CN104581346A - 一种微视频课程制作系统及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微视频课程制作系统，用于实施录制教学板书演示和语音讲解，包括：板书工具，其用于提供用户操作的输入接口；录制控制器，其接收并在屏幕中实时显示用户操作，同时控制截取屏幕的时间及参数；界面录制器，其根据设置的参数截取在教学板书演示时屏幕中的用户操作和/或程序运行状态获取图像样本；语音录制器，其用于获取语音讲解时的音频样本；时钟同步器，其用于使图像样本与音频样本保持时间同步；及文件流管理器，其用于生成视频数据和音频数据，从而生成用于微视频课程教学的视频音频文件。本发明提供了一种集成度高、可单人操作且视频音频同步的制作系统。本发明同时还公开了一种微视频课程制作方法。

Description

一种微视频课程制作系统及其制作方法
技术领域
本发明属于信息技术领域，尤其涉及一种微视频课程制作系统及其制作方法。
背景技术
随着流媒体技术的发展、视频网站的兴起，制作成本低、周期短、播放时长短(短则30秒、长不过20分钟)的微视频成为有力的传播新载体。在教育领域，一些教师开始尝试以该形式制作自己的微视频课程，供学生课前观看、课后复习；某些网校的行动则更为迅速，他们早已推出称之为“微课程”的、时长定义不尽相同的学习视频，为没有大段时间学习的用户提供广泛在线学习空间及资源。
现有的微视频课程制作方案包括有大规模课程视频录制系统和屏幕录制软件，但各有局限。其中，大规模课程录制系统需要购买额外设备，需录制人员参与，并且教师和学生声音收集及投影仪因频闪录制效果不佳等缺陷，不便于教师在日常教学中使用；虽然目前屏幕录制软件可在无录制人员辅助情况下随时制作，且目前屏幕录制软件未能提供专业的教学板书书写及演示工具。
为了克服现有技术中设备集成度低、不便于单独操作和缺乏板书书写及演示工具的缺陷，提出了一种微视频课程制作系统及其制作方法。
发明内容
本发明提出了一种微视频课程制作系统，用于实施录制教学板书演示和语音讲解，包括：
板书工具，其用于提供用户操作的输入接口；
录制控制器，其与所述板书工具通信，接收并在屏幕中实时显示用户操作，同时控制截取屏幕的时间及参数；
界面录制器，其与所述录制控制器通信，根据设置的参数截取在教学板书演示时屏幕中的用户操作和/或程序运行状态，获取一帧以上图像样本；
语音录制器，其与所述录制控制器通信，用于获取语音讲解时的一帧以上音频样本；
时钟同步器，其分别与所述界面录制器和所述语音录制器通信，用于使每一帧图像样本与每一帧音频样本保持时间同步；
文件流管理器，其与所述时钟同步器通信，用于根据所述图像样本编码生成视频数据，根据所述音频样本生成音频数据，通过保存及整合视频数据和音频数据，从而生成用于微视频课程教学的视频音频文件。
本发明提出的所述微视频课程制作系统中，所述录制控制器包括屏幕截取单元、录制交互单元和录制参数配置单元；其中，所述屏幕截取单元用于抓取屏幕图片，所述录制交互单元用于录制用户操作，所述录制参数配置单元用于修改生成由所述图像样本所生成的视频的帧率、比特和格式。
本发明提出的所述微视频课程制作系统中，所述界面录制器包括截屏周期控制器、截屏器和截屏图片缓存器；所述截屏周期控制器、所述截屏器和所述截屏图片缓存器依次通信，所述截屏周期控制器用于设置所述截屏器的截屏时间周期，截取的多帧连续的图像样本缓存于所述截屏图片缓存器中。
本发明提出的所述微视频课程制作系统中，所述语音录制器包括音频采集器和音频样本缓存器，所述音频采集器采集语音讲解时的音频样本，所述音频样本缓存器用于缓存所述音频样本。
本发明提出的所述微视频课程制作系统中，所述文件流管理器采用ffmpeg的音视频处理框架编码生成所述视频音频文件。
本发明还提出了一种微视频课程制作方法，包括如下步骤：
步骤一：周期性地截取教学板书演示时的屏幕获取一帧以上图像样本，及获取语音讲解时的一帧以上音频样本；
步骤二：配置所述图像样本和所述音频样本的时间戳；
步骤三：按所述时间戳的顺序使所述图像样本和所述音频样本保持时间同步；
步骤四：对所述图像样本进行编码生成视频数据，对所述音频样本进行编码生成音频数据；
步骤五：将所述视频数据和所述音频数据整合，生成用于微视频课程教学的视频音频文件。
本发明提出的所述制作方法中，步骤三按所述解码时间戳的顺序组合所述视频数据和所述音频数据包括如下步骤：
步骤1a：获取当前经过编码生成的一帧视频数据和一帧音频数据的时间戳；
