【全能机在精品课录播中的应用研究】有道精品课录播

　　【摘要】随着精品课建设的发展，精品课录播系统从最初的单机拍摄、后期编辑发展到多机拍摄、现场合成，再到录播合一的智能录播系统，精品课的录播质量逐步提高，录播效率不断攀升。以全能机为核心的电视节目制作系统应用于精品课录播之后，以其高质的录播效果，高效的录播模式，合理的资源利用和无限的扩展空间，显现出较高的应用价值，在精品课建设中发挥了重要作用。
　　【关键词】精品课；录播技术；网络直播；全能机；应用价值
　　【中图分类号】G40-057 【文献标识码】A 【论文编号】1009―8097（2011）03―0112―05
　　
　　国家精品课程申报指南（2010）中对教学录像的要求是：提供至少3位主讲教师（包括课程负责人在内）每人不少于45分钟的现场教学录像（鼓励将课件或全程授课录像上网参评），且必须按照“国家精品课程教学录像上网技术标准”制作[1]。教学录像是精品课内容的实际载体，忠实记录了课堂教学的全过程。如何提高精品课教学录像制作的质量和效率，如何扩展精品课教学录像的传播范围，是精品课建设中必须解决的实际问题。
　　
　　一 精品课录播技术的阶段性变革
　　
　　自2003年教育部启动精品课项目以来，我校“塑名师、建名课、著名材、立名项、创名科、出名果”的名品工程建设也同步展开。以“建名课”为例，八年来共创建精品课137门，其中国家级精品课1门，省级精品课28门（含国家级1门），校级精品课109门。回顾精品课建设的过程，总结精品课录播技术和方法，学习和借鉴其他高校精品课建设的经验，将八年来精品课录播技术的发展划分为三个阶段：
　　1 初级录制阶段
　　最初的精品课录制一般都采用单机或双机拍摄，后期编辑整理、加工制作成规定格式的精品课录像文件，上交评审或上传到精品课建设网站。
　　单机拍摄时，机位设置在教室后部居中的位置，前后距离的把握要保证摄像机在最长焦距状态下能获得教师的近景画面，这样在广角状态就是较全面的课堂教学全景。在整个教学过程中摄像人员始终以任课教师为中心进行拍摄，根据教师授课的内容、节奏、情绪等变化不断调整镜头焦距和视角，以获得最佳的画面形象和最恰当的画面景别，还要根据教学的进程及时给出板书（包括PPT）的画面。考虑到单机拍摄的局限，对于教学过程中的师生互动，全部以课堂教学全景的画面记录，而学生听课、记笔记、回答问题等具体内容，以及教师授课的全部PPT画面，课后做一次完整的补拍。
　　双机拍摄时，主机设置在教室后部偏左（或右）的位置，拍摄内容和方法同单机。副机设置在教室靠前的位置，和主机同侧，避免出现在主机的全景画面中，副机的任务一是拍摄主讲教师的小景别画面，二是拍摄学生回答问题，三是捕捉一些学生听课的神态、记笔记的细节和学生的整体场面。主副两机在拍摄过程中都不停机，完整记录课堂教学过程。后期编辑时只要对准任一时刻，整个教学过程可全部对位。
　　在声音处理上，主机话筒通过延长线安放在讲台上，用来拾取教师的声音，副机话筒加延长线后指向学生方向，拾取学生回答问题的声音（单机拍摄时，学生的声音在补拍时获取），这种做法能够获得较为理想的声音效果。
　　后期编辑时着重处理副机拍摄的或补拍的镜头，既保证了教学过程的完整流畅，又丰富了镜头表现，增加录像的可观赏性。对于师生互动较多的画面可适当做一些分屏显示处理，更充分地展示课堂教学的氛围。在PPT的处理上要考虑到大多数学生对教学信息的接受时间，但不能持续过久，以免画面形象过于呆板。片头字幕准确交待课程名称，主讲教师姓名、职称、院系等信息，片尾要交待制作单位和日期，中间的各个教学环节都不要添加字幕，尽可能保持教学过程的原貌。最后生成比特率为512kbps，帧速率为30fps，分辨率为320×240，符合国家标准的WMV文件。
　　初级录制阶段的优点是设备简单、灵活性强、所需人员少，1-2名技术人员就可以完成制作任务。这种制作方式最突出的缺陷就是时效性太差，后期制作阶段要经历采集、编辑、生成等多个环节，50分钟的一节课往往需要七、八个小时，甚至更长的时间制作完成。
