朱鵬云

[摘要]隨著精品課程建設(shè)的發(fā)展及網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的普及，網(wǎng)絡(luò)視頻課件漸趨成為兩者必不可少的組成部分。該文從場(chǎng)景切換、視頻處理及網(wǎng)絡(luò)發(fā)布等三個(gè)方面對(duì)網(wǎng)絡(luò)視頻課件的自動(dòng)錄播技術(shù)之發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行闡述。

[關(guān)鍵詞]網(wǎng)絡(luò)視頻課件：場(chǎng)景切換；流媒體；實(shí)時(shí)

[中圖分類號(hào)]G40—057

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[論文編號(hào)]1009—8097(2009)13—0167—02

引言

傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)視頻課件大多是以網(wǎng)頁(yè)形式將教學(xué)視頻和電子講稿等嵌套在同一窗口進(jìn)行多畫面同步播放，其中教學(xué)視頻一般是教師的特寫畫面。這種網(wǎng)絡(luò)課件通常以電子講稿的演示為主，形式枯燥且可觀賞性較低。隨著網(wǎng)絡(luò)多媒體和視頻處理技術(shù)的發(fā)展，以單一的視頻形式通過(guò)適當(dāng)?shù)膱?chǎng)景切換來(lái)記錄授課過(guò)程的實(shí)時(shí)自動(dòng)錄播技術(shù)，更加符合當(dāng)前現(xiàn)代教育技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的需求。一段視頻課件如何更好地記錄并再現(xiàn)教學(xué)實(shí)況，視頻課件的制作流程及網(wǎng)絡(luò)發(fā)布的要求，正是本文要討論的問(wèn)題。

一場(chǎng)景切換

視頻課件從畫面內(nèi)容本身來(lái)講包含教師講述、板書信息、電子講稿(如PPT)、學(xué)生互動(dòng)等；從多媒體信號(hào)源來(lái)講包含各路視頻鏡頭、計(jì)算機(jī)VGA以及其它多媒體輔助設(shè)備等：從分鏡頭角度來(lái)講可以分為教學(xué)全景、學(xué)生特寫、教師特寫、板書特寫、多媒體特寫、畫中畫等；根據(jù)錄制目的可分為精品課程申報(bào)錄像、在線課堂資源積累等，前者一般是隨機(jī)錄制單次授課，后者是按課程進(jìn)行全程錄制。

視頻課件中場(chǎng)景的切換應(yīng)符合學(xué)生自然注意力的變換、合乎教師教學(xué)焦點(diǎn)的變化。與電視或電影的制作一樣，只有合理的場(chǎng)景變化與切換才能吸引或保持人們的興趣，而與電視教學(xué)片或其它演示錄像不同，不干擾教師非作秀的正常授課是課件錄制的前提。不妨把視頻課件稱為沒(méi)有導(dǎo)演的紀(jì)錄片，教室中各種燈光、鏡頭、話筒等錄制設(shè)備盡量不要引起學(xué)生和教師的緊張或不自在。一般來(lái)說(shuō)，以教師講授的特寫為主；當(dāng)教師書寫或講解板書時(shí)，以板書場(chǎng)景為主；當(dāng)教師講解PPT或演示多媒體課件時(shí)，以計(jì)算機(jī)畫面為主，此時(shí)可以用畫中畫的方式來(lái)表現(xiàn)教師形象；當(dāng)與學(xué)生互動(dòng)時(shí)，以學(xué)生特寫為主：在課程錄制的過(guò)程中教學(xué)全景畫面可通過(guò)插播的形式進(jìn)行短暫的畫面補(bǔ)充。

場(chǎng)景切換方式有手動(dòng)和自動(dòng)兩種。自動(dòng)切換的觸發(fā)條件可歸結(jié)為各種各樣的信號(hào)，有感應(yīng)定位設(shè)備(超聲波或紅外)、聲音、鼠標(biāo)鍵盤動(dòng)作、輔助設(shè)備激活等，還有自定義隨機(jī)插播，同時(shí)應(yīng)包含無(wú)信號(hào)自動(dòng)補(bǔ)充機(jī)制。其中感應(yīng)定位有動(dòng)態(tài)跟蹤鏡頭和固定鏡頭切換，兩者孰優(yōu)孰劣見(jiàn)仁見(jiàn)智，但是場(chǎng)景切換的延時(shí)觸發(fā)非常必要。自動(dòng)化錄播是視頻課件數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢(shì)，而教師和學(xué)生的臨場(chǎng)表現(xiàn)還有各種突發(fā)狀況的不可預(yù)期性決定了現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)調(diào)控及后期剪輯都是不可缺少的環(huán)節(jié)。從實(shí)際的應(yīng)用中可以了解，完全的手動(dòng)或完全的自動(dòng)都是不可取的，沒(méi)有真正意義上的全自動(dòng)錄播，只有自動(dòng)手動(dòng)互相結(jié)合才能更好地為教學(xué)服務(wù)。那么簡(jiǎn)單地說(shuō)，如何實(shí)現(xiàn)合理流暢的場(chǎng)景切換就是視頻課件自動(dòng)錄制技術(shù)的主要目標(biāo)，滿足網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中視頻點(diǎn)播發(fā)布需求的視頻處理技術(shù)則是關(guān)鍵保障。

