王宗志

摘要：針對現(xiàn)有錄播系統(tǒng)，該文設(shè)計(jì)了一種基于H.264編碼的常態(tài)化錄播教學(xué)系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有云存儲服務(wù)器設(shè)備、全自動H.264編碼錄播系統(tǒng)、教師/學(xué)生圖像自動識別跟蹤系統(tǒng)、音頻系統(tǒng)四個單元。設(shè)備采用H.264編碼方式對視頻進(jìn)行存儲編碼傳輸，數(shù)據(jù)傳輸更快，更保真。

關(guān)鍵詞：H.264編碼;錄播系統(tǒng);電教系統(tǒng)

中圖分類號：TP399 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1緒論

隨著互聯(lián)網(wǎng)以及視頻編解碼技術(shù)的高速發(fā)展，當(dāng)代教學(xué)方法，相較于以往的教學(xué)方法產(chǎn)生了很大轉(zhuǎn)變。錄播電子系統(tǒng)在現(xiàn)代教學(xué)中獲得了普遍運(yùn)用并且逐漸受到教師與學(xué)生的青睞，錄播系統(tǒng)越來越多地被大中專院校以及廣播電視大學(xué)用來改善現(xiàn)有的教學(xué)模式，以及教學(xué)、培訓(xùn)技術(shù)方式。錄播系統(tǒng)已經(jīng)成為提高學(xué)生成績、提高學(xué)生質(zhì)量的主要手段和重要手段。

尤其是伴隨我國精品課程戰(zhàn)略的不斷實(shí)施，多媒體技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等諸多技術(shù)的飛速更新，也促進(jìn)了我國教育領(lǐng)域的不斷發(fā)展。在當(dāng)代教育體系中，精品課程已然成為我國許多院校保障自身教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在此情況下究竟以何種方式構(gòu)建智能化多媒體錄播系統(tǒng)，培養(yǎng)現(xiàn)代復(fù)合型人才，對于我國教育領(lǐng)域來說是非常重要的。

通過運(yùn)用錄播系統(tǒng)，可讓當(dāng)代大學(xué)生在學(xué)習(xí)期間，發(fā)揮自身主觀能動性，并將這種主觀能動性和客觀能動性二者之間進(jìn)行良好結(jié)合，以在學(xué)習(xí)過程中彰顯出自身的主體地位。同時在這種教學(xué)方式下，也能夠激發(fā)學(xué)生的相關(guān)興趣，使以往的教學(xué)模式能夠和當(dāng)代計(jì)算機(jī)技術(shù)二者之間進(jìn)行有效融合，從而真正提升教學(xué)質(zhì)量，使學(xué)生能夠在信息化社會中能夠更好地適應(yīng)。

錄播系統(tǒng)作為一種最行之有效、最直觀的教學(xué)方式，該系統(tǒng)在教育傳播，調(diào)研工作，信息獲取，技能提升等許多方面，均有著十分重要的價值，尤其是在當(dāng)前社會環(huán)境下，各項(xiàng)技術(shù)的日益普及，也使得錄播系統(tǒng)的運(yùn)用愈發(fā)成熟，能夠給教育領(lǐng)域所帶來的益處數(shù)不勝數(shù)。

自在線教育方式應(yīng)運(yùn)而生后，教師在開展教學(xué)活動時，對其運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，各類教學(xué)軟件的效果也提出了更為嚴(yán)苛的要求，需確保視頻、音頻、視頻編碼這三者的實(shí)施質(zhì)量。同時錄播系統(tǒng)還被要求操作簡單易使用、在錄制過程中實(shí)現(xiàn)錄播一體化、視頻全自動生成，從而達(dá)到錄播系統(tǒng)在課程教學(xué)中被廣泛使用。

