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在线互动精品录播教室方案

2019-03-05

第一章 全自动精品版录播系统方案概述

一、方案概述

为解决学校的优质教学资源的共建共享,推进基于课程的互动教学、课程内容建设。通过建设网络教学实时录播系统,完善课程建设过程性评估与教学质量监督管理、精品课程评估,减轻教师课程建设强度,加强师生互动交流,倡导自主学习,培养创新型人才。

随着教育信息化和信息智能化的发展,网络教学实时录播系统已成为现代化教育视频建设的重要组成部分。学校录播系统建设充分利用现有资源使其不仅具有视频互动功能,还具有召开大型会议、远程培训、远程视频呈现、远程调度、重要事项报告等功能。系统能够实现平滑扩容和升级。

雷速体育APP智能录播系统集流媒体传输技术、网络技术、声音降噪技术,视频防抖技术、视频压缩技术、多媒体技术于一体的先进录播系统。遵循TCP/IP标准,构成支持网络广播、直播、存储、后期编辑等多种功能的高集成度的专业录播系统。一台1U录播主机可实现智能导播、课程录制、课堂直播等功能。我公司采用稳定的产品、先进的技术最大限度地满足用户需求,大大节省人力、物力,显著降低学校信息化建设成本,进一步助力数字化资源建设与共享。

二、设计理念

传统录播经常会遇到一些问题教室同时进行老师、学生的全自动跟踪摄像过程无法实现在录制现场需要专门的人员录制,增加了录课成本。由于原先的集控式录播系统肩负着对多个教室的录播和管理,建设成本昂贵。并将各个教室端的多路视频源、VGA源采集传输到控制服务器中,形成多个单的视频文件,再由后期进行合成和编辑,增加用户工作负担。

雷速体育APP智能录播产品正是以《教育信息化十年发展规划(2011-2020年)》为纲要开发的一套面向教育系统精品课程建设、微格教学建设、慕课教学建设、远程互动教学建设等重要教学环节的录播设备。能满足教学常态化的前提下,生成教学实况录像,记录教师在整个教学过程中的授课情况,实现教师授课、PPT课件等多路音视频信号的采集,系统内置自动跟踪、录制、直播、点播等功能模块,并最终将所有的音视频画面合成具有极高的再利用价值的教育视频文件,供广大师生及教研管理者课后点播观研、网上共享。

三、设计原则

² 前瞻性:超薄机身一体化硬件设计,易用易维护的嵌入式设计理念,独特的双显卡配置,保证系统先进性。

² 便携性:体积小巧、携带方便,随时随地满足录播需求,对室内外活动进行录制直播。

² 易用性:直观的操作界面,简单的操作方法,非专业人士仅需简单培训即可快速上手。 

² 先进性:录制生成的课件可支持Ipad、Iphone、Andriod等移动终端播放,满足学生移动学习的需求,大大提高实际学习成效。

² 高集成:集视频切换、屏幕采集、视频录制,课堂直播等功能于一身,设备高集成化设计,安装调试简单、减少设备间的数据延迟。

四、设计标准

1、网络设计和网络设备标准

1)IEEE802.3 10Base-T网络标准;

2)IEEE802.3 100Base-TX快速以太网标准。

2、通讯协议标准

 络层和传输层TCP/IP协议并兼容IPX协议,支持PPP和SLIP协议。

3、布线和电气安装标准

   1)GB/T50311-2000建筑与建筑群综合布线工程设计规范;

2)GB50254-50259-96《电气装置安装工程施工及验收设计规范》;

3)GA/T75-94《中华人民共和国公共安全行业标准》;

4)GYJ125-86《厅堂扩声系统声学特性指标标准》

5)GB6510-86《30MHz-1GHz音频和视频信号电缆分配系统》;

6)GBJ《有线电视广播系统技术规范》;