　　2 现场制作模式
　　利用EFP电视制作设备进行精品课教学的录制，这种多机拍摄、现场合成的方法可以有效地解决时效性的问题，具有效率高、成本低、周期短等特点，还能全面、客观、真实地记录课堂教学情景，无摆拍，不人为打断教学流程，不改变课堂教学气氛，保证了课堂教学的真实性。观看者能获得身临其境、真实直观的感觉。EFP系统特别适合于“示教示范型”、“现场纪实型”、“课堂讲授型”电视教材的制作[2]。
　　通常使用三台摄像机并按三角形机位原理摆放，1号机在教室后部居中的位置，拍摄教师和PPT的画面；2、3号机在教室前端，左右各一，在导播的调度下分别拍摄主讲教师、学生听课、记笔记、回答问题等内容。领夹话筒拾取教师的声音，手持话筒拾取学生的声音。视、音频信号通过电缆连接到特技机上，导播利用通话系统指导摄像人员的拍摄，通过特技机完成信号的选取与切换，特技机输出的信号由录像机进行录制。随着课程的结束，一部完整的课堂实录也同时完成了。
　　这种制作模式的优点就是时效性相对较强，不需要后期编辑、对位等复杂费时的操作，只需经历采集、必要的字幕添加和输出规定格式的文件即可。缺点是系统构成复杂，所需设备、人员过多，摄制平台的搭建费时、费力，灵活性很差，通常在固定的演播室内使用。
　　上述两种传统的录制方法都是将课堂教学实况先录制到磁带上，后期必须经过采集和输出操作才能获得所需的视频文件，因此限制了时效性的进一步提高。此外对PPT的表现都采用直接拍摄投影屏幕的方法，导致PPT画面的清晰度不能令人满意。再有制作设备和人员直接进入教学现场，对教学活动会产生一定的干扰，画面中偶尔出现的摄制人员的身影，对课堂教学氛围构成影响，使得教学录像不能真实记录和突出课程教学本色。
　　3 智能录播系统
　　精品课录播系统是随着精品课程的建设而发展起来的产品，它的主要目的是为了更好地还原课堂教学的真实场景，提高精品课录播的时效性，简化教学录像的制作流程，减轻摄制人员的工作压力。它是一套将授课教师的视音频信息、多媒体教学内容（电子讲稿、课件等）以及学生学习活动的教学现场信息同步录制下来，并自动合成实时教学录像的录制与播出系统[3]。典型的精品课录播系统由前端信息源、录播主机、管理服务器和网络客户端等四个部分构成。前端信息源包括安装在教室的两台无人操作的智能摄像机，分别拍摄教师为主和学生为主的画面，录音器材拾取教学过程中的各种声音信息，教师用计算机提供多媒体教学课件、电子讲稿的VGA信号，以上视频、音频、VGA信号通过传输线直接传送到录播主机。录播主机是系统的核心，一般由多路视音频编码器、VGA 编码器、控制器和录制内核等单元组合而成，实现前端设备控制、混合信号录制、压缩、解压及播出等功能。管理服务器是一台安装录播管理系统的联网计算机，完成教学录播过程控制和节目的管理工作。网络客户端是装有录播系统播放器的联网计算机，用于在线点播和观看录播主机录制和播出的教学录像[4]。精品课录播系统把电视摄像、编辑、控制、生成等功能集成起来，一次性完成精品课教学录像的制作和网上直播，省时省力，真正提高了制播的时效性。
　　随着技术的不断进步，录播系统的智能化程度越来越高。摄像机能够根据教学的实际进程对教师和学生的活动实施跟踪拍摄，快速准确地定位师生的位置。自动巡航功能[5]可以实现各种运动摄像的拍摄，及时准确地改变镜头光轴、视角和焦距，获取最佳的画面形象和最恰当的画面景别。自动导播系统根据课堂教学的情景变化，在教师画面、学生镜头和课件内容三者之间进行智能切换和录制。管理服务器能够根据需要设置视频的码率，既可以生成适合网络传播的文件，也能生成清晰度更高、适合存档、离线播放的视频文件。录播系统不仅能以单流方式把课堂教学中最具表现力的画面录制并直播，还能以多流方式把主讲教师视频、学生视频及主讲教师电脑屏幕同步录制，不错过任何一个表现课堂效果的镜头[6]。一键录制功能可以让主讲教师在没有专业技术人员帮助的情况下完成教学录像的自动录播工作。
