卜曉霞　張盈盈　鄭曉哲

摘 要 本文介紹了一種基于Web的多媒體錄播系統(tǒng)方案，并從視頻采集、音頻采集、自動跟蹤定位技術(shù)三個關(guān)鍵點詳細(xì)分析了相關(guān)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和技術(shù)規(guī)范?？紤]到成本與實用性，教師攝像機的自動跟蹤拍攝系統(tǒng)綜合采用超聲波和紅外線技術(shù)兩種跟蹤方式。

【關(guān)鍵詞】多媒體錄播系統(tǒng) 視頻采集 音頻采集 自動跟蹤定位

本系統(tǒng)由一個主控中心和若干個多媒體教室構(gòu)成，依托網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)將教學(xué)中的視頻、音頻信號和計算機動態(tài)屏幕信號進行一體化的同步錄制、直播，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、教學(xué)監(jiān)控、資源存儲和發(fā)布的主要功能，高效解決課堂教學(xué)的共享問題。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)采用前后臺分離的模式，前臺設(shè)備負(fù)責(zé)信號的采集，后臺設(shè)備負(fù)責(zé)信號的處理，而前后臺設(shè)備之間通過IP網(wǎng)絡(luò)進行通訊。教學(xué)現(xiàn)場的視音頻信號采集后由視音頻編碼器完成編碼，計算機動態(tài)屏幕信號通過硬件方式使用VGA編碼器進行。前臺采用的圖像分析自動跟蹤系統(tǒng)實現(xiàn)對多路視頻編碼器采集的視頻信號的監(jiān)控。聲音控制系統(tǒng)則負(fù)責(zé)記錄課堂師生互動的音頻。前臺采集到的視音頻信號通過IP網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到后臺的多媒體錄播服務(wù)器。多媒體錄播服務(wù)器整合多路視音頻信號生成通用格式編碼的流媒體文件，同時進行同步一體化的直播和點播。

2 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

多媒體錄播系統(tǒng)本系統(tǒng)主要包含視頻采集系統(tǒng)、音頻采集系統(tǒng)、跟蹤定位系統(tǒng)、錄播控制系統(tǒng)、視頻的同步錄制直播點播5個部分。

2.1 視頻采集系統(tǒng)

錄播系統(tǒng)的視頻信號分為三路：教師的授課形象、動作；學(xué)生的聽課及發(fā)言互動情況；電腦屏幕顯示的課件等電腦動態(tài)屏幕信號。因此，視頻信號采集系統(tǒng)由攝像機組（包括教師攝像機、學(xué)生攝像機、計算機屏幕攝像機）組成，整個攝像機組統(tǒng)一采用帶預(yù)置位的高速的高速攝像球機SONY EVI-D70P。

考慮到要降低攝像頭視頻采集線程的運行對CPU 時間的占用率問題，在Windows 平臺上本系統(tǒng)采用Direct Show 技術(shù)來控制攝像頭對視頻數(shù)據(jù)的采集。教師視頻信號和學(xué)生視頻信號都由H.264視頻編碼器來編碼，而計算機動態(tài)屏幕信號采用VGA編碼器進行編碼。

2.2 音頻采集系統(tǒng)

錄播系統(tǒng)的音頻信號同樣分為三路：教師講課的聲音；學(xué)生與教師之間相互的對話；教學(xué)課件等教學(xué)場景下的音頻信號。

授課過程中教師使用無線話筒，而學(xué)生區(qū)域根據(jù)教室的大小選用6只強指向性話筒。由于多只話筒同時使用容易產(chǎn)生嘯叫，且采集到的聲音質(zhì)量會由于學(xué)生距離話筒的遠(yuǎn)近而不同，因此在本系統(tǒng)中增加了一套麥特-9000智能混音器?；煲羝骰煲艉髮⒁纛l信號輸出給視音頻編碼器和功放。

2.3 跟蹤定位系統(tǒng)