4、专用产品标准

 1)设计中采用的专用产品,其生产检验过程符合我司制定的企业产品标准。

 2)标准号:Q/HDZQX001-2002。

五、设计特点

1)多画面教学场景全方位记录

最多支持5路高清视频及1路计算机信号输入,可同步采集多路视频、音频、VGA信号,实现对教师全景/特写、学生/特写、授课PPT等多个对象的录制,全方位记录。

2)多样化录制课件呈现方式

录制的课件符合SCORM1.2国际标准,同时支持1080P、720P、D1、CIF中任意两个分辨率的组合编码格式;具有单流(电影模式加资源模式)和多流(资源模式)录制功能,支持单流多流同时录制,生成标准流媒体:MP4(视频:H.264、音频:AAC)格式文件,满足不同用户的个性化需求。

3)多途径视频资源直播与共享

全自动精品版录播系统可通过录播本身、局域网、广域网等网络方式进行现场活动的直播,并支持将录制的视频实时上传到资源管理平台上,便于用户点播、下载观看共享资源。

4)多式样切换策略跟踪与定位

采用人脸识别与图像分析技术,根据目标特征进行识别跟踪以教师特写镜头为主镜头,其他为辅助镜头进行多个场景之间的自动切换,输出最符合教学现场的教学画面进行同步录制。

(5)多方位全场景自动拾音

整个教学现场多方位全自动降噪拾音,完美还原现场声音。声音系统建设更加的专业和细致,雷速体育APP科技充分研究了授课环境的声学特性,采用高科技拾音器吊装设计,实现了声音的完美采集。

六、应用范围

全自动精品版录播系统通过摄、录、播、管四个环节满足教育信息化建设的需求,充分将网络建设和应用建设统一起来,彻底摆脱校园网络使用无应用可用的困扰,解决学校长期没有实用的教学资源、学生课后无法温习课堂内容等问题。

1)对老师而言

一键录播,全程全自动

老师一键即可进行课件录制,全程自动录制电影模式和资源模式自由切换,以及课件的回放与导出。同时可全自动上传至视频平台,预先设置课程表时间信息,可根据课表时间自动开机录制,录制课件支持实时观看、直播、导播、点播功能。无需人为操作。减轻老师上传与编辑课件的负担。

2)对学生而言

资源丰富随时随地学习

雷速体育APP资源管理平台采用国际领先的流媒体技术。学生登陆后可见丰富的学习资源支持远程点播、下载。学校有正在直播的课堂,用户不论是在区域网或互联网,皆可使用手机、平板或计算机通过视频平台收看直播课件。为学生创造不受时间,空间影响的全方位学习环境。

精美网络课件制作

系统可自动生成可供用户网络点播的课件,后期可对录像文件进行保存、管理及编辑并发布到资源管理平台上供用户点播、下载学习。



优质课程资源库建设

通过建设优质、专业课程资源库,整合各个学科教研资源,利用教学网络实现资源共享。完善精品课程建设过程中优质资源库建设,减轻教师课程建设强度。




远程直播、互动教学应用

随着教育信息化的发展,学校也从单纯的教室课堂发展到与网络课堂相结合的多模式教学课堂。雷速体育APP嵌入式录播系统,自带远程直播、互动功能,在网络技术的基础上实现学生远程观看直播、远程互动教学模式。用户可以随时随地进行观摩、学习,不受空间和时间的限制。


微格教学

传统教学模式由于上课时间较长、授课内容信息量较大的原因,导致学生对某一知识点没有完全掌握,课后也无法针对这一知识点进行学习。雷速体育APP录播系统,可将授课教师的授课过程全程录制保存并可进行回放,这样学生就可以根据自身在某一知识点的不足,进行再次学习。也可把所想要的某一段视频截取出来,制作成短小视频进行反复学习。


幕课教学

慕课是一种大规模网络开放在线课堂学习模式,它将学习资源与学习管理系统以及开放网络资源综合起来的一种新型教学模式。有利于减少资源分布不均匀、资源匮乏的问题,集聚多种优质视频资源并分类管理,发布在互联网上供用户点击学习。整个学习过程在网上进行。不受时间、空间限制,保证用户随时随地的学习。

