基于云計算的全自動錄播系統的設計與實踐

盧志標

（廣東女子職業技術學院,廣東 廣州 511450）

隨著經濟與科技的迅猛發展,人們的生活節奏越來越快,科學技術也真正地改變了人們生活方式。在學校教育業績培訓機構中都涉及到自動錄播系統,此系統可以在教師講課的過程中自動進行記錄,包括聲音、文字、板書、多媒體課件等各方面,同時還可以在課后進行無限次的重播,幫助學習者進行復習鞏固。2003年國家提出了教學質量改革的規劃,精品課程成為了很多學校不可或缺的部分,此外很多的體育或者藝術學院在對學生進行專業的訓練的同時也注重培養學生的科學文化知識,因此全自動錄播系統因其方便性成了這些機構或學校的必備品。

隨著大數據、云計算等概念和技術的出現,自動錄播系統也有了進一步的發展。云計算的功能就將原本分散的各種資源、能力集中到一起,實現資源能力的聚合,然后再根據需要將計算能力進行分配。傳統的全自動錄播系統就是在每個錄播室里建立一套錄播系統,這樣的成本是較高的,利用云計算可以采集各種資源然后上傳到云端,當需要相應的資源的時候就可以通過網絡去申請云計算能力,然后從云端獲取相應的存儲能力和計算能力,這樣就不需要在每個錄播室里建立相應的硬件設施,大大節約了成本。云計算的出現使得自動錄播系統的普及成為了可能。由于網絡技術的發展,云端應用和數據的儲存具有了高度的統一性,其速度非?？?安全性能非常可靠。

一、全自動錄播系統的簡介以及應用

1.全自動錄播系統的簡介

全自動錄播系統可以實現在講演者講述的過程中將其授課過程進行實時的記錄,在其中要展示講演者的聲音、動作、板書、文字、圖像、多媒體課件以及與學生進行互動的過程,最后要自動生成流媒體文件,以供其他人進行學習參考。

全自動錄播系統一般是由硬件系統和軟件系統組成的,兩者相輔相共同記錄。它主要包括視頻采集系統（包括教師攝像機、學生攝像機、板書攝像機,前兩中攝像機基本上都帶有旋轉云臺,可以快速對準跟蹤拍攝目標,后者是依據黑板的尺寸特制的）、音頻采集系統（包括教師拾音話筒和學生拾音話筒,前者一般使用領夾式無線話筒,后者使用固定式會議話筒）、錄播服務器（類似于工作站）、攝像跟蹤定位系統（主要運用視頻跟蹤定位、紅外、超聲波技術）、流媒體文件生成系統以及自動編輯系統（自動剪接三類攝像機的畫面并且插入課件等,整個過程不需要人的參與）組成。

2.全自動錄播系統的應用與特點

全自動錄播系統在實際的學習生活中有很大的作用,例如網絡上各個名校的公開課,一些大學的精品課程,都是利用此系統進行錄制的。在錄制了這些學習內容之后,就可以永久性地保存,利用價值非常大。例如,一些新入職的老師由于沒有實際的講課經驗,對于教學過程可能掌控不了,因而不能夠達到預期的教學目標,通過自動錄播系統可以將講課的過程錄制下來,在課后進行觀看,找出自己的不足提高教學質量,同時可以觀看其他有經驗教授的講授過程進行對比分析。對于學習者來講,視頻錄播系統給他們帶來了無盡的便利,如果對于課程上的內容沒有理解透徹,課后便可以利用生成的視頻進行補充學習。作為普通的社會一員,我們有可能沒有很多的機會去接觸各界的大師,但是利用自動錄播系統就可以很充分地了解大師的思想和觀點,增加自身的素質,提高修養。

雖然全自動錄播系統的應用已經很廣泛,但是它仍舊存在一些不足之處。例如,其最大的特點就是以單一的教室為單位,各個教室的錄制是相互獨立的,并不成體系,難以集成。

二、基于云計算的全自動錄播系統的設計

Google最先提出了云計算的概念,它是分布式計算的深入,云計算實際上就是將整個網絡上的資源（寬帶資源、計算資源、存儲資源）整合到“云”上,然后經行統一的管理和分配。云計算與傳統的計算模式相比有很大的不同,傳統模式就好比是原來百姓吃面粉需要自己種小麥收割之后再研磨成面粉,而現在只需要在面粉公司購買面粉即可,不需要知道所購買的面粉是哪塊麥田的小麥研磨而成的。

隨著科學技術的發展,云計算的能力越來越強,其目標之一就是不斷地弱化終端的功能,這就使得終端的設備和投入越來越少,使系統整體的運行越來越暢通。云計算有很多的優點,例如其速度快、可靠性高、安全性能高、總成本低等,因此云計算受到了大家的追捧與信賴。

基于云計算的全自動錄播系統（以下簡稱云錄播）并不是簡單地將各個不同的錄播室連接,它是集成化的工程,需要采用先進的技術和成熟的方案,使改進過的系統有更強的適用性。因此,在設計云錄播的時候要遵循一定的原則,主要包括實用性與先進性原則（要在實際需要的基礎上提升智能化水平）、可靠性與高性能（運用成熟的方案,保證運行的安全性與穩定性）、完備性與擴展性（要充分發揮整體的最優性,同時遵循各種標準以便于以后的擴展）。

