全自动课程录播教室系统设计和建设

【摘 要】全自动课程录播教室是高校教学改革中教育技术变革的重要方向和内容。本文从实际应用出发，分析目前全自动录播系统的设计要求和功能需求，结合在建设过程中遇到的问题，分享在设计和建设过程中获得的经验。

【关键词】全自动录播；录播教室；系统设计

随着高校课程建设的要求日益增多，结合国家精品课程建设多年的发展以及互联网在线课程资源日益庞大的现状，网络教学资源的建设已经成为一项系统而庞大的工程。而在高校教学资源建设中，视频公开课、网络教学课程都需要大量的、高质量完成教学视频的拍摄和制作工作。所以建设一套高性能、高效率、高可靠性的课程录播系统已经成为现在高校教学改革中的一项重要建设内容。

全自动录播系统是一套以图像分析与处理技术为核心，集多媒体技术、流媒体技术、自动控制技术和模式识别技术于一体，通过场景自动识别、主置判断跟踪等方式，实现的多媒体视音频采、编、播一体化，输出成型的视频文件或课件格式文件的计算机多媒体系统。

一、课程录播系统的组成及功能

从组成结构上看，课程录播系统组成应该包括录制教室和控制室两个房间，录制室是一个经过装修，适合于演播录制的教室或房间，在教室内应该进行隔音、避光处理，教室内的灯光应该符合电视演播室的配置要求等。录制室内包括一套完整的多媒体教学环境，多台摄像机以及覆盖整个教学范围内的采音设备。

控制室主要负责监控录制室的录制活动情况，管理录制室多媒体设备进行课程录制等工作，控制室应该不远离录制室，通过控制室的设备能够控制和操作录制室中的所有设备，包括摄像机动作、采音音量调整、多媒体设备运行等。

从系统组成上看，课程录播系统的组成包括：

1.多媒体教学子系统

课程录播教师本身即为一个标准的多媒体教室，包括教师用计算机、功放、投影机、电子白板等设备。这些设备要能够在教学过程中正常使用，教师使用课程录播系统应该与在普通多媒体教室上课一样，完全不受到约束和控制，这样才能发挥教师的教学特色。

2.视音频采集子系统

课程录播系统的核心是要将拍摄的视音频等信号同步采集到计算机内处理，这个系统中包括视频采集、音频采集和计算机VGA信号采集。

视频采集包括拍摄摄像机和视频采集卡。根据《国家精品课程教学录像上网技术标准》，录播教室中应布置3台摄像机，分别用来拍摄教师、学生和板书。要求摄像机既要满足画面的清晰度要求，同时能够进行云台动作，我们采用了松下的AG-HPX173摄像机配合科旭威尔KX-PH490S2T云台。这种组合的优势在于，松下AG-HPX173本身在市场定位时即是专业级的高清数字摄像机，它的成像质量，色彩效果，感光性能等参数都优于传统的云台摄像头。配合科旭威尔的490S2云台可以实现多种镜头动作，可以说这种组合能够更高质量的表现。

视频信号的采集使用高清数字采集卡，可以同时采集3路视频信号，满足拍摄教师、学生和板书的要求。最大图像格式可以实现1920*1080，25帧每秒。同时可以手动设置码流大小，保证高清图像质量。

音频采集包括全教室范围内的采音麦克、调音设备及音频采集卡。根据教室的范围大小来设计和布置采音麦克风的数量，基本保证在3*3平方米范围内有一个吊装采音麦克风，在教师讲台附近可以适当增加一个采音麦克风来增强采音效果，同时要控制麦克风音量，避免采入杂音。网络课程有时候只拍摄教师画面，这时可以使用无线麦克直接采音，这样的采音受空间干扰更小，采音质量更高。

计算机VGA信号采集主要是用来采集计算机屏幕的画面，这里可以使用一个抓屏软件实时对教师计算机屏幕进行捕捉，为了能够捕捉动态视频画面，要求抓屏软件必须能够实现25帧每秒以上的捕捉帧率。

3.定位跟踪控制子系统

定位跟踪控制子系统是全自动录制系统的关键技术，其工作过程即是通过图像识别，对画面中移动的物体进行判断，同时发回控制信号来控制摄像机对主置进行跟踪拍摄。定位跟踪系统包括跟踪主机及3个定位摄像头，分别用来教师定位跟踪、学生定位跟踪和板书定位。

定位跟踪系统通过图像分析的结果，来对摄像机进行控制，比如教师在讲台上移动时，教师的图像在原先的图像中中发生变化，跟踪系统对教师身位进行判断，控制拍摄摄像机左右摇对教师进行跟踪拍摄。在定位跟踪系统要求设定一定的条件，能够保证拍摄画面在教学过程中根据教学的需要进行切换，比如在学生起立回答问题时，某个学生的身高高出了设定的水平线，摄像机切换到该学生的近景进行拍摄，如果有多个学生同时起立，这时画面应切换至整个教室全景，当教师走下讲台到学生中时，画面应该切换到教师的中景并跟随教师移动。当教师在板书上书写时，画面应切换到板书近景并跟踪教师的移动进行拍摄。

课程录播系统输出的格式应为视频文件格式或网络课件格式，无论哪种格式后期都涉及到进行二次编辑和修改的要求，比如讲课过程中出现的口误，由于其他因素造成画面的错误切换等等。所以要一套相应的软件进行后期编辑和处理，这个软件不但要能够剪辑视频音频，同时还要能够编辑计算机VGA信号文件，保证计算机屏幕画面与视频时间的同步。

5.网络点播、直播子系统

课程录制完成后可以通过网络进行直播，用户通过连接直播服务器观看直播画面。或将课件上传至课件管理系统，用户通过点击观看相应的课件。

二、全自动录播教室的环境建设

录播教室本身应该要满足视频拍摄和音频采集的质量要求，所以在教室装修布置方面应按照普通演播室的装修方法和标准，教师照明及讲台区域照明采用专业三基色电动翻转式面光灯2～4组，学生照明则使用普通隔栅灯，为了使拍摄的教师及学生画面风格统一，所有光源均采用色温一致的三基色灯管（3200k）。窗户选装遮光窗帘，安装遮光层，避免不同色温的光源混合。教室吊顶，开灯后室内亮度不低于500lx，教师面部不低于800lx，色温3600K，。测量方法采用GB5700-85 室内照明测量方法。

教室为有特殊安静要求的房间，为了保证采音质量，采用隔音材料装修，噪声要求≤40db，混响时间≤0.6秒。墙面采用专业木质吸音板，安装1个120*200cm专业隔音门。地面铺设4.5mm塑胶浅色地板。屋顶采用600mm*600mm矿棉吸音板。整个教室颜色偏中灰色。

三、结束语

录播教室的设计和建设是一个系统化工程，除了需要实现的基本录制功能外，还要追求高质量的录制效果，这需要我们在录播教室的建设和使用上还要不断的探索，从而实现高校教学改革的新突破。