2錄播系統(tǒng)面臨問題

一般我們所指的常態(tài)化教學(xué)是指在日常中的教學(xué)活動，包括常態(tài)的上課、教學(xué)需要的黑板等硬件、施教對象以及使用的教學(xué)手段?；谏鲜鲆?，在運(yùn)用錄播系統(tǒng)的過程中，需防止其影響到教師的上課心態(tài)，以及學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，不可讓錄播工具對師生產(chǎn)生干擾。該系統(tǒng)對教師與學(xué)生身心層面上的影響，主要涵蓋錄播對于人的影響，自教師開展課堂教學(xué)后、和學(xué)生明確本節(jié)課需要使用錄像機(jī)進(jìn)行錄制的時候，教師和學(xué)生在心理感官上一般都會有緊張以及害羞的情緒。特別有些年輕的、教學(xué)經(jīng)驗(yàn)不夠豐富的教師在視頻課程的錄制過程中會出現(xiàn)精神緊張、忘詞等問題，從而影響了正常教學(xué)水平的發(fā)揮，以及學(xué)生的課程質(zhì)量。再者也有不少學(xué)生，由于性格較內(nèi)向，會在課堂學(xué)習(xí)中產(chǎn)生怯于舉手發(fā)言，低頭不語等狀況，在運(yùn)用錄播設(shè)備時，會對教學(xué)進(jìn)度產(chǎn)生一定影響，現(xiàn)階段很多錄播系統(tǒng)在進(jìn)行課程錄制時，均需借助相應(yīng)的輔助設(shè)備，如需要教師佩戴“小蜜蜂”，激光筆等，而學(xué)生進(jìn)行課間問題回答需要配套相應(yīng)的搶答器等這些額外教學(xué)設(shè)備的也會影響師生的教學(xué)質(zhì)量，同時這些設(shè)備也容易引起一系列的錄制故障。例如，多個學(xué)生在問題必須按搶答器進(jìn)行答題，搶答器進(jìn)行計(jì)算才能準(zhǔn)許學(xué)生答題并且檢測，才會經(jīng)過攝像頭進(jìn)行切換，將錄制主角換為學(xué)生，若學(xué)生未能按下?lián)尨鹌?，亦或選擇讓其他同學(xué)作答，那么錄播系統(tǒng)就難以準(zhǔn)確地進(jìn)行畫面切換。

3H.264編解碼技術(shù)編碼介紹

本系統(tǒng)采用H.264編解碼技術(shù)進(jìn)行視頻編碼，H.264編解碼技術(shù)是一種相對性能比較高的視頻編解碼技術(shù)。目前國際上比較權(quán)威的視頻編碼指定制定組織有兩個，一個是“國際電聯(lián)（ITU-T）”，它制定的標(biāo)準(zhǔn)有（H.261）、（H.263）、（H.263+）等，另一個是“國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）”該組織制定的標(biāo)準(zhǔn)有（MPEG-1）、（MPEG-2）、（MPEG-4）等。而H.264編解碼技術(shù)而是由權(quán)威組織一同構(gòu)建的視頻組，構(gòu)建視頻編碼規(guī)范，因此其不但為H.264編解碼技術(shù)，也為MPEC-4圖像視頻編碼（AdvancedVideoCoding，AVC），且也可當(dāng)作MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)的一部分。所以，不管為MPEG-4 AVC、亦或ISO/IEC 14496-10，均為H.264編解碼技術(shù)。

相對于其他的編解碼技術(shù)，H.264編解碼技術(shù)最大的優(yōu)勢是還具備良好的數(shù)據(jù)壓縮比例，在同一圖像質(zhì)量的情況下，H.264編解碼技術(shù)的實(shí)際壓縮比超過MPEC-2約為2倍，超過MPEG-4約為1.5～2倍。例如，原始文件若為88GB，實(shí)施MPEG-2壓縮標(biāo)準(zhǔn)壓縮之后變?yōu)?.5GB，壓縮比例為25：1，而采用H.264編解碼技術(shù)壓縮標(biāo)準(zhǔn)壓縮后變?yōu)?79MB，從88GB到879MB.H.264編解碼技術(shù)的壓縮比達(dá)到驚人的102，和ISO/IEC所指定的MPEG-2和MPEG-4ASP等壓縮技術(shù)進(jìn)行傳輸時間比較，H.264編解碼技術(shù)壓縮技術(shù)將大大節(jié)省用戶的下載時間和上在時間。特別值得注意的是，H.264編解碼技術(shù)在具有高壓縮比的同時還擁有高質(zhì)量流暢的圖像。因此H.264編解碼技術(shù)特別適合應(yīng)用于錄播系統(tǒng)中。

