網絡視頻課件的實時自動錄播

朱鵬云

[摘要]隨著精品課程建設的發展及網絡教學平臺的普及，網絡視頻課件漸趨成為兩者必不可少的組成部分。該文從場景切換、視頻處理及網絡發布等三個方面對網絡視頻課件的自動錄播技術之發展現狀進行闡述。

[關鍵詞]網絡視頻課件：場景切換；流媒體；實時

[中圖分類號]G40—057

[文獻標識碼]A

[論文編號]1009—8097(2009)13—0167—02

引言

傳統的網絡視頻課件大多是以網頁形式將教學視頻和電子講稿等嵌套在同一窗口進行多畫面同步播放，其中教學視頻一般是教師的特寫畫面。這種網絡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。隨著網絡多媒體和視頻處理技術的發展，以單一的視頻形式通過適當的場景切換來記錄授課過程的實時自動錄播技術，更加符合當前現代教育技術應用領域的需求。一段視頻課件如何更好地記錄并再現教學實況，視頻課件的制作流程及網絡發布的要求，正是本文要討論的問題。

一場景切換

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

視頻課件中場景的切換應符合學生自然注意力的變換、合乎教師教學焦點的變化。與電視或電影的制作一樣，只有合理的場景變化與切換才能吸引或保持人們的興趣，而與電視教學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有導演的紀錄片，教室中各種燈光、鏡頭、話筒等錄制設備盡量不要引起學生和教師的緊張或不自在。一般來說，以教師講授的特寫為主；當教師書寫或講解板書時，以板書場景為主；當教師講解PPT或演示多媒體課件時，以計算機畫面為主，此時可以用畫中畫的方式來表現教師形象；當與學生互動時，以學生特寫為主：在課程錄制的過程中教學全景畫面可通過插播的形式進行短暫的畫面補充。

場景切換方式有手動和自動兩種。自動切換的觸發條件可歸結為各種各樣的信號，有感應定位設備(超聲波或紅外)、聲音、鼠標鍵盤動作、輔助設備激活等，還有自定義隨機插播，同時應包含無信號自動補充機制。其中感應定位有動態跟蹤鏡頭和固定鏡頭切換，兩者孰優孰劣見仁見智，但是場景切換的延時觸發非常必要。自動化錄播是視頻課件數字化網絡化的發展趨勢，而教師和學生的臨場表現還有各種突發狀況的不可預期性決定了現場手動調控及后期剪輯都是不可缺少的環節。從實際的應用中可以了解，完全的手動或完全的自動都是不可取的，沒有真正意義上的全自動錄播，只有自動手動互相結合才能更好地為教學服務。那么簡單地說，如何實現合理流暢的場景切換就是視頻課件自動錄制技術的主要目標，滿足網絡環境中視頻點播發布需求的視頻處理技術則是關鍵保障。

二視頻處理

將授課過程按照自動場景切換，對各路視音頻信號進行優化選擇、編譯處理后所得到的可進行流式傳輸的數字視頻文件就是本文所講的網絡視頻課件。基于數字視頻自身所具有的檢索、存儲穩定、壓縮、網絡點播等屬性，為視頻課件能夠廣泛應用和資源共享提供了可靠依據。傳統的數字視頻課件制作模式一般分幾個步驟：錄像——采集——編輯——集成轉換，人工拍攝的授課錄像通過視頻采集。或者利用一些非線性編輯軟件根據具體需求進行集成處理，然后再轉換成需要的流式媒體格式——費時費力，視頻效果也難以統一。本文所討論的實時自動錄播就是錄像、采集、編輯以及集成轉換等各個環節與授課過程同步進行，并且能夠實時監控錄制效果，課程結束的同時生成所需的視頻課件，而我們的后期剪輯(拆分、合并)與點播發布等工作都是直接針對流媒體文件進行的，并且可以預先設定流媒體的各種屬性值(碼流、分辨率)，很容易對大量視頻課件統一規范。