步骤1h：若所述图像样本的时间戳早于或等于所述音频样本的时间戳，则将所述图像样本和所述音频样本根据所述时间戳先后进行排列；若所述图像样本的时间戳晚于所述音频样本的时间戳，则获取下一帧图像样本的时间戳直到时间戳不晚于所述音频视频的时间戳时，将所述图像样本和所述音频样本根据所述时间戳先后进行排列；；
步骤1c：重复上述步骤1a与步骤1h，直至所述图像样本和所述音频样本保持时间同步为止。
本发明的有益效果在于：
本发明设计了一套微视频课程制作系统，更便捷地支持了微课程制作及广泛在线教学与学习。与截屏软件相比，本系统提供其所不具备的专业板书演示工具；与课程录制系统相比，本系统无需课程录制人员在场，教师可独自随时录制，并克服屏闪等录制效果不佳等缺陷，因而利于大规模普及与推广。
附图说明
图1是本发明微视频课程制作系统的结构图。
图2是界面录制器和语音录制器的结构图。
图3是制作方法中利用时钟同步器进行时钟同步的流程图。
图4是进行音视频编码的流程图。
具体实施方式
结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。
本发明供面向Windows系列操作系统的微视频课程制作系统。本发明系统不仅提供板书工具进行课堂演示与讲解，而且可将授课中的言语讲解以及板书实时图像录制成音频或视频文件。
参阅图1，本发明微视频课程制作系统包括板书工具、录制控制器、界面录制器、语音录制器、时钟同步器和文件流管理器。
其中，板书工具设有板书工具箱指令集，用于提供用户操作的输入接口，教师可根据授课实际需求选择工具，调整参数及属性，并在画板上进行板书书写。
录制控制器与板书工具通信，其包括三部分，分别为屏幕截取单元、录制交互单元及录制参数配置单元。其中，屏幕截取单元调用操作系统接口抓取屏幕图片，将当前帧缓存中的像素RGB数据拷贝到预先分配的内存中，截取全屏时拷贝全屏像素，截取部分矩形区域时拷贝帧缓存中对应的矩形区域的像素。录制交互单元接受用户界面操作，如单击按钮、拖拉鼠标选定区域等，提供包含选择屏幕或部分区域、应用窗口、暂停录制、继续录制等。其中选择区域、应用窗口等需要与操作系统的GUI库进行较多的交互。录制参数配置单元提供GUI方便的即时修改生成视频的帧率、比特率、容器格式。
界面录制器与录制控制器通信，用来录制桌面环境(Windows操作系统桌面)中用户的操作或应用的运行状况。如图2所示，界面录制器包括依次连接的截屏周期控制器、截屏器和截屏图片缓存器，其采用固定周期截屏的方法，即每隔一段时间进行一次屏幕截取，间隔时间为生成视频的单帧持续时间。同时使用截屏周期控制器进行截屏同步控制，即当达到预定周期截屏时间时，截屏器就进行一帧截屏操作获得一帧图像样本。当进行截屏操作时，直接调用Windows GDI、X11中的bitblt接口，截屏操作将选定屏幕区域中的图像像素数据从帧缓存拷贝到预先分配的内存缓存中。然后插入到截屏图片缓存队列中，接着根据录制视频格式由后续的编码模块将像素数据转换为对应的可编码数据格式。同时截屏周期控制器(计时器)开始计时，当达到下一次接预定周期截屏时间时由截屏器进行再次截屏操作。
如图2所示，语音录制器与录制控制器通信，其包括音频采集器和音频样本缓存器，语音录制器首先周期性地从麦克风采集声音信号，并传输到系统声卡，声卡中的模数转换器以44.1KHz的采样频率，8位或16位量化位，将声音模拟数据转换为计算机处理的数字数据，转换得到的音频样本放入音频样本缓存中以作进一步处理。再经过音频视频同步操作，调用音频编码器进行音频编码后，与视频编码的帧交叉写入到最终的视频文件中。
时钟同步器分别与所述界面录制器和所述语音录制器通信，实现录制时钟与真实外部时钟的同步，即录制生成的视频画面与录制开始后的屏幕图片一致，视频中的声音与录制开始后的音频输入一致。参阅图3，为保证录制视频中的声音和视频画面同步，在进行每次编码操作前需要进行音视频同步，即根据图像样本的时间戳和音频样本的时间戳对其进行排列，使得音频样本的时间戳不早于对应的图像样本的时间戳。具体同步过程如下：截屏屏幕获取一帧图像样本，输出该图像样本及其时间戳，该时间戳作为编码的PTS(解码时间戳)。在截取屏幕的同时，利用语音录制器录制一帧音频样本，输出该音频样本的时间戳作为编码的PTS。假设将音频编码后的帧序列(即音频样本的序列)和视频编码后的帧序列(即图像样本的序列)看作音频流和视频流，流中最新编码一帧的时间戳为流的时间戳。编码过程中音视频同步是在音频编码时以视频流为参考，保证当前音频流时间戳(即音频样本的时间戳)不超过当前视频流时间戳(即对应图像样本的时间戳)，如果当前音频流程超过视频流，则需等待视频编码过程，直到视频流时间戳超过音频流时间戳。如此保证编码后的音视频数据是根据实际时间戳交错写入视频文件中的。
