崔亞強 田建林 田貴明 余淇 王春艷

摘 要：視頻資源建設是當前教育信息化建設的熱點之一，用于視頻資源建設的錄播系統(tǒng)也日益受到人們的重點關注。錄播系統(tǒng)以其自動錄播、大批量錄制、完善資源開發(fā)與存儲等特點，受到廣大高校的青睞，但是由于錄播設計理念與實現(xiàn)技術等方面的原因，全自動錄播方式與人工錄制方式相比較，依然存在一些問題。在對錄播系統(tǒng)進行全面系統(tǒng)分析的基礎上，結合實際使用情況，提出了相應的解決方案，并對其未來發(fā)展趨勢進行了探討。

關鍵詞：錄播系統(tǒng)；解決方案；發(fā)展趨勢

中圖分類號：G431 文獻標志碼：A 文章編號：1673-8454（2016）07-0081-04

一、概述

視頻資源建設是當前教育信息化建設的熱點之一，用于視頻資源建設的錄播系統(tǒng)也日益受到人們的重點關注。錄播系統(tǒng)以其自動錄播、大批量錄制、完善資源開發(fā)與存儲等特點，受到廣大高校的青睞。隨著校內硬件的不斷升級、網(wǎng)絡條件的不斷改善、高清采集領域的日漸興起，高校對錄播系統(tǒng)的需求越來越大、要求也越來越高，從2008年起無論是高教、普教、職業(yè)院?；蛘吲嘤枡C構，錄播系統(tǒng)都得到了廣泛的普及和應用。

錄播系統(tǒng)，顧名思義，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，具有各種硬件設備和應用軟件的一體化的智能數(shù)字系統(tǒng)。[1]目前主流的錄播系統(tǒng)，大都為全自動高清錄播系統(tǒng)，即在滿足教師現(xiàn)場授課的同時，按照教學時間的先后順序自動生成高清實況教學錄像，完整記錄教學全過程，包括教師講授過程、板書過程、多媒體教學課件過程以及學生互動過程等，該實況錄像還允許以流媒體的方式在網(wǎng)絡中進行直播與點播。

全自動高清錄播系統(tǒng)在教育中的應用非常廣泛，涉及微格教學、精品課程、視頻會議、遠程示范課、教育培訓、會議實錄、教學示范等，其在提高教學質量、優(yōu)化教學效果方面發(fā)揮了很大作用。第一，促進自我診斷常態(tài)化。全自動高清錄播系統(tǒng)能夠為教師在自然教學狀態(tài)下完整呈現(xiàn)課堂師生活動、教學內容等細節(jié)，使教師跳出自身局限進行自我診斷與反思，促進自我提升。[2]第二，促進校本教研網(wǎng)絡化。借助錄播系統(tǒng)的“直播”功能，可以大大提高校本教研的影響力，擴大受眾范圍，克服傳統(tǒng)教研活動參與人數(shù)的限制， 滿足廣大教師提高教學能力的需求。第三，促進教師互助交流。錄播系統(tǒng)錄制的課堂錄像可以完整呈現(xiàn)教師上課情況，便于教師之間開展互助交流、互幫互評，使其不斷從其他教師教學中汲取有益經(jīng)驗來提高自身教學效果和教學水平。[3]第三，解決學生進度不一。學生可根據(jù)自身實際情況，利用教學錄像開展自主學習，對自己感興趣的知識或者有疑問的內容進行反復觀看，直至學會。第四，共建共享優(yōu)質教學資源。全自動高清錄播系統(tǒng)為學校優(yōu)質資源的共建共享提供了一條便捷途徑，學?？蓪⒁恍┲攸c課程或者名師名課進行精品化打造，通過“錄播”或“直播”功能，供其它課程教學使用或借鑒。

二、存在的問題

雖然全自動高清錄播系統(tǒng)在一定程度上節(jié)約了人力與物力，提高了錄制的效率，逐步實現(xiàn)了課堂錄制工作的批量化和常態(tài)化，但由于錄播設計理念與實現(xiàn)技術等方面的原因，全自動錄播方式與人工錄制方式相比較，依然存在一些問題，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