4錄播教學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在字面意義上，“錄”主要指的是把教師上課所運(yùn)用的課件，學(xué)生在課上所回答的相關(guān)問題，利用錄播主機(jī)、攝像機(jī)等進(jìn)行記錄，將其記錄為圖像語言的一種文件資源，并且在錄制結(jié)束后，也可將錄制結(jié)果進(jìn)行傳輸，將其傳輸至資源管理平臺之上?！安ァ眲t主要指的是播放所錄制的語音或者視頻，這樣在課堂中就能夠?qū)ο鄳?yīng)課件進(jìn)行點(diǎn)播或者直播。IP網(wǎng)絡(luò)觀看端利用mternet，explorer觀看資源平臺的點(diǎn)播與直播內(nèi)容。

根據(jù)上述要求，錄播系統(tǒng)中軟硬件主要由以下幾部分構(gòu)成：云存儲服務(wù)器、全自動高清錄播系統(tǒng)、教師，學(xué)生圖像識別跟蹤系統(tǒng)、音頻系統(tǒng)，如圖1所示。

云存儲服務(wù)器：所謂云存儲概念是在數(shù)據(jù)云計(jì)算概念上進(jìn)化出來的一種新的服務(wù)。該技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)中各類存儲設(shè)備匯集在云計(jì)算系統(tǒng)設(shè)備中。通過所謂的云計(jì)算模式相互串聯(lián)起來記性協(xié)同工作。同時該系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)存儲和業(yè)務(wù)響應(yīng)的訪問以及使用功能。

人們常說的私有云存儲是一個全新的云狀結(jié)構(gòu)的存儲系統(tǒng)概念，該網(wǎng)絡(luò)存儲系統(tǒng)采用多個服務(wù)器組成，并且通過集群配合、分布式的文件關(guān)系統(tǒng)和類似網(wǎng)格計(jì)算的凡是功能聯(lián)合起來協(xié)同工作。

并且云系統(tǒng)能夠通過特定的應(yīng)用軟件或應(yīng)用接口，對用戶提供響應(yīng)的存儲服務(wù)。

云系統(tǒng)是智能錄播系統(tǒng)的核心，該系統(tǒng)能夠?qū)⒍嗦芬曨l信號進(jìn)行存儲與備份。視并且當(dāng)點(diǎn)播是，能夠進(jìn)行切換看視頻。云系統(tǒng)決定了智能錄播系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)的調(diào)配。

全自動錄播系統(tǒng)：一般采用圖像識別+人物形態(tài)跟蹤作識別跟蹤技術(shù)，使用骨架識別算法，能夠準(zhǔn)確地識別人的行為。該技術(shù)只需要攝像頭，并無其他配套硬件設(shè)備，就能夠?qū)崿F(xiàn)教學(xué)過程全自動跟蹤拍攝。支持上課教師特寫、教室的全景拍攝、回答本體學(xué)生特寫拍攝、學(xué)生全景、板書、相應(yīng)的電腦視頻拍攝錄制。同時該系統(tǒng)能夠支持3路本地1080P/720P高清視頻信號/VGA信號的同步采集工作。

并且該視頻編碼采用目前國際上領(lǐng)先的基于H.264編解碼技術(shù)High Profile高清編碼方式，課件所采用的音頻編碼采用AAC高清音頻編碼方式，從而實(shí)現(xiàn)教學(xué)音、視頻超高清錄制的需求。

教師，學(xué)生圖像識別跟蹤系統(tǒng)：運(yùn)用圖像識別這一技術(shù)所具備的自動跟蹤系統(tǒng)后，在課堂教學(xué)中教師并不需要任何輔助設(shè)備，也不需要使用課桌椅，則能夠確保課堂教學(xué)的常態(tài)化，實(shí)現(xiàn)對相應(yīng)資源的良好運(yùn)用，且也能夠美觀班級裝飾效果。跟蹤系統(tǒng)可精準(zhǔn)、自動的實(shí)施定位，明確教師或者學(xué)生的實(shí)際位置，同時也能夠跟蹤拍攝教師或者學(xué)生的授課狀態(tài)以及學(xué)習(xí)狀態(tài)，確保師生特寫畫面處在預(yù)置的范圍中。跟蹤拍攝板書內(nèi)容以及整個講解階段，還能夠設(shè)置活動區(qū)域，精準(zhǔn)識別教師在教室中的位置，配合主機(jī)切換相應(yīng)場景，從而保障對整個教學(xué)過程的清晰拍攝。利用圖像識別跟蹤這一技術(shù)，也能夠精準(zhǔn)定位處在發(fā)言狀態(tài)學(xué)生的位置，對于板書的特寫位置也能夠進(jìn)行跟蹤拍攝，檢測黑板范圍。運(yùn)用邏輯區(qū)域設(shè)定形式，將黑板與白板劃分為諸多子區(qū)域，而后以這一形式實(shí)施拍攝，如此則能夠清晰地將字體拍攝出來。該系統(tǒng)也不會受到電磁、光線等因素的影響致使跟蹤錯誤。