　　智能录播系统功能完善，使用简单，适用于精品课建设中大批量制作教学录像的需要。然而实践中也发现了一些不足：系统视音频处理标准低，只适合流媒体文件摄制，不能制作出高质量的精品课程教学录像；图像跟踪系统有延时，教师有时会移动到画面之外，摇跟镜头过多，画面稳定性不够，影响教学录像的观看效果；导播切换的时机不很理想；系统用途单一且需要较大的资金投入[7]。
　　
　　二 全能机在精品课录播中的应用
　　
　　1 全能机的概念和主要技术指标
　　全能机的“全能”并非万能，只是相对于传统设备功能更强大了。全能机是将传统EFP系统的特技机、调音台、录像机、监视器等硬件设备集成在计算机硬件平台上，在软件的控制下，以单机的方式实现传统复杂系统的功能。
　　全能机采用模块设计的理念，将传统电视制作系统的诸多功能分模块逐一集成在计算机硬件平台上。由于是集成化的模块设计，操作使用更加容易，一个人即可独立完成传统设备需要几个人才能完成的工作；也因为是集成化的模块设计，系统调试异常简单，不必再考虑信号同步、时基校正等问题；还是由于集成化的模块设计，省去了许多信号传输的复杂接线，使系统的运行更加安全可靠。
　　全能机应用于精品课录播，首先要看其指标是否符合国家精品课程教学录像上网技术标准[8]。表1是大导演AIO3000型全能机的技术指标和教学录像上网技术标准的比较。
　　
　　2 全能机录播系统的构成
　　以全能机为核心的精品课录播系统由信号源、全能机、导播通话、网络服务器和网络客户端五部分组成。其结构如图1所示。
　　
　　我们使用三台松下AG-HPX173/P2卡摄像机，一只铁三角ATW2100a领夹无线话筒，一只ATW2100手持无线话筒，字幕用笔记本电脑和教师用计算机作为系统的信号源。摄像机的视频信号、无线话筒的音频信号直接连接到全能机上，字幕信号经过交换机以网络连接的方式传给全能机，教师机的屏幕信号一路用VGA线直接连接投影机，供课堂教学中学生观看，一路通过网线与全能机连通，供录播时选用；大导演AIO3000型全能机是录播系统的核心，包含现场导播、TALLY指示、硬盘录像、网络直播等功能模块，实现对各种信号的控制、传输、录制、播出等；导播通话系统用于录播过程中导播与摄像人员的沟通，指导拍摄。导播通话主机与全能机、无线话筒接收机安装在同一个航空箱内，可方便地移动到演播室之外的任何教学场地；网络服务器在推模式网络直播中使用，接收全能机推送过来的WMV信号，供网络用户观看；网络客户端就是普通的网络用户，可以在线点播和观看全能机录制和播出的教学录像。
　　3 全能机应用于精品课的现场录制
　　（1） 精品课的现场导播
　　大导演AIO3000型全能机的软件操作界面如图2所示。在精品课录播过程中，利用全能机的现场导播功能，可实现6 路外部视频，2路本机硬盘素材的任意切换，内置的时基校正器保证外视频和本地素材信号的良好同步，教学中使用的视频资料可提前存入硬盘，作为一路本地素材随时调用；内置调音台支持6路外部音频，1路本地素材音频输入，2路音频输出；在特技处理上，可实现任意两路视频的特技转换，包括硬切、淡入淡出、划像、黑场转换等。硬盘录像功能，将输出视频信号以标准的MPEG2 IBP帧间压缩格式记录到硬盘上，GOP结构、码流等参数均可调节，以适应不同质量的需求。随着课堂教学的结束，精品课教学录像同时制作完成，不需要进行后期编辑制作。
　　
　　（2） 字幕的实时添加
　　字幕的添加通过i-CG技术完成。字幕用笔记本电脑安装客户端软件，设置好网络IP地址，与全能机局域网连通，即可实现字幕的制作和播出。字幕添加的操作非常简单，全能机操作界面上只保留了下游键按钮，控制字幕是否叠加到输出视频上，考虑到导播人员在画面切换的同时不可能有精力同时负责字幕的逐条播出，通常情况下，具体字幕的制作和逐条键控由专人负责。但由于精品课录像的字幕量比较少，内容相对固定，播出时机比较稳定，因此在课程录制之前预先做好片头和片尾字幕，并进入待播状态，录制过程中当需要添加字幕时，导播只需按下游键，用空格键控制字幕的叠加和出屏，一个人在现场导播的同时也完成了字幕的实时添加。