班班通及智慧课堂

班班通及智慧课堂打破传统的教学模式,是将信息技术与学科日常教学的有效结合“班班通”实现教育教学将彻底打破教室、教师、校园的界限,实现局域、城域无界限。智慧教室作为一种新型的教育形式和现代化教学手段,可以搭建成一个物联网应用场景,既可以用于学生进行创新实验研究,也方便教师开展科学研究。一体的新型现代化教学系统,是推进未来学校建设的有效组成部分。

企事业单位培训、专家报告、重要会议录制

在企事业单位里,各种培训、专家报告、重要的会议越来越多。手工记录、人工录音和人工录像的原始模式已经无法满足企事业的需求。随着信息技术数字化、网络化进程的不断深入,企业通过录播系统进行全方位的录制,能够真实地记录会议的全过程,并作为历史资料永久保存,可方便用户在会后进行资料查询和播放。

                              

第二章 全自动精品版录播系统方案简介

一、全自动精品版录播系统示意图

全自动精品版录播系统示意图,如图2-1所示。


二、全自动精品版录播系统设备分布图

全自动精品版录播系统产品在教室内分布位置如图2-2所示。


三、全自动精品版录播各子系统功能

(一)图像识别智能跟踪系统

图像识别智能跟踪系统采用智能图像分析算法。教师采用业界领先的人脸识别跟踪算法,教师无需佩戴任何辅助设备便可精确跟踪教师的行为动作,真正做到常态化;学生采用业界领先的人体行为识别图像算法根据学生行为智能判断学生起立动作,并给相应的全景与特写。系统自动对人物、场景完成推拉、特写等拍摄动作跟踪过程无缝切换且覆盖所有区域不受光线的干扰和影响。

1.教师图像智能跟踪系统

一体化教师跟踪摄像机集高清全景摄像机和高清跟踪摄像机于一体,安装于教室后方,覆盖整个讲台区域。可在讲台区域设置有效跟踪区域,当教师在讲台的有效工作区域内活动时,系统根据人体检测及锁定跟踪技术自动识别教师位置并发出对教师进行跟踪拍摄的控制命令。如图2-3所示。


2.学生图像分析定位系统

一体化学生定位摄像机安装黑板的中轴线位置,覆盖整个学生区域。学生智能定位摄像机根据人体行为识别技术识别检测单人或多人起立和坐下动作并发出对学生进行定位拍摄的控制命令。如图2-4所示。


(二)音频拾取及声音处理系统

音频系统通过专业吊麦实时拾取教师授课时的语音信号和学生上课时回答问题或讨论语音信号,并通过输入到音频处理器中经过声音降噪处理使录播主机录制的视频文件和音频同步完美输出,达到唇舌同步的效果。

(三)录播中心子系统

1.直播模块

系统内置WEB服务器和流媒体服务器,支持录播主机本地直播无需外加服务器也支持系统通过网络进行远程直播,也可进行外网直播、直播方式多样。系统支持FireFox,IE,Chrome等浏览器直播功能,支持windows player、VLC和其他播放器直播功能;同时也支持IOS或Android系统手机、平板电脑等移动设备直播功能。

系统支持全高清 1080P@60视频信号,VGA信号采集支持高达1920*1440@60的输入信号处理能力。视频编码格式为H.264/MPEG-4(符合教育部视频公开课标准【教高司函(2011)105号】)

系统支持P2P模式,满足多用户直播观看且无数量限制。

2.导播模块

雷速体育APP智能导播系统平台内嵌于录播主机中。导播界面内容丰富、功能简洁明了、按键易懂易操作,集导播切换、云台控制、音频调整、导播监视、添加特效、字幕、磁盘管理等功能操作于一个界面显示。主界面如图2-5所示。


3.点播模块

课程建设的最终目的是建设精品资源库,使更多的人共享精品资源并从中获益。共享资源的途径是建立精品课堂资源播放中心;雷速体育APP录播系统在老师上课时通过摄像采集教室场景画和课件录制系统将课堂内容录制成精品课件,供网络用户随时随地进行点播观看,或从录播主机上传至视频资源管理服务器,自动生成播放列表,实现课程类别组织管理、课件添加、删除等多种功能,可按照多级目录进行分类以便用户点播。