文件流管理器与时钟同步器通信，其设有视频编码器和音频编码器，用于将截取的视频数据和采集的音频数据序列压缩成视频流格式。参阅图4，首先初始化视频编码器和音频编码器，在多线程临界区同步控制下，音频编码线程从全局音频样本的队列中获取音频样本用以生成音频数据，采集过程中对样本队列的写操作需要使用锁同步，并在写完一次采集的样本后解锁，避免出现死锁；视频编码的处理方法类似，在音频编码的同时从全局图像样本的队列中获取一帧图像样本用以生成视频数据。
视频编码先将截屏得到的图像数据转换为编码器对应的可编码格式，准备好输出缓冲区存放编码后的包数据，然后调用编码器编码单张图像数据，缓存该帧，循环执行编码过程，直到所有剩余的图像帧被编码。将采集到的声音样本数据，在同步控制下，使用ffmpeg的音频编码器压缩音频样本，生成音频数据，再将编码输出缓冲区内的音频数据写入视频数据中，从而获得用于微视频教学的视频音频文件。
本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。

Claims (7)

1.一种微视频课程制作系统，用于实施录制教学板书演示和语音讲解，其特征在于，包括：
板书工具，其用于提供用户操作的输入接口；
录制控制器，其与所述板书工具通信，接收并在屏幕中实时显示用户操作，同时控制截取屏幕的时间及参数；
界面录制器，其与所述录制控制器通信，根据设置的参数截取在教学板书演示时屏幕中的用户操作和/或程序运行状态，从而获取一帧以上图像样本；
语音录制器，其与所述录制控制器通信，用于获取语音讲解时的一帧以上音频样本；
时钟同步器，其分别与所述界面录制器和所述语音录制器通信，用于使每一帧图像样本与每一帧音频样本保持时间同步；
文件流管理器，其与所述时钟同步器通信，用于根据所述图像样本编码生成视频数据，根据所述音频样本生成音频数据，通过保存及整合视频数据和音频数据，从而生成用于微视频课程教学的视频音频文件。
2.如权利要求1所述的微视频课程制作系统，其特征在于，所述录制控制器包括屏幕截取单元、录制交互单元和录制参数配置单元；其中，所述屏幕截取单元用于抓取屏幕图片，所述录制交互单元用于录制用户操作，所述录制参数配置单元用于修改生成由所述图像样本所生成的视频的帧率、比特和格式。
3.如权利要求1所述的微视频课程制作系统，其特征在于，所述界面录制器包括截屏周期控制器、截屏器和截屏图片缓存器；所述截屏周期控制器、所述截屏器和所述截屏图片缓存器依次通信，所述截屏周期控制器用于设置所述截屏器的截屏时间周期，截取的多帧连续的图像样本缓存于所述截屏图片缓存器中。
4.如权利要求1所述的微视频课程制作系统，其特征在于，所述语音录制器包括音频采集器和音频样本缓存器，所述音频采集器采集语音讲解时的音频样本，所述音频样本缓存器用于缓存所述音频样本。
5.如权利要求1所述的微视频课程制作系统，其特征在于，所述文件流管理器采用ffmpeg的音视频处理框架编码生成所述视频音频文件。
6.一种微视频课程制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：周期性地截取教学板书演示时的屏幕获取一帧以上图像样本，及获取语音讲解时的一帧以上音频样本；
步骤二：配置所述图像样本和所述音频样本的时间戳；
步骤三：按所述时间戳的顺序使所述图像样本和所述音频样本保持时间同步；
步骤四：对所述图像样本进行编码生成视频数据，对所述音频样本进行编码生成音频数据；
步骤五：将所述视频数据和所述音频数据整合，生成用于微视频课程教学的视频音频文件。
7.如权利要求6所述的制作方法，其特征在于，步骤三中，按所述时间戳的顺序组合所述视频数据和所述音频数据，其包括如下步骤：
步骤1a：获取当前经过编码生成的一帧视频数据和一帧音频数据的时间戳；
步骤1b：若所述图像样本的时间戳早于或等于所述音频样本的时间戳，则将所述图像样本和所述音频样本根据所述时间戳先后进行排列；若所述图像样本的时间戳晚于所述音频样本的时间戳，则获取下一帧图像样本的时间戳直到时间戳不晚于所述音频视频的时间戳时，将所述图像样本和所述音频样本根据所述时间戳先后进行排列；
步骤1c：重复上述步骤1a与步骤1b，直至所述图像样本和所述音频样本保持时间同步为止。
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