　　（3） PPT画面的直接切换
　　精品课录播中的视觉形象由教师画面、学生镜头和PPT内容三部分组成，师生的画面来自于摄像机的标准视频，PPT画面需转换成相应的视频信号。传统录播中PPT画面转视频，通常是用摄像机直接对准投影屏幕拍摄获得，画面的清晰度不能令人满意；使用专门用于抓取动态影像的软件（如Camtasia Studio）将屏幕活动捕捉下来并转换成视频[10]，不能做到实时转换，图像质量也不理想。智能录播系统采用硬件对VGA信号重新编码，实时输出，可获得较好的图像效果。
　　全能机采用方便实用的i-VGA技术完成PPT信号的转换，首先将全能机与教师计算机进行网络连接，并设置各自IP地址使网络连通，然后进入全能机i-VGA设置界面，输入教师计算机的IP地址，在教师计算机端运行系统免费提供的客户端执行程序IVGAserver，并输入全能机的IP地址，PPT信号作为本地视频素材参与各路信号的切换。
　　4 全能机应用于精品课的网络直播
　　全能机的网络直播模块可实现精品课的网络实时播出。在精品课录制时，若同时启动录制和网络直播功能，全能机将以MPEG2和WMV两种格式记录视频，其中WMV格式就是提供网络直播所需的视频文件。精品课的网络直播通过推模式或拉模式完成。拉模式不需要服务器，由客户端直接访问全能机的IP地址来实现。方法是在全能机的网络直播设置中选 “向编码器拉传递”，输入任一空闲端口号（比如：192.168.1.1：1750），然后按国家标准设置WMV文件的参数。直播中客户端直接运行Windows Media Player，按CTRL+U组合键，在对话框中输入：mms:// 192.168.1.1：1750 即可收看。拉模式配置简单、方便实用，适合于局域网内少量用户的情况下使用。推模式网络直播需要配备网络服务器，为直播的精品课设置一个专用的网络链接。服务器的设置比较复杂，需要专业网络技术人员完成，这里不再赘述。全能机在网络直播设置中选“向服务器推传递”，将全能机记录的WMV文件推送到网络服务器上。所有客户打开精品课网页即可自动看到直播内容。由于网络服务器能够提供足够的带宽，因此推模式可以实现海量用户的网络直播。
　　
　　三 全能机在精品课录播中的应用价值
　　
　　全能机应用于精品课录播，彻底解决了单机拍摄、后期编辑的时效性差问题；相对于传统的EFP系统，所需设备、人员有所减少，摄制平台的搭建更省时、省力；而智能型录播系统，可以肯定地说是目前最理想的精品课录播方式，与之比较，全能机在课程录播本身没有什么优势可言，其价值主要体现在对教学设备的有效利用。回顾精品课录播的历程，总结全能机应用于精品课录播的实际，归纳其应用价值主要体现在以下几个方面：
　　1 高质的录播效果
　　大导演AIO3000型全能机是具有广播级技术指标的电视制作设备，所记录的高指标视频采用MPEG2压缩方式，采样模式为YUV 4:2:2或4:2:0，视频码率选择12Mb/s或6Mb/s，音频码率通常设置为320Kb/s；用于网络直播的WMV文件可选择NTSC或PAL制式，以NTSC为例：视频尺寸为720*480或320*240，视频码率大于460Kb/s；i-VGA技术转换的视频具有较高的分辨率，更好的防闪烁效果。从以上视音频参数可以看出，全能机记录的MPG2和WMV视频文件都能够达到较高的技术质量，获得良好的播出效果。
　　2 高效的录播模式
　　全能机将传统的特技机、录像机、调音台、监视器等大量硬件设备集成到同一计算机平台上，以单机的方式实现过去复杂系统的功能。由于是集成化的模块设计，系统构成更加简洁，操作使用非常容易，安装调试异常简单，系统运行更加安全。录播过程中MPEG2和WMV文件同时记录，其中WMV文件直接用来做网络直播。随着精品课课堂教学的结束，高质量的精品课录像MPEG2文件制作完毕，WMV文件也已完成上传到网络服务器的任务，表现出极高的录播效率。
　　3 合理的资源利用