音頻系統(tǒng)：包括拾音子系統(tǒng)和擴(kuò)聲子系統(tǒng)。負(fù)責(zé)采集教學(xué)實(shí)時聲音和擴(kuò)聲。拾音子系統(tǒng)用于對上課的朗讀聲以及老師教課聲進(jìn)行還原從而得到高保真。擴(kuò)聲子系統(tǒng)用于對學(xué)生回答問題，老師上課的聲音進(jìn)行擴(kuò)大使得更多人聽清楚。

本文所涉及的常態(tài)化錄播教學(xué)系統(tǒng)主要使用在常態(tài)化上課任務(wù)的清晰直播所錄制的視頻，需滿足《精品視頻公開課拍攝制作技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》之中的相關(guān)要求，且需適用于諸多管理平臺之中。

本文所介紹的系統(tǒng)支持電影模式拍攝，也支持以往多畫面拍攝方式，且這一系統(tǒng)利于清晰拍攝教師所運(yùn)用信息技術(shù)的屏幕。且滿足1920*1080分辨率和38fps幀率指標(biāo)。系統(tǒng)能配合觸控機(jī)器同步錄制下來。

并且本方案除了其他設(shè)備所有的支持單畫面的電影模式錄制及多畫面課件形式錄制，還在上述功能的基礎(chǔ)上增加了國內(nèi)獨(dú)創(chuàng)的單流多畫面系統(tǒng)，該功能能夠支持1920*1024的分辨率，實(shí)現(xiàn)超越一般平臺一機(jī)兩模式，實(shí)現(xiàn)一機(jī)三模式的切換。同時本方案也在上述平臺硬件的基礎(chǔ)上，支持單流多畫面/單流多畫面錄制功能，以供用戶更好地根據(jù)需求應(yīng)用不同的錄制效果。

了解項(xiàng)目運(yùn)用與建筑需求，物理設(shè)備包含觀摩室、精品錄播教室以及直播觀看教室等，在充分了解大中專及電學(xué)校的需求和實(shí)際項(xiàng)目需求后，整體物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)架構(gòu)如圖2所示。

本憑條主要完成下述功能及作用：構(gòu)建自動錄播系統(tǒng)，錄制常態(tài)精品課程，并且構(gòu)建優(yōu)秀教師課程庫，為教師與學(xué)生課下學(xué)習(xí)提供保障，實(shí)現(xiàn)共享資源;此憑條也可推動教育局建設(shè)課堂教學(xué)信息化的程度，提升教育信息化建設(shè)能力;并且能夠建立在線相應(yīng)的在線學(xué)習(xí)交流環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)生的課后學(xué)習(xí)、提前學(xué)習(xí)的便利，同時提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性與自主性。通過構(gòu)建教師之間共同探究學(xué)習(xí)的良好空間，能夠?yàn)榻處熤g彼此學(xué)習(xí)、彼此競爭，彼此幫助提供探究學(xué)習(xí)的空間與平臺。

5總結(jié)

總之，智能錄播系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)進(jìn)行的最新成果。同樣也是教學(xué)相長的必經(jīng)絕點(diǎn)。該平臺應(yīng)用包括常態(tài)化課程錄像、上課內(nèi)容直播、教學(xué)軟性資源管理、課程點(diǎn)播、微格評估、后期編輯這樣一個完整的錄播應(yīng)用體系，最終實(shí)現(xiàn)錄播教室。該平臺具有很高的應(yīng)用價值。