高校課堂網絡錄播系統的設計與實現

張志剛,白 然

（1.石家莊鐵道大學，河北石家莊，050043；河北師范大學，河北石家莊，050043）

近年來，高校教學信息化進程日新月異，逐步實現教學管理自動化，校園網等基礎設施建設也得以不斷推進，并逐步滲透于各種教學核心資源，直接影響整個教學工作的開展。在流媒體和網絡傳輸技術迅速發展的今天，如何借助于這一資源優勢，拓展高校教學的時空范圍，增進師生之間的互動交流，方便教學管理，逐漸成為現代校園建設的重點問題。借此，本文準備通過架設高校課堂網絡錄播系統來全程收入整個教學實踐活動，為高校課堂教學提供寶貴的資料資源。相較于傳統的PPT和板書教學而言，多媒體錄播系統能夠方便快捷的實現教學資源共享、突破時空限制、豐富教學途徑以及實現教學資源的人性化管理，有助于切實推進高校教學實踐工作的更好開展。

1 網絡錄播系統需求分析

與傳統教學方式不同，網絡錄播系統旨在通過應用現代多媒體和通信技術手段整合優秀教學資源，對教學現場和教學課件進行全方位的立體化再現，以學生為中心，節約教學資源是錄播系統的顯著特性。通過多媒體錄播系統的使用，可以更加便捷實現優秀教育資源的再利用，具有可操作、可保存、可重現的特點，具有實現一網多用，多網合一的特點，這也代表了未來高校教育的發展趨勢。就網絡錄播系統的設計而言，需具體做好如下具體環節的工作。

1.1 音頻資料采集與錄制

對于高校網絡錄播系統架設而言，需要對教師授課過程中的動作和聲音進行采集和錄制，對此首先要配置好相應的輸入設備，用以實現對攝像頭視頻的采集和現場音頻資料的錄制，實時捕捉保存好攝像頭所采集的課堂畫面和聲音，同時應根據視頻窗口調整其角度，以方便老師結合課堂教學實踐靈活采集課堂重要畫面。對此，目前主要采用配合以數字信號處理器的專門硬件設備，面對數字信息的不斷發展，VGA信號實時采集壓縮卡通過將輸入信號實時壓縮，有效解決了信號的失真和不連續問題。相比于傳統板書教學，音頻采集工具及時捕捉電腦桌面的變化，并以視頻格式保存下來，大大方便了學生課后自學和重溫功課，相對來說，桌面視屏主要保存的資料內容為：屏幕圖像、鼠標位置及狀態。

1.2 音頻文件資料傳輸

在本系統設計中，在教師所使用計算機上都配備了麥克風和攝像頭，將攝像機視頻、麥克風音頻和機操作電腦屏幕數據編碼后通過以太網傳輸至服務器端，后者將其保存成多媒體教學視頻，并通過上述三路數據傳輸給學生。考慮到整個數據采集過程需要占據較大系統資源，對此建議在一臺獨立的服務器上開展錄制工作。對于錄播系統的功能使用而言，要能讓學生最大限度瀏覽各項課程，既可以通過特定多播組實時收看正在進行的課程，也可以下載或者在線收看已經錄制好的課程，以網站形式實現與學生互動。對此，可采用基于三層B/S模式來進行系統設計：表示層，用以實現與用戶的交互功能；功能層，起到承上啟下的關鍵銜接作用，完成對用戶需求信息的接收、請求和反饋；數據層，完成對基本數據的增、刪、改操作，接收功能層的請求并返回結果。

1.3 音頻資料后期編輯與管理

受現場錄播條件的限制，或是教師自身原因，或是受其他主客觀因素影響，所錄制課件在后期都要進行不斷完善，因此，高校網絡錄播系統也必須具備后期編輯和管理功能，使用專業的視頻軟件對前期收集的視頻資料進行加工編輯，力求做到內容與聲音的同步、真實和完整。隨著該系統的不斷完善和使用，其累積資料也會越來越多，因此，如何方便有效的管理這些寶貴的教學資源，也成為一個亟待解決的問題，需要積極發揮軟件數據庫的整合管理作用，配備專門的管理人員，對用戶權限進行合理設計，做好相關資料的管理和分類，便于學生查詢點播。

2 網絡錄播系統總體設計

2.1 系統的設計原則

對于高校課堂教學實踐活動，基于網絡信息技術主要用以實現系統集成和功能集成，從傳統的教學模式向Web互聯網模式發展，在此必須充分考慮通訊模式改變所帶來的網絡管理需求，以便實現安全、高效、穩定、可靠的系統應用發展需求。作為現代高效教學工作轉型升級的一項重要工具，網絡錄播系統的架構設計必須嚴格遵守如下原則開展落實相關工作：先進性，使得開放的系統結構能夠很好的與其他設備形成相互兼容，在長時間內用于改進高校教學工作；可靠性，應切實提高應變能力和容錯機制，加強對關鍵數據的備份和改進故障恢復工作；安全性，結合現代通訊技術特征調整提升數據安全性，防止數據傳輸過程發生丟失和毀損現象，與此同時，還應使其具備網絡管理性、局域網擴展性能、廣域網優化和經濟實用性原則。