自云計算出現在市場之后,其提供的服務就開始被人們使用。根據所提供的服務,可以將云計算分為三個層次,即應用層、平臺層、基礎設施層。其分別對應的是軟件即服務、平臺即服務、基礎設施即服務。

基礎設施層主要就是指提供服務的硬件支撐,包括前面提到的音頻采集系統、視頻采集系統等,其中涉及到儲存設備、網絡設備等。這些設備可以安裝在同一個地方,也可以安裝在不同的地方,目的即聚合計算能力。

平臺層主要涉及一些軟件系統,包括用戶管理服務、存儲服務、文件管理服務等。軟件系統同硬件系統的地位一樣,是整個系統必不可少的,它和客戶的體驗是息息相關的。

應用層主要就是給客戶帶來更多的便利和選擇,它能提供很多的應用來滿足客戶多樣化的需求。例如教學視頻的觀看、課后評價、在線學習、疑難解答等方面,這些應用不要求客戶安裝相應的軟件,只需申請就可以使用。

以上在邏輯層面對云錄播進行了詳細的闡述,讓大家對于云錄播有了大致的了解,以下部分將在物理層面對云錄播進行設計。

云錄播在物理層面分為前端和后端。通俗來講,前端就是指安裝在錄播室里的設備,人們可以看到的東西,而后端則是指云本身,這兩者之間通過網絡進行連接。

前端主要就是進行數據的采集,包含前面提到的控制子系統、視頻采集系統、音頻采集系統?？刂谱酉到y就是確保系統安全性和有序性的保障,主要功能就是完成前端的各個設備的控制以及客戶的身份認證。

后端即云本身,為云服務提供應用程序、計算機、服務器和數據存儲等。它是全自動錄播系統的核心,為資源的虛擬化（將存儲、計算以及CPU等資源虛擬之后集成）提供了條件,資源虛擬化并不是真正的,它是邏輯上的統一而不是物理上的統一。后端涉及到的設備主要有智能導播控制主機、多媒體中控、錄播服務器等。后端和前端通過網絡進行連接。

錄播系統的功能一般是多方位的,應有的功能設計及其要求:

環境方面要求錄播的溫度和濕度都比較適宜,室溫應該控制在15-25攝氏度,濕度應該在60%-80%,在錄播的過程中最好還要有加濕加熱等儀器來配合,噪音聲級要求為40dB（A）。錄播時要使用三基色燈,背景光最好采用4×36W三基色冷光燈,采用6×36W三基色冷光燈做逆光,并配置1m恒力鉸鏈。錄播室最好采用雙層玻璃門,噪聲要小于40dB,混響時間小于0.6秒。

在錄制中,硬盤錄像機最好有4個通道,最高使用4:2:2,全高清1920×1080,60MB碼流記錄。板書攝像機的覆蓋區域要達到兩米（實際安裝數量要根據黑板的長度確定,例如4米黑板安裝2個）,要有定位系統的攝像機,掃描在480TV線及以上,能自動變焦。

三、基于云計算的全自動錄播系統的實踐以及展望

在論文的第二部分清楚地描述了基于與計算的全自動錄播系統的設計原則和方法,在實際構建中就需要人們對各種設備的選取進行分析比較,以期在保證系統整體運行平穩的情況下盡可能地降低成本。

在整個云錄播的過程中,一直強調的就是資源共享,而且其所有的應用都來自于云端,錄播室利用設備將媒體信息采集之后學生就可以利用網絡來獲取視頻資源。為了完成這個過程,我們在前端系統即錄播室里面安裝了媒體采集編碼器,它的任務就是負責采集信息并且編碼,這樣我們就不用在每個教室配備錄播主機,媒體采集器將采集的數據傳送到云端。后端系統主要是媒體中心、存儲系統、錄播服務器等,這些設備也不需要在每一個教室都安裝,它們集中安裝在一個網絡中心。資源使用多的時候可能會出現網絡擁堵問題節點服務器,為了解決這一問題,在網絡中心上要安裝節點服務器,實現流量分流。

實際中,在每個錄播室都要配置兩個音視頻編碼器,分別負責老師和學生音頻和視頻信號的采集,同時還要有VGA編碼器,它的功能就是負責采集課件的信號。為了提高畫面的質量,系統都采用高性能的嵌入式的編碼器,由于它利用DSP編碼芯片,所以能夠提高工作效率,而且畫面質量也會有大幅度提升,整體的穩定性也會提高。網絡中心錄播服務器的數量要根據實際的培訓教室的數量來確定,一般情況下每臺服務器都有很多條通道,這樣就不需要安裝過多的錄播服務器。網絡中心的其他設備例如集中控制服務器、數據庫服務器等各安裝一臺即可。

云錄播給人類的學習帶來了新的契機,能夠使人們隨時隨地進行研究學習,但是隨著科技的進步,云錄播的發展也越來越健全,其圖像效果越來越清晰。現在主流攝像機大部分都是720p30幀的,為了圖像更加清晰,必然向1080p 30幀或者60幀發展;自動跟蹤技術也越來越智能,目前主要的跟蹤系統就是紅外線定位和超聲定位,這些技術并不是很完善,需要加入更多的智能元素;另一方面開始強調以學生為中心,改變原有的傳統的座位習慣,以小組的方式增加學生的自主性;同時也將電子書包逐漸地融入教學錄播的過程中,其錄播過程更加注重師生之間的互動,擁有全方位的交互功能,而且其有望促進教學概念的更新,使教學更加合理化。

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