二視頻處理

將授課過(guò)程按照自動(dòng)場(chǎng)景切換，對(duì)各路視音頻信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化選擇、編譯處理后所得到的可進(jìn)行流式傳輸?shù)臄?shù)字視頻文件就是本文所講的網(wǎng)絡(luò)視頻課件。基于數(shù)字視頻自身所具有的檢索、存儲(chǔ)穩(wěn)定、壓縮、網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)播等屬性，為視頻課件能夠廣泛應(yīng)用和資源共享提供了可靠依據(jù)。傳統(tǒng)的數(shù)字視頻課件制作模式一般分幾個(gè)步驟：錄像——采集——編輯——集成轉(zhuǎn)換，人工拍攝的授課錄像通過(guò)視頻采集?；蛘呃靡恍┓蔷€性編輯軟件根據(jù)具體需求進(jìn)行集成處理，然后再轉(zhuǎn)換成需要的流式媒體格式——費(fèi)時(shí)費(fèi)力，視頻效果也難以統(tǒng)一。本文所討論的實(shí)時(shí)自動(dòng)錄播就是錄像、采集、編輯以及集成轉(zhuǎn)換等各個(gè)環(huán)節(jié)與授課過(guò)程同步進(jìn)行，并且能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控錄制效果，課程結(jié)束的同時(shí)生成所需的視頻課件，而我們的后期剪輯(拆分、合并)與點(diǎn)播發(fā)布等工作都是直接針對(duì)流媒體文件進(jìn)行的，并且可以預(yù)先設(shè)定流媒體的各種屬性值(碼流、分辨率)，很容易對(duì)大量視頻課件統(tǒng)一規(guī)范。

如圖1所示，從視頻采集開(kāi)始，作為各種視頻源的硬件設(shè)備如攝像頭、計(jì)算機(jī)課件、dvd／光學(xué)投影儀等所提供的信號(hào)既有數(shù)字信號(hào)也有模擬信號(hào)，那么就必定涉及到模擬信號(hào)向數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換(A／D)，其中，將VGA信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻信號(hào)(VGA／DV)的實(shí)現(xiàn)尤為重要：實(shí)時(shí)地捕捉教師在授課計(jì)算機(jī)上使用電子教案、應(yīng)用軟件、網(wǎng)絡(luò)課件、視音頻文件等各種多媒體形式進(jìn)行操作演示所帶來(lái)的計(jì)算機(jī)屏幕的動(dòng)態(tài)變化。

在傳統(tǒng)的非線性編輯中，直觀上看似簡(jiǎn)單的畫面切換其實(shí)正是一段段的視頻片斷通過(guò)疊加合并而成的結(jié)果，其函數(shù)可表示為V=∑vi(i，i=1～n)。在自動(dòng)錄制模式下，可以把視頻課件看作是基于時(shí)間軸的關(guān)于觸發(fā)條件的視頻流選擇函數(shù)V=S(A，t)。通常，以紅外或超聲波等感應(yīng)定位設(shè)備對(duì)教師位置進(jìn)行追蹤，以此來(lái)保證畫面以教師形象為主；學(xué)生形象流由學(xué)生話筒信號(hào)來(lái)激活；而教師演示計(jì)算機(jī)課件的視頻流則由鼠標(biāo)動(dòng)作代為觸發(fā)條件：當(dāng)硬件或人為的因素導(dǎo)致定位機(jī)制失靈，則補(bǔ)充全景畫面進(jìn)行自動(dòng)糾錯(cuò)；由于流媒體視頻關(guān)鍵幀之間的距離比較大，為了避免因不同視頻源之間切換帶來(lái)的黑屏、定格、延時(shí)等情況，可通過(guò)加入轉(zhuǎn)場(chǎng)特效來(lái)彌補(bǔ)。各路視頻流(教師形象流、板書信息流、學(xué)生場(chǎng)景流、計(jì)算機(jī)演示流等)按照預(yù)編程序進(jìn)行策略控制——通過(guò)自動(dòng)場(chǎng)景切換形成一路輸出，而這一路輸出經(jīng)過(guò)同步編譯就生成了流媒體格式的網(wǎng)絡(luò)視頻課件。