第一，景別定義存在偏差。根據(jù)《中外影視大辭典》，景別是根據(jù)被攝主體在鏡頭中所占的面積范圍做出的一種劃分，一般有特寫、近景、中景、全景、遠景等景別。以成年人在鏡頭中面積比例大小為準，拍攝頭部的為特寫，胸部以上的為近景，膝蓋以上為中景，人物全身為全景，人物處在大背景中則為遠景。[4]錄播系統(tǒng)在使用過程中，雖然也提供多種景別畫面，如全景、中景、近景、特寫等鏡頭，但其錄制過程中涉及的景別范圍，并沒有達到相關具體要求，更多的是依據(jù)經(jīng)驗自行設定、給予呈現(xiàn)。

第二，目標跟蹤不智能，鏡頭切換不合理。跟蹤策略是否合理是檢驗錄播系統(tǒng)的核心技術指標，由于設計理念及技術的局限性，目前全自動錄播系統(tǒng)并沒有達到如人工錄制般“自然”、“及時”、“合理”?，F(xiàn)在市場上大多產(chǎn)品的目標跟蹤技術是采用紅外線感應、超聲波定位或者圖像識別等跟蹤技術。其中，紅外線感應技術抗干擾性差，跟蹤目標易被同一空間中其它物體的紅外輻射或室外光線所影響，造成跟丟現(xiàn)象。加之，教師活動范圍較大，當進行板書、實物演示或者學生互動時，攝像頭短時間內過于頻繁地更換角度會造成畫面模糊、晃動等不良效果。即使采用紅外感應加語音激勵的跟蹤方式，但由于設備需要一定的反應時間，短時間內也會出現(xiàn)畫面晃動的情況，影響課程的錄制質量。超聲波定位技術因其發(fā)射角度偏大，易造成拍攝方位精度不高，出現(xiàn)視頻信號來回切換或攝像機頻繁左右搖擺誤操作，最終可能會形成空畫面或者無效畫面。[5]另由于無法判斷被拍攝對象的高度，所以超聲波定位技術不能自動調整攝像機的拍攝高度，視頻畫面的構圖容易出現(xiàn)偏差。而圖像識別控制技術更多的是基于“固定模板”進行跟蹤，在使用中會頻繁出現(xiàn)目標主題跟丟和亂跟現(xiàn)象。在對教學內容（即電腦畫面）的跟蹤切換方面，也存在問題。目前大部分錄播系統(tǒng)是基于鼠標觸發(fā)方式，但不可避免的是鼠標的意外碰觸，將會造成錯誤的內容顯示。除此之外，在跟蹤策略上，很多錄播產(chǎn)品采用“跟移”方式，即鏡頭隨著教師的走動而移動，容易使人產(chǎn)生眩暈感，增加心理負擔，不利于后期視頻觀看。

第三，定位畫面構圖不合理。畫面是視頻質量的靈魂，不合理構圖的畫面無法向用戶提供完整的信息，會降低學生對課程的興趣。通過文獻調研和自身的建設使用經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)很多錄播系統(tǒng)在一定程度上均存在畫面構圖不合理的情況。例如，教師畫面當由全景切換為特寫時，目標人物經(jīng)常發(fā)生偏移，并未處在畫面最佳位置。另外，定位畫面也沒有考慮到教師身高多樣性引起的特寫畫面不合理現(xiàn)象，直接影響畫面美觀。當授課教師身高較高時，畫面容易“頭頂天”，而較矮時，則又“壓底線”。

