盧志標(biāo)

（廣東女子職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣東 廣州 511450）

隨著經(jīng)濟(jì)與科技的迅猛發(fā)展,人們的生活節(jié)奏越來越快,科學(xué)技術(shù)也真正地改變了人們生活方式。在學(xué)校教育業(yè)績培訓(xùn)機(jī)構(gòu)中都涉及到自動錄播系統(tǒng),此系統(tǒng)可以在教師講課的過程中自動進(jìn)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(jìn)行無限次的重播,幫助學(xué)習(xí)者進(jìn)行復(fù)習(xí)鞏固。2003年國家提出了教學(xué)質(zhì)量改革的規(guī)劃,精品課程成為了很多學(xué)校不可或缺的部分,此外很多的體育或者藝術(shù)學(xué)院在對學(xué)生進(jìn)行專業(yè)的訓(xùn)練的同時也注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)文化知識,因此全自動錄播系統(tǒng)因其方便性成了這些機(jī)構(gòu)或?qū)W校的必備品。

隨著大數(shù)據(jù)、云計算等概念和技術(shù)的出現(xiàn),自動錄播系統(tǒng)也有了進(jìn)一步的發(fā)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(xiàn)資源能力的聚合,然后再根據(jù)需要將計算能力進(jìn)行分配。傳統(tǒng)的全自動錄播系統(tǒng)就是在每個錄播室里建立一套錄播系統(tǒng),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(dāng)需要相應(yīng)的資源的時候就可以通過網(wǎng)絡(luò)去申請云計算能力,然后從云端獲取相應(yīng)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(yīng)的硬件設(shè)施,大大節(jié)約了成本。云計算的出現(xiàn)使得自動錄播系統(tǒng)的普及成為了可能。由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,云端應(yīng)用和數(shù)據(jù)的儲存具有了高度的統(tǒng)一性,其速度非?？?安全性能非?？煽?。

一、全自動錄播系統(tǒng)的簡介以及應(yīng)用

1.全自動錄播系統(tǒng)的簡介

全自動錄播系統(tǒng)可以實現(xiàn)在講演者講述的過程中將其授課過程進(jìn)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(xué)生進(jìn)行互動的過程,最后要自動生成流媒體文件,以供其他人進(jìn)行學(xué)習(xí)參考。

全自動錄播系統(tǒng)一般是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成的,兩者相輔相共同記錄。它主要包括視頻采集系統(tǒng)（包括教師攝像機(jī)、學(xué)生攝像機(jī)、板書攝像機(jī),前兩中攝像機(jī)基本上都帶有旋轉(zhuǎn)云臺,可以快速對準(zhǔn)跟蹤拍攝目標(biāo),后者是依據(jù)黑板的尺寸特制的）、音頻采集系統(tǒng)（包括教師拾音話筒和學(xué)生拾音話筒,前者一般使用領(lǐng)夾式無線話筒,后者使用固定式會議話筒）、錄播服務(wù)器（類似于工作站）、攝像跟蹤定位系統(tǒng)（主要運用視頻跟蹤定位、紅外、超聲波技術(shù)）、流媒體文件生成系統(tǒng)以及自動編輯系統(tǒng)（自動剪接三類攝像機(jī)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(tǒng)的應(yīng)用與特點

全自動錄播系統(tǒng)在實際的學(xué)習(xí)生活中有很大的作用,例如網(wǎng)絡(luò)上各個名校的公開課,一些大學(xué)的精品課程,都是利用此系統(tǒng)進(jìn)行錄制的。在錄制了這些學(xué)習(xí)內(nèi)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(jīng)驗,對于教學(xué)過程可能掌控不了,因而不能夠達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo),通過自動錄播系統(tǒng)可以將講課的過程錄制下來,在課后進(jìn)行觀看,找出自己的不足提高教學(xué)質(zhì)量,同時可以觀看其他有經(jīng)驗教授的講授過程進(jìn)行對比分析。對于學(xué)習(xí)者來講,視頻錄播系統(tǒng)給他們帶來了無盡的便利,如果對于課程上的內(nèi)容沒有理解透徹,課后便可以利用生成的視頻進(jìn)行補(bǔ)充學(xué)習(xí)。作為普通的社會一員,我們有可能沒有很多的機(jī)會去接觸各界的大師,但是利用自動錄播系統(tǒng)就可以很充分地了解大師的思想和觀點,增加自身的素質(zhì),提高修養(yǎng)。

雖然全自動錄播系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)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(tǒng)的設(shè)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(wǎng)絡(luò)上的資源（寬帶資源、計算資源、存儲資源）整合到“云”上,然后經(jīng)行統(tǒng)一的管理和分配。云計算與傳統(tǒng)的計算模式相比有很大的不同,傳統(tǒng)模式就好比是原來百姓吃面粉需要自己種小麥?zhǔn)崭钪笤傺心コ擅娣?而現(xiàn)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(xué)技術(shù)的發(fā)展,云計算的能力越來越強(qiáng),其目標(biāo)之一就是不斷地弱化終端的功能,這就使得終端的設(shè)備和投入越來越少,使系統(tǒng)整體的運行越來越暢通。云計算有很多的優(yōu)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(tǒng)（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(jìn)的技術(shù)和成熟的方案,使改進(jìn)過的系統(tǒng)有更強(qiáng)的適用性。因此,在設(shè)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(jìn)性原則（要在實際需要的基礎(chǔ)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(wěn)定性）、完備性與擴(kuò)展性（要充分發(fā)揮整體的最優(yōu)性,同時遵循各種標(biāo)準(zhǔn)以便于以后的擴(kuò)展）。