4.录制模块

系统自带海量硬盘,可存储大量流媒体文件。系统通过编码和转换生成标准MP4文件格式并保存。同时系统可根据IP地址和路径自动上传。系统支持“电影模式”和“资源模式”同时录制。支持单流多画面录制和多流多画面录制,多流多画面模式录制的每一路视频可单独完整的保存,为后期编辑提供全面的资源素材。

5.交互交流模块

 系统支持点对点的相互交流功能。远端解码支持高达1080P@30的分辨率。

6.流媒体编辑模块

系统支持添加片头﹑片尾功能。在录制前,中,后均可添加,后期制作阶段也可添加。视频界面可最多设置8个预设台标,支持LOGO、字幕、角标、教师信息和时间等附加信息的自定义设置。系统支持后期剪辑、整合和码流的重置。

7.资源管理模块

在高教系统中,录播系统通过学校搭建的教学资源管理平台对前端系统上传的视频资源进行分类管理。具有课件管理、资源管理、课表管理、直播管理、点播管理、系统管理、用户管理等多种模块,界面内容丰富,可支持大量用户学习,下载。


第三章 全自动精品版录播方案产品设计

一、全自动精品版录播系统结构图

本系统由录播主机、搭配两台一体化摄像机、三台云台摄像机、智能混音器、拾音器、中控等设备,构成全自动精品录播系统。实现老师全景、老师特写、学生全景、学生特写、板书等场景拍摄。拍摄过程无需定位辅助摄像机,可自定义拍摄角度,拍摄位置可调,可根据教室环境设置摄像机的位置。可手动调节全景摄像机的焦距,拍摄更加全面、细腻。使得教学课堂更加灵活多变,应用更加精细智能化。如图3-1所示。



二、全自动精品版录播设备详细介绍

(一)嵌入式录播主机


主要参数:

1、录播主机采用一体化硬件设计、易用易维护的纯嵌入式系统,结构精简;为确保系统稳定可靠,设备高度必为1U。内置容量为2TB SATA硬盘 ,硬盘存储空间最大可拓展为6TB,方便节目的长时间录制;

2、设备集录制、直播、点播、互动、导播管理、存储、视音频编码等功能于一个主机内;

3、支持同时输入6路高清 1080P@60(1920*1080);3路高清视频输出(VGA、HDMI、CVBS不同源,视频信号输入可支持高清1080p60帧;支持无缝切换、叠加、拼接等处理功能;

4、编码格式:标准流媒体文件格式MP4,视频H.264,音频AAC适合通用播放器或嵌入式网页播放方式,视频编码率:50kbps~40Mbps可调;音频码率:68Kbps可调;

5、多种视频接口: 支持5路SDI高清视频接口, 支持2路VGA接口(1组输入、1组输出)、支持2路HDMI视频接口(1组输入、1组输出);1路CVBS输出;

6、音频接口:5路音频输入(2路MIC-IN和3路LINE-IN)、4路音频输出(3路端子台的LINE-OUT;1个3.5mm 耳机监听LINE-OUT接口);

7、无需外接电脑设备,VGA接口直接连接高清显示器,USB直接连接键盘、鼠标即可操作系统功能;可通过键盘,鼠标直接设置IP、码流、分辩率、帧率等参数,可直接控制直播推流、录制的启动、暂停、停止;

8、视频存储模式:支持内置硬盘、外接USB存储,支持USB录像导出,支持SAMBA共享下载,支持远程FTP下载录像;

9、系统支持硬关机和软关机两种模式;

10、采用12V安全电源供电(满足潮湿环境下人体安全使用需求)

(二)智能跟踪定位摄像机(老师、学生)


主要参数:

1、图像传感器:1/2.8" Exmor CMOS,总像素:327万像素;有效像素:214万

2、焦距:f=4.7mm-94.0mm;

3、光学变焦:22倍;

4、数字变焦:12倍;

5、最小工作距离:10mm~1,000mm;

6、视场角:55.4°~2.9°(1080P模式);

7、聚焦系统:自动,手动,PTZ触发、一键触发;

8、最低照度:0.5 lux (彩色),0.095Lux (黑白);