第四，聲音采集不盡如人意。眾所周知，聲音會對課程視頻質量產(chǎn)生極大的影響。錄播系統(tǒng)的聲音采集一般通過吊麥或者手持無線話筒來進行。其中，吊麥的設置缺乏標準，個數(shù)較少時遠處學生互動聲音采集太小，但是安裝較多時錄制視頻又會產(chǎn)生較大的噪音。而手持無線話筒方面，出于對人力物力的考慮，并不能為每個學生提供無線話筒，即使提供，很多學生發(fā)言時也經(jīng)常忘記打開，這種“干擾式設計”大大限制了師生的自由互動。

第五，系統(tǒng)穩(wěn)定性有待提高。錄播系統(tǒng)的穩(wěn)定性至關重要，它的好壞直接決定了高校的使用情況。目前，大多錄播產(chǎn)品是通過集成商拼接而成，缺乏完整專利技術，經(jīng)常故障頻發(fā)，主要體現(xiàn)在兩個方面，一是錄制過程不能穩(wěn)定運行，二是長時運行故障率高，這對于高校的使用、管理與維護極其不易，同時也嚴重影教師用戶的體驗。

第六，系統(tǒng)兼容性比較欠缺。在硬件上，不同廠家的錄播系統(tǒng)無法與高?，F(xiàn)有設備進行連接、整合應用，部分接口并未采用開放、標準式形式，同時在建設過程中也沒有預留足夠冗余接口以便高校的后續(xù)整合應用，這對于成本控制沒有起到有效作用。在軟件上，不同廠家的錄播系統(tǒng)都有相配套的管理平臺來進行課程資源的一體化管理，無法與高校自有網(wǎng)絡平臺進行有機融合，不利于資源的深度使用。

除此之外，錄播系統(tǒng)還存在一些其它問題，如多路同時錄制不滿足、無法與非編系統(tǒng)自動匹配、與中控集成度不高、錄制參數(shù)閾值過低、二次壓縮有損質量、系統(tǒng)用途單一等。[6]

三、解決方案

筆者所處的高校，從2007年引入第一套全自動錄播系統(tǒng)開始，就一直在努力進行各種嘗試與優(yōu)化，力求拉近與人工錄制效果之間的差距。目前，基于“人工錄制一體化”的設計理念，結合工作經(jīng)驗提出全自動高清錄播系統(tǒng)解決方案，以期打破當前錄播系統(tǒng)建設與使用中存在的瓶頸。

1.“N+X”機位景別設置

考慮到如何完整呈現(xiàn)教學過程并詳細記錄教學細節(jié)，自由呈現(xiàn)被攝主體所處的空間位置，獲得最佳畫面形象和最恰當景別，筆者所處的高校采用“N+X”機位景別設置，即在教師區(qū)配備了兩臺高清攝像頭，專門負責教師區(qū)域的全景和特寫畫面。而在教師特寫畫面的處理上，考慮到教師身高不一可能產(chǎn)生的畫面構圖不合理情況，專門在教室前方頂棚安裝“身高自適應”跟蹤攝像頭進行智能調節(jié)，以此保證教師特寫畫面構圖的美觀性與合理性，這是錄播系統(tǒng)解決方案中的一大亮點。在對學生區(qū)的設置上同樣安裝兩臺高清攝像頭，負責該區(qū)域的全景和特寫畫面。除此之外，對教師的板書區(qū)域也格外關注，配備了專門攝像頭進行信號的采集。在對教師區(qū)與學生區(qū)的界限定義上，利用半球攝像機進行區(qū)域劃分，即在教室前方兩側墻壁上各單獨安裝1個球形攝像頭實現(xiàn)區(qū)域界定。通過“N+X”機位景別的設置，力求對教學過程進行多景別呈現(xiàn)，真實還原現(xiàn)場。