智能跟蹤定位系統(tǒng)實現(xiàn)對教師、學(xué)生位置的智能跟蹤，并根據(jù)授課過程自動切換視頻。目前市場上跟蹤技術(shù)主要有紅外、超聲波、視頻跟蹤定位技術(shù)3種。

2.3.1 教師攝像機自動跟蹤拍攝系統(tǒng)

考慮到成本問題，本系統(tǒng)綜合采用超聲波和紅外線技術(shù)兩種跟蹤方式。本系統(tǒng)將紅外發(fā)射裝置（通常集成于無線話筒中）放置在跟蹤目標(biāo)身上， 控制主講教師的活動畫面，確保教師圖像被牢牢地鎖定到圖像中央而不會跑到畫面之外，而接收裝置安放在攝像機上。教師攝像機接收到紅外信號后，立即鎖定跟蹤對象，并進行全方位跟蹤。將多個具有特殊頻率的超聲波發(fā)射和接收裝置安裝在黑板下方，根據(jù)超聲波接收裝置接收的反射波變化來決定攝像機拍攝的方向。當(dāng)授課教師背對攝像機書寫板書時，給出黑板特寫位。

2.3.2 學(xué)生攝像機自動跟蹤拍攝系統(tǒng)

對于學(xué)生的互動環(huán)節(jié)，學(xué)生自動跟蹤攝像系統(tǒng)采取學(xué)生主動觸發(fā)的方式進行控制。每位學(xué)生課桌面邊上安裝一小型無線觸發(fā)式開關(guān)機 Wat-cin（學(xué)生只要手按其開關(guān)， 即可發(fā)送信號） ，通過無線接收機War-in，以RS485通訊聯(lián)動，啟動高速球機的預(yù)置位，達(dá)到自動定位作用。學(xué)生攝像機拍攝整個教室的學(xué)生上課情況，如果有學(xué)生起立發(fā)言時對發(fā)言的學(xué)生即可進行特寫拍攝，回答完畢后切回教室內(nèi)的學(xué)生全景拍攝。

2.3.3 教師機自動跟蹤拍攝系統(tǒng)

系統(tǒng)最多支持同時錄制兩路視音頻信號和一路計算機動態(tài)屏幕內(nèi)容。教師機自動跟蹤拍攝系統(tǒng)采用集抓屏軟件、高壓縮算法、錄制課件于一身PowerCreator作為課件制作工具。

2.4 錄播控制系統(tǒng)

錄播控制系統(tǒng)是多媒體錄播服務(wù)器系統(tǒng)的核心，涉及全自動錄制功能和人工導(dǎo)播功能。教師可通過桌面式中控系統(tǒng)實現(xiàn)一鍵上下課、暫停、繼續(xù)等功能，同時可控制教室內(nèi)的其它如投影機、幕布、電子白板等設(shè)備。人工導(dǎo)播技術(shù)，由控制室導(dǎo)播員完成畫面的切換。

2.5 視頻的同步錄制、直播、點播

為了最大限度的減少網(wǎng)絡(luò)帶寬的占用，軟件采用流媒體編碼規(guī)范，生成適合互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的流媒體格式文件和數(shù)據(jù)包。利用B/S訪問架構(gòu)方式，可以在任意系統(tǒng)和瀏覽器上進行直播功能。內(nèi)置VOD點播功能，支持多用戶同時的點播和直播。

3 多媒體錄播系統(tǒng)的實踐與效果

本系統(tǒng)已經(jīng)在我校本科教學(xué)的精品課程制作中發(fā)揮了積極的作用，高效解決了精品課程資源的共享問題，獲得了全校師生的一致好評。

參考文獻

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[3]羅虹，卞亞紅.精品課程制作中全自動錄播系統(tǒng)的應(yīng)用[J].西北醫(yī)學(xué)教育，2010（05）.

作者簡介

卜曉霞（1987-），女，碩士研究生學(xué)歷。現(xiàn)供職于北京中醫(yī)藥大學(xué)東方學(xué)院。研究方向為計算機智能控制。

作者單位

北京中醫(yī)藥大學(xué)東方學(xué)院 河北省廊坊市 065001