9、白平衡:自动,室内,室外,一键触发,手动,自动跟踪;

10、曝光控制:自动,手动,快门优先,光圈优先,亮度优先;

11、信噪比:≥50dB;

12、视频输出接口:HD-SDI;带网络接口可进行网络传输。

(三)高清摄像机


参数介绍:

1、视频输出接口:DVI(HDMI) ﹑YPbPr﹑HD-SDI;

2、传感类型:CMOS﹑1/2.8寸;

3、传感像素:总像素:327万,有效像素:210万;

4、图像清晰度:≥950线(1080P)﹑≥850线(720 P);

5、 视频格式:1080p/60、1080p/59.94、1080p/50、1080p/30、1080p/29.97、1080p/25、 1080i/60、 1080i/59.94;

6、镜头聚焦:18X,f4.7mm~84.6mm,F1.8~F2.8;

7、电子快门:1∕25~s1∕10000s;

8、预置位数量:128;预置位精度≤0.2°;

9、支持:背光补偿,倒装;

10、支持协议类型:VISCA﹑Pelco-D﹑Pelco-P

(四)智能混音器


主要参数:

1、设备具有10路话筒输入通道,MIC1-MIC10为录音话筒输入,麦克风(MIC)输入:10通道平衡麦克风输入,卡侬(XLR)插座,带幻象供电;

2、组线路输出且两组中一组为混合输出一组为话筒输出模式;采用AGC自动增益技术,保证在距话筒不同距离内讲话,录音的音量大小基本一致;

3、采用声控智能十选一技术,根据讲话者的声场情况自动开启、关闭话筒,在整个的录播扩声过程中,无需人为调整设备就可以很好保障录播和会议发言轻松、高效、安心顺畅进行;

4、机器带RS232串口功能,可与电脑、中控等连接,以方便视频设备录制定位讲话者等,具有高中低音调节功能;

5、音频处理核心部分采用高性能的DSP芯片数字运算处理,降低环境噪声的同时确保声音失真度小;

6、机器上有强弱去噪选择开关,采用专业的去噪电路,可根据使用环境的情况选择强弱档次;                              

7、性能指标:数字信号处理,反馈抑制(AFC):传声增益提升幅度:9-12dB;自适应背景降噪(ANS):信噪比提升:18dB;自动增益控制(AGC):增益控制幅度: -12dB - +12dB;

8、频率响应:20Hz—20kHz(±3dB);

9、输入电平:-55dBu - -14dBu;

10、输入阻抗:2千欧姆;

11、SPK处理输出:双通道输出,RCA立体声和XLR两种插座,输出电平:0dBu,输出阻抗:560欧姆;

12、混音(MIX)处理输出:单通道输出,RCA立体声插座,输出电平:0dBu,输出阻抗:560欧姆;

13、一般特性:标准1U机箱,重量约2.2kg,电源电压:220V 


(五)拾音器


主要参数:

1、换能方式: 电容式;

2、 指向特性: 单一指向性;

3、 频率响应: 30Hz-20KHz;

4、 灵敏度: 近距-45dB; 远距-38dB;

5、 信噪比:≥70dB;

6、拾音角度: 110°;

7、 输出阻抗(欧姆): 近1KΩ 远距2.3KΩ;

8、 咪管规格:22*360mm;

9、 配置:卡龙母+卡龙公;

10、抗手机、电磁、高频干扰;

11、供电电压:48V、DC1.5V供电;

(六)录播中控


主要参数:

1、控制面板采用轻触型面板设计,面板设置清晰,操作方便,使用寿命长;

2、录播开始、暂停、停止按钮;

3、投影机穿口码可编程;

4、具有串口控制投影机功能;

5、具有内置数字音量控制,即对功放无任何要求;

6、面板具有一路网络口,一路USB口,一路手提电脑信号输入口及音频口,一路外接设备AV输入口,一路话筒口;

7、具有一键切换及关机功能,配有独特防护加锁盖板,便于管理;

8、一体化的控制结构,简单的操作方式,高度集成的模块化设计,具有较高的兼容性和稳定性。