如圖1所示，從視頻采集開始，作為各種視頻源的硬件設備如攝像頭、計算機課件、dvd／光學投影儀等所提供的信號既有數字信號也有模擬信號，那么就必定涉及到模擬信號向數字信號的轉換(A／D)，其中，將VGA信號轉換為數字視頻信號(VGA／DV)的實現尤為重要：實時地捕捉教師在授課計算機上使用電子教案、應用軟件、網絡課件、視音頻文件等各種多媒體形式進行操作演示所帶來的計算機屏幕的動態變化。

在傳統的非線性編輯中，直觀上看似簡單的畫面切換其實正是一段段的視頻片斷通過疊加合并而成的結果，其函數可表示為V=∑vi(i，i=1～n)。在自動錄制模式下，可以把視頻課件看作是基于時間軸的關于觸發條件的視頻流選擇函數V=S(A，t)。通常，以紅外或超聲波等感應定位設備對教師位置進行追蹤，以此來保證畫面以教師形象為主；學生形象流由學生話筒信號來激活；而教師演示計算機課件的視頻流則由鼠標動作代為觸發條件：當硬件或人為的因素導致定位機制失靈，則補充全景畫面進行自動糾錯；由于流媒體視頻關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的黑屏、定格、延時等情況，可通過加入轉場特效來彌補。各路視頻流(教師形象流、板書信息流、學生場景流、計算機演示流等)按照預編程序進行策略控制——通過自動場景切換形成一路輸出，而這一路輸出經過同步編譯就生成了流媒體格式的網絡視頻課件。

三網絡發布

網絡視頻課件本質上就是流媒體視頻文件。流媒體視頻的生成有兩大核心問題：視頻質量和傳輸速度。精品課程對授課錄像的最低要求圖像質量為320*240*16bit，碼流300kbps，而現有的設備在技術能力上遠遠超過這個水平，校園網絡環境也完全能夠支持高清視頻的流暢點播：不僅畫面質量可支持1024*768*32bit的分辨率，同時可支持300k～2Mbps的數據速率，視覺效果可與DVD媲美。以較小的存儲量實現較好的視頻質量的關鍵，是流媒體壓縮編碼技術。視頻壓縮過程是與教學過程同步進行的。流媒體編碼解碼技術有兩套標準：國際電聯(ITU-T)的H.26 1，H.263等標準和ISO的MPEG系列標準。其中基于對象的MPEG-4算法標準在壓縮率和音畫質量上的優勢非常明顯，能夠滿足各應用領域各種用戶的多方面需求。

網絡發布分為同期發布和后期發布，其中同期發布指的是網絡監控，用戶收看的是實時發送的授課實況，經過壓縮編碼同步生成的流媒體視頻信號直接通過服務器進行廣播，用戶不能進行快進快退等操作；后期發布則是基于流媒體服務器的網絡視頻點播。點播連接是客戶端與服務器之間點對點的主動連接，流式傳輸采用RTSP、MMS等實時傳輸協議來實現網絡傳輸。在點播連接中，用戶通過HTTP協議向服務器發出請求，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協議，所以要把流媒體文件嵌入網頁實現發布需要通過引入元文件來指定視頻源文件。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據傳輸。用戶點擊網頁上的超級鏈接，流媒體播放器通過元文件找到流文件地址，不是通過瀏覽器而是單獨與流媒體服務器以相應的協議進行通信，并且用戶可以對播放文件進行暫停、快進／退等控制。以MOV、RM、ASF三大流媒體文件格式為例，在視頻網站程序設計中為了實現網絡視頻課件的點播，可通過ASP代碼臨時生成各種流文件相應元文件qtl、ram、asx來解決。

隨著網絡技術及流媒體技術不斷的發展，網絡視頻課件的視頻質量和傳輸速度會越來越高。由于流媒體課件資源的積累和優質資源更廣泛的共享，追求高數據壓縮比和高帶寬利用率的大規模流媒體應用技術將逐漸滲透這一領域，引入這些技術可以為高等教育的現代化發展提供更好的服務質量。

參考文獻

[1]朱鄭州，吳中福，王茜.多源流媒體課件同步編輯系統的研究與實現[J].計算機科學，2008，35(2)：129—131.

[2]尹浩，林闖，文浩，等.大規模流媒體應用中關鍵技術的研究[J].計算機學報，2008，31(5)：755—774.