2.2 系統總體架構設計

結合網絡錄播系統全自動化的設想要求，確定本體統的總體設計目標安排如下：

圖1 系統設計結構圖

在正常使用中，該系統有如下四個場景系統：教師、學生、板書和課件，分別由攝像機、拾音設備、板書定位及各種場景采集外設，將學生互動終端場景信息采集后上傳至錄播場景調度控制機，后者基于智能化的調度策略對相關信息進行預處理，將最佳場景提供給錄播主機施以高質量的壓縮編碼，最終形成模式化的多媒體課堂教學資料，并由多媒體設備提供轉換、直播、編輯、存儲、點播等功能操作。

2.3 網絡錄播系統場景分析

對于該網絡錄播系統而言，在架設過程中主要涉及到教師、學生、板書和課件四個場景的相關內容，在此，對其做詳細介紹如下：教師場景，分別由定位、拾音和攝像構成，定位系統主要用于跟蹤教師場景內的位置移動，及時向其提供位置信息，攝像機則依據定位系統的信息指示調整場景，準確記錄教師的語言、表情和肢體動作，拾音系統則記錄教師的授課聲音；學生場景系統，通過無指向拾音設備和智能調度系統準確獲取學生聽課、回答和交流的互動場景，通過互動處罰終端進行相應的錄制工作。板書系統主要由場景定位和攝像系統構成，借此真實準確的記錄好半數的文字、圖形和表格內容；課件場景，主要由電腦、電子白板、投影儀、DVD和中控設備構成，通過這些設備的協力配合實現在不同場景之間的相互切換，甚至可以將多媒體信息調度至當前場景中加以錄制，以實現真實準確的記錄整個課堂教學過程。

3 網絡錄播系統平臺建設

在做好上述需求分析和總體架構設計的基礎上，還應積極著手于物理平臺建設和系統功能實現方面積極落實相關工作。

3.1 物理平臺建設

結合網絡錄播系統的功能需求，在物理平臺建設方面應著重從圖像和聲音兩方面落實相關工作，建設好相應的多媒體錄播教室，分別包含媒體教室：中控、講臺、展臺、筆記本和投影機，圖像采集、VGA采集、跟蹤檢測、拾音、擴音、網絡直播、B/S架構以及系統資源管理等模塊構成。在對教師授課視頻資源進行采集時，主要實現A/D轉換，以便實現后續數字化編輯、處理和存儲，在對應編碼方式的選擇上通常結合實際情況進行靈活選擇，在前后臺編碼時常用的硬件設備有DVD，必要時也可以選用專業編碼器進行轉換，以便降低系統處理的復雜性。在圖像處理方面，需使用VGA采編和視頻采集模塊，并預先裝好課堂錄播和網絡直播的平臺軟件。對于錄播聲音系統，可考慮適當加大聲音采集方面的探討和建設力度，不斷改善錄播課件的聲音質量。

3.2 軟件支持

在Windows XP平臺下，主要使用如下幾種軟件進行相關開發工作：Internet網絡體系，以便實現更廣范圍內的網絡資源共享；Microsoft Visual Studio，用以創建Windows平臺下的應用程序，對于客戶端和服務器端的軟件設計主要使用其中的C++來實現；ASP.net，主要用于錄播系統網絡課程部分審計；SQL SERVER 2005，用于數據資源信息的存儲；Microsoft DirectX 9.0 SDK，主要使用其包含的DirectShow 集成開發環境；Windows Media Format 9.5 SDK，主要用于視頻格式的配置。此外，在開發環境配置方面，還使用了Windows Media Format 9.5 SDK和Microsoft DirectX 9.0 SDK這兩個開發包。

3.3 錄播系統主要模塊的實現

在整個網絡錄播系統設計過程中，對視頻、音頻的錄制處理是整個系統的核心環節，其具體功能實現又包括檢測與連接、系統登錄、權限判斷和功能操作四個方面，主要流程為系統登錄后進行儀器設備檢測，同時做好參數配置和通道連接，確保各子系統能正常工作，并借助COM組件來體現設計思想，如表1所示：

表1 錄制系統的主要功能類/接口

在攝像機視頻采集模塊，又分為視頻錄制和視頻傳輸兩個模塊，對應的成員變量主要有Filter管理類、控制類和事件類的程序包，以及Filter輸入、輸出、輔助組建和配置profile構成。對于桌面屏幕的捕捉，主要由Filter輸入、輸出、管理類、控制類和事件類以及音頻輸入Filter構成，共同組建構成了整個網絡錄播體統。

4 結語

在現代高校課堂教學實踐中，網絡錄播系統作為信息化發展的產物，對促進改善高校課堂教學實踐活動產生了非常積極的影響，有效突破傳統教學實踐中的時空限制和資源限制，能將優秀教學資源更加形象、生動、立體的展現在大家面前。隨著時間的推移，網絡錄播系統也會得到進一步認可與推進，進而不斷推動我國高校現代教育事業的更好發展。

[1] 馬瀟雨.基于IP網絡的自動錄播系統設計與實現[J].微型電腦應用,2011(06)：27-29

[2] 周瀟.多媒體教學錄播系統設計[J].電腦知識與技術 ,2010(09)：7394-7395

[3] 葉愫,馬麗蓉.全自動網絡錄播系統分析[J]電腦知識與技術 ,2010(05)：124-125

[4] 張軍.圖像識別技術在錄播系統中的應用研究[J].現代教育技術,2009(01)：87-89