2.智能跟蹤切換策略

在跟蹤切換方式上，采用基于圖像識別的控制技術。在各個場景鏡頭的跟蹤轉換上，均采用“硬切換”方式，符合人的視覺習慣，避免發(fā)生“跟移”，給人一種自然真實的體驗。為保證目標人物跟蹤與畫面切換的穩(wěn)定性、流暢性，筆者所處的高校采用更加智能的跟蹤切換策略。當教師在講臺上處于運動狀態(tài)時，錄播系統(tǒng)對教師區(qū)進行全景畫面處理，待教師狀態(tài)穩(wěn)定后，結合身高自適應攝像頭給予合理的特寫畫面。當教師不自覺進行肢體小幅度運動時（如左右晃動），錄播系統(tǒng)則通過“安全框”設定，不會認為目標人物發(fā)生移動，從而避免特寫到全景畫面的頻繁切換，為我們提供更加穩(wěn)定的效果。通過“教師安全框”設置，可以為教師量身設定一定范圍的安全活動區(qū)，進而實現(xiàn)模糊防抖功能。當教師進行板書操作時，錄播系統(tǒng)切換為板書特寫畫面，更加清晰地呈現(xiàn)板書內容。

當教師走下講臺穿過師生邊界線進入學生區(qū)后，錄播系統(tǒng)及時切換為學生區(qū)全景畫面，然后再切換為教師特寫。當學生起立回答問題時，首先顯示學生區(qū)全景畫面，進而切換為學生特寫鏡頭。當多個學生同時站立，則又切換為全景。當學生回答完畢坐下時，錄播系統(tǒng)自動切換到全景鏡頭過渡，而后切換到教師鏡頭。除此之外，筆者所處高校也格外關注錄播系統(tǒng)的抗干擾能力，要求其不會因學生在座位上的舉手、撓頭等動作而誤判，不會因學生在非正常教學互動時走出教室而進行畫面切換。

對于教學內容（即電腦畫面）的跟蹤與切換，在保留鼠標觸發(fā)式的基礎上，添加筆觸式設計和智能手勢識別功能。筆觸式設計可以通過電子筆點擊白板給予顯示，使切換更加精準與穩(wěn)定。智能手勢識別則是引入的一種新型人機互動方式，是錄播系統(tǒng)解決方案中的另一個亮點。當教師站在屏幕前進行常態(tài)手勢操作時，錄播系統(tǒng)能準確判斷該動作是否為有效教學肢體活動并進行切換，使錄制畫面緊跟教師講授內容，便于后期學生更加合理地開展學習。同時，當教師使用激光筆進行勾畫重難點時，錄播系統(tǒng)將自動保留激光筆移動痕跡，作為課件標注隨同錄制。

除此之外，錄播系統(tǒng)能夠有效識別活動畫面（如視頻），當電腦進行視頻播放時，錄制/導播畫面始終保持該活動畫面，并能科學屏蔽電腦畫面四周區(qū)域，避免錄制彈出的廣告影響錄制效果。

3.“多格式雙碼流”錄制參數(shù)

錄播系統(tǒng)的錄播模式一般有三種，即全景模式、電影模式和資源模式。目前主流的是電影模式，即按照事件發(fā)生的時間順序，依據(jù)人們的視覺習慣，以教學過程為主線，將各路信號直接輸出為一個單流單畫面形式，有機整合了教師講課、學生互動、課件展示、板書等授課實況。而資源模式則是將各路信號制作為獨立文件，便于后期根據(jù)需求再編輯。以往的錄播系統(tǒng)，這三種模式是獨立設置，不能進行兼容選擇，但為了不錯過任何一個表現(xiàn)課堂效果的鏡頭以及開展后期編輯所需要的高質量視頻素材，提出電影模式錄制下的資源模式同步錄制方式。與此同時，在滿足教育部相關要求的基礎上，提供“多格式雙碼流”錄制，支持多種視頻、音頻、文件格式，支持多種應用場景。當錄制的視頻用于網(wǎng)絡傳播時，可選擇H.264標準，高性能壓縮，文件??；當視頻用于后期編輯，進行教育資源存儲時，則可選擇MPEG2-I標準，高碼高質。

4.錄播非編無縫銜接

錄播系統(tǒng)生成的多路視頻文件，能與后期非編系統(tǒng)進行無縫銜接，一一對應，相互匹配，完成片頭片尾的自動合成、臺標添加、字幕添加、視頻“打點”等工作，便于后期微課程制作，同時視頻點可設置提問，方便開展學習進度跟蹤。