三網(wǎng)絡(luò)發(fā)布

網(wǎng)絡(luò)視頻課件本質(zhì)上就是流媒體視頻文件。流媒體視頻的生成有兩大核心問(wèn)題：視頻質(zhì)量和傳輸速度。精品課程對(duì)授課錄像的最低要求圖像質(zhì)量為320*240*16bit，碼流300kbps，而現(xiàn)有的設(shè)備在技術(shù)能力上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)這個(gè)水平，校園網(wǎng)絡(luò)環(huán)境也完全能夠支持高清視頻的流暢點(diǎn)播：不僅畫面質(zhì)量可支持1024*768*32bit的分辨率，同時(shí)可支持300k～2Mbps的數(shù)據(jù)速率，視覺(jué)效果可與DVD媲美。以較小的存儲(chǔ)量實(shí)現(xiàn)較好的視頻質(zhì)量的關(guān)鍵，是流媒體壓縮編碼技術(shù)。視頻壓縮過(guò)程是與教學(xué)過(guò)程同步進(jìn)行的。流媒體編碼解碼技術(shù)有兩套標(biāo)準(zhǔn)：國(guó)際電聯(lián)(ITU-T)的H.26 1，H.263等標(biāo)準(zhǔn)和ISO的MPEG系列標(biāo)準(zhǔn)。其中基于對(duì)象的MPEG-4算法標(biāo)準(zhǔn)在壓縮率和音畫質(zhì)量上的優(yōu)勢(shì)非常明顯，能夠滿足各應(yīng)用領(lǐng)域各種用戶的多方面需求。

網(wǎng)絡(luò)發(fā)布分為同期發(fā)布和后期發(fā)布，其中同期發(fā)布指的是網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，用戶收看的是實(shí)時(shí)發(fā)送的授課實(shí)況，經(jīng)過(guò)壓縮編碼同步生成的流媒體視頻信號(hào)直接通過(guò)服務(wù)器進(jìn)行廣播，用戶不能進(jìn)行快進(jìn)快退等操作；后期發(fā)布則是基于流媒體服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)視頻點(diǎn)播。點(diǎn)播連接是客戶端與服務(wù)器之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的主動(dòng)連接，流式傳輸采用RTSP、MMS等實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸。在點(diǎn)播連接中，用戶通過(guò)HTTP協(xié)議向服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求，目前通用的客戶瀏覽器通常不能直接支持用于播放流信息的RTSP或MMS協(xié)議，所以要把流媒體文件嵌入網(wǎng)頁(yè)實(shí)現(xiàn)發(fā)布需要通過(guò)引入元文件來(lái)指定視頻源文件。元文件是包含了流文件地址等信息的文本文件，可以控制從瀏覽器到流媒體播放器的數(shù)據(jù)傳輸。用戶點(diǎn)擊網(wǎng)頁(yè)上的超級(jí)鏈接，流媒體播放器通過(guò)元文件找到流文件地址，不是通過(guò)瀏覽器而是單獨(dú)與流媒體服務(wù)器以相應(yīng)的協(xié)議進(jìn)行通信，并且用戶可以對(duì)播放文件進(jìn)行暫停、快進(jìn)／退等控制。以MOV、RM、ASF三大流媒體文件格式為例，在視頻網(wǎng)站程序設(shè)計(jì)中為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)視頻課件的點(diǎn)播，可通過(guò)ASP代碼臨時(shí)生成各種流文件相應(yīng)元文件qtl、ram、asx來(lái)解決。

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及流媒體技術(shù)不斷的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)視頻課件的視頻質(zhì)量和傳輸速度會(huì)越來(lái)越高。由于流媒體課件資源的積累和優(yōu)質(zhì)資源更廣泛的共享，追求高數(shù)據(jù)壓縮比和高帶寬利用率的大規(guī)模流媒體應(yīng)用技術(shù)將逐漸滲透這一領(lǐng)域，引入這些技術(shù)可以為高等教育的現(xiàn)代化發(fā)展提供更好的服務(wù)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]朱鄭州，吳中福，王茜.多源流媒體課件同步編輯系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2008，35(2)：129—131.

[2]尹浩，林闖，文浩，等.大規(guī)模流媒體應(yīng)用中關(guān)鍵技術(shù)的研究[J].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，2008，31(5)：755—774.