(tǒng)改變了以往課程的錄制方式，通過(guò)前期的自動(dòng)錄制，中期的視頻剪輯處理和后期的視頻制作上傳，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)課程資源的共享，豐富了學(xué)生的學(xué)習(xí)資源。與投資巨大的會(huì)議或教學(xué)錄播錄像系統(tǒng)相比，本文所述方案具有資金投入小，錄制效率高，性?xún)r(jià)比較高的優(yōu)勢(shì)，也滿(mǎn)足一個(gè)系統(tǒng)多種應(yīng)用。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施改造，實(shí)現(xiàn)外語(yǔ)語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室的課程錄播，還可以拓展到學(xué)術(shù)交流和大師講座等教學(xué)交流活動(dòng)的現(xiàn)場(chǎng)錄像。不但節(jié)省了工作人員在課程錄制方面的工作量，也豐富了外語(yǔ)訓(xùn)練中心視頻點(diǎn)播平臺(tái)的資源。下一步，將考慮構(gòu)建更為完善的課程錄制點(diǎn)播系統(tǒng)，包括升級(jí)改造網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、增加課程錄制設(shè)備等，從而更好地為師生信息化教學(xué)服務(wù)。

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