　　全能机应用于精品课的录播是学校教学资源的合理利用，高校实验设备建设是一项系统工程，要遵循经济、适用、兼顾的原则，尽量避免为单一需要而购置某种设备，一定要充分利用现有的实验教学系统，避免重复建设。将全能机应用于精品课教学录播当中，既能发挥全能机功能强大的优势，又能有效提高实验设备的利用率，还能确保理想的录播质量。
　　4 无限的扩展空间
　　全能机是基于计算机平台的电视制作设备，因此具有无限的功能扩展空间。从硬件上看，不断开发的功能模块可以进一步丰富系统的功能，比如：慢动作重放、分屏特技、延时播出等。从软件上看，针对软件运行过程中所出现的问题，考虑用户提出的新的需求，结合电视制作不断发展的态势，软件会做出相应的升级、改进，因此，在不增加硬件投资的前提下可以获得更多的实用功能。
　　毕竟全能机不是精品课录播的专用设备，实用中也发现了一些问题：（1）摄像机不能实现智能化。（2）录制过程必须由专业技术人员完成。（3）摄像人员身处现场，对教学形成一定的干扰。（4）系统的一些功能还不够完善，如：预监画面清晰度偏低；无信号时音频电平指示过高；录音音量偏小；字幕软件的功能有待提高等。
　　随着广播电视技术与计算机多媒体技术、通信技术的融合发展，特别是数据网络、计算机处理能力、大容量存储及压缩算法技术的进步，基于计算机平台的全能机录播系统必将在高校精品课建设中发挥更大的作用。
　　
　　参考文献
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　　Research on the Employment of Versatile-Recording-Set in Elite-Course Recording
　　CHEN Jian-jun
　　(College of Literature, Bohai University, Jinzhou Liaoning 121000, China)
　　Abstract:With the development of elite course, the elite course recording system has evolved from the initial single-camera-filming-post-editing to multi-camera-filming-synchronous-editing, then ultimately to smart recording system integrating filming and editing. Both the quality and efficiency of recording are improving over time. With TV program-filming system centered on versatile-machinery-set widely employed in elite course, recording the system’s remarkable advantage manifests itself in high-quality-recording, high-efficiency recording mode, optimized resource utilization and infinite room for extension. The system exhibits substantial values in application, playing a vital role in elite course buildup.
　　Keywords: elite course; recording technology; webcasting;; versatile-machinery-set; value in application

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