自云計算出現(xiàn)在市場之后,其提供的服務(wù)就開始被人們使用。根據(jù)所提供的服務(wù),可以將云計算分為三個層次,即應(yīng)用層、平臺層、基礎(chǔ)設(shè)施層。其分別對應(yīng)的是軟件即服務(wù)、平臺即服務(wù)、基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)。

基礎(chǔ)設(shè)施層主要就是指提供服務(wù)的硬件支撐,包括前面提到的音頻采集系統(tǒng)、視頻采集系統(tǒng)等,其中涉及到儲存設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。這些設(shè)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(tǒng),包括用戶管理服務(wù)、存儲服務(wù)、文件管理服務(wù)等。軟件系統(tǒng)同硬件系統(tǒng)的地位一樣,是整個系統(tǒng)必不可少的,它和客戶的體驗是息息相關(guān)的。

應(yīng)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(yīng)用來滿足客戶多樣化的需求。例如教學(xué)視頻的觀看、課后評價、在線學(xué)習(xí)、疑難解答等方面,這些應(yīng)用不要求客戶安裝相應(yīng)的軟件,只需申請就可以使用。

以上在邏輯層面對云錄播進(jìn)行了詳細(xì)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(jìn)行設(shè)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(shè)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(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。

前端主要就是進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集,包含前面提到的控制子系統(tǒng)、視頻采集系統(tǒng)、音頻采集系統(tǒng)。控制子系統(tǒng)就是確保系統(tǒng)安全性和有序性的保障,主要功能就是完成前端的各個設(shè)備的控制以及客戶的身份認(rèn)證。

后端即云本身,為云服務(wù)提供應(yīng)用程序、計算機(jī)、服務(wù)器和數(shù)據(jù)存儲等。它是全自動錄播系統(tǒng)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(tǒng)一而不是物理上的統(tǒng)一。后端涉及到的設(shè)備主要有智能導(dǎo)播控制主機(jī)、多媒體中控、錄播服務(wù)器等。后端和前端通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。

錄播系統(tǒng)的功能一般是多方位的,應(yīng)有的功能設(shè)計及其要求:

環(huán)境方面要求錄播的溫度和濕度都比較適宜,室溫應(yīng)該控制在15-25攝氏度,濕度應(yīng)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(jī)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(jī)的覆蓋區(qū)域要達(dá)到兩米（實際安裝數(shù)量要根據(jù)黑板的長度確定,例如4米黑板安裝2個）,要有定位系統(tǒng)的攝像機(jī),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(tǒng)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(tǒng)的設(shè)計原則和方法,在實際構(gòu)建中就需要人們對各種設(shè)備的選取進(jìn)行分析比較,以期在保證系統(tǒng)整體運行平穩(wěn)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(qiáng)調(diào)的就是資源共享,而且其所有的應(yīng)用都來自于云端,錄播室利用設(shè)備將媒體信息采集之后學(xué)生就可以利用網(wǎng)絡(luò)來獲取視頻資源。為了完成這個過程,我們在前端系統(tǒng)即錄播室里面安裝了媒體采集編碼器,它的任務(wù)就是負(fù)責(zé)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(jī),媒體采集器將采集的數(shù)據(jù)傳送到云端。后端系統(tǒng)主要是媒體中心、存儲系統(tǒng)、錄播服務(wù)器等,這些設(shè)備也不需要在每一個教室都安裝,它們集中安裝在一個網(wǎng)絡(luò)中心。資源使用多的時候可能會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁堵問題節(jié)點服務(wù)器,為了解決這一問題,在網(wǎng)絡(luò)中心上要安裝節(jié)點服務(wù)器,實現(xiàn)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(fù)責(zé)老師和學(xué)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(fù)責(zé)采集課件的信號。為了提高畫面的質(zhì)量,系統(tǒng)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(zhì)量也會有大幅度提升,整體的穩(wěn)定性也會提高。網(wǎng)絡(luò)中心錄播服務(wù)器的數(shù)量要根據(jù)實際的培訓(xùn)教室的數(shù)量來確定,一般情況下每臺服務(wù)器都有很多條通道,這樣就不需要安裝過多的錄播服務(wù)器。網(wǎng)絡(luò)中心的其他設(shè)備例如集中控制服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等各安裝一臺即可。

云錄播給人類的學(xué)習(xí)帶來了新的契機(jī),能夠使人們隨時隨地進(jìn)行研究學(xué)習(xí),但是隨著科技的進(jìn)步,云錄播的發(fā)展也越來越健全,其圖像效果越來越清晰。現(xiàn)在主流攝像機(jī)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(fā)展;自動跟蹤技術(shù)也越來越智能,目前主要的跟蹤系統(tǒng)就是紅外線定位和超聲定位,這些技術(shù)并不是很完善,需要加入更多的智能元素;另一方面開始強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心,改變原有的傳統(tǒng)的座位習(xí)慣,以小組的方式增加學(xué)生的自主性;同時也將電子書包逐漸地融入教學(xué)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(jìn)教學(xué)概念的更新,使教學(xué)更加合理化。

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