5.人性化外圍配備

錄播系統(tǒng)的建設，除了相關的核心部件外，也應關注相關的多媒體配備。例如，教室前方的投影儀使用超短焦投影，避免教師在幕布前講課，投影畫面投射到臉上，影響拍攝。結合電子白板或自帶交互組建的投影機，錄制效果更好。錄制過程，教室后方設置“錄制計時器”顯示屏，便于及時反饋授課教師是否正常錄制，為教師提供及時、貼心的提醒，體現(xiàn)人性化設計的一面。在聲音采集方面，使用“1+X吊麥”組合方式，教師通過領夾無線話筒或者手持麥克風，學生則通過“吊麥”拾音，無需手持任何設備。在“吊麥”安裝標準上，采用心形指向性麥克風，按照9：1的比例進行，即9個學生共用1個麥克風。

在對錄播系統(tǒng)的管理上開通遠程服務，管理者在辦公室即可直接對其使用情況進行實時操作、監(jiān)督與管理，滿足遠程應急操作的需求。遠程控制的實現(xiàn)采用兩種方式：一種是通過映射錄播管理系統(tǒng)的內網(wǎng)IP為外網(wǎng)IP，通過網(wǎng)頁登錄錄播管理系統(tǒng)實現(xiàn)本地操作；另一種方式是搭建遠程控制環(huán)境，通過遠程訪問教室內的錄播主機實現(xiàn)遠程管理與維護。

四、趨勢探討

1.基于云平臺的錄播系統(tǒng)

隨著對錄播系統(tǒng)的需求越來越大，很多高校已陸續(xù)投入專項資金開展建設工作。眾所周知，錄播系統(tǒng)的建設成本一般比較高，如果要在全校進行普及安裝將大大超出承受范圍。所以，將來各高?？筛鶕?jù)自身實際需要通過網(wǎng)絡共享錄播核心設備，打造基于云平臺的錄播系統(tǒng)，在降低建設成本的同時使每間多媒體普通教室都有可能實現(xiàn)錄播功能。

2.基于大數(shù)據(jù)的錄播系統(tǒng)

錄播系統(tǒng)的最終受益人是學習者，結合大數(shù)據(jù)開展學習者的行為分析，也是未來錄播系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。錄播系統(tǒng)可以根據(jù)學習者的使用行為進行數(shù)據(jù)建模，通過對交互數(shù)據(jù)，如文本、視頻、音頻以及操作日志等，來了解學習者的學習過程數(shù)據(jù)，通過科學的學習分析技術，如社會網(wǎng)絡分析法、內容分析法等來了解學習者的學習情況。

3.基于強大擴展應用的錄播系統(tǒng)

目前，錄播系統(tǒng)已逐漸成為高校進行視頻資源建設的主要方式，而對于視頻資源的使用卻不盡如人意。大多是進行單方面的課程錄制，有使用需求則進行拷貝，其價值體現(xiàn)比較低。究其原因，是因為各個廠家錄播管理系統(tǒng)并未與校本網(wǎng)絡平臺完成數(shù)據(jù)對接，相關視頻資源無法上傳到特定的網(wǎng)絡平臺或者網(wǎng)絡課程，不便于師生使用，所以基于強大擴展應用的錄播系統(tǒng)將成為未來發(fā)展趨勢。它將有力打破數(shù)據(jù)壁壘，解決信息共享問題，深層次實現(xiàn)資源共享。除此之外，隨著移動互聯(lián)的發(fā)展，移動優(yōu)先（Mobile First）已經(jīng)成為諸多教育產(chǎn)品的戰(zhàn)略發(fā)展方向，錄播系統(tǒng)也將提供相應的移動端擴展應用，打通視頻資源與師生的最短路徑，滿足其在任何時間、任何地點開展教學活動的需求。

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（編輯：王天鵬）