智慧多媒体教室方案.docx
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智慧多媒体教室方案
交互式多媒体教室
设
技
方
案
xx科技有限公司
第一章项目概述
一.1项目概况
xx科技有限公司就XX学校多媒体教室的建设需求进行了大量的咨询工作，经过仔细研究后，我们组织从事教学环境设计研究、设计开发及有关工程技术人员就该项目的设计方案与规划进行了深入的交流和讨论。
我们将按照校方提出的总体需求，在总体实现功能不变的前提下，提出我们自己的设计方案。
XX学校多媒体教室项目整体设计规划如下：
一.1.1建设目标
拥有国内一流的现代化教学与信息基础设施，提供各种信息环境和多媒体教学环境，提供具有多种远程教学、管理手段的典型数字化教学基地。
达到真正的多媒体教学资源共享，教学管理一体化标准，充分利用起网络的有利资源。
多媒体教学环境在总体设计上要求采用国际先进的技术，做到功能完善、系统先进、安全稳定、拓展性强。
一.1.2建设规模
1）建设多媒体教室间；
2）建设主控中心间。
一.1.3建设内容
我公司认真分析XX学校多媒体教室项目的具体要求，依据整体规划、模块化设计的指导思想，将本项目合理规划为以下几个子系统的建设：
1）多媒体管理系统
2）数字视频监控系统
3）课堂录播系统
4）安防报警系统
5）资产管理系统
在后面的章节中我们将对以上子系统建设进行详尽的描述。
一.2设计描述
一.2.1设计原则
XX学校多媒体教室项目的整体方案设计将遵循以下基本原则：
1）先进性：
先进的设计思想、网络结构、开发工具，市场覆盖率高、标准化和
技术成熟的软硬件产品。
2）灵活性：
采用积木式模块组合和结构化设计，使系统配置灵活，满足学校逐步到位的建网原则，使网络具有强大的可增长性和强壮性。
3）发展性：
网络规划设计既要满足用户发展在配置上的预留，又能满足因技术发展需要而实现低成本扩展和升级的需求。
4）可靠性：
具有容错功能，管理、维护方便。
方案的设计、选型、安装、调试等各环节进行统一规划和分析，确保系统运行可靠。
整体系统软、硬件设备具有高可靠性，具备长期稳定工作的能力，可实现系统冗余功能，并具有防止误操作等行为对系统造成的破坏。
5）实用性：
方案设计合理，支持多种数据通信，符合国际相关标准和技术规范，并且容易使用、操作简便。
并应充分考虑利用各种资源，人机界面友好，能使用户最方便地实现各种功能。
6）开放性：
在满足安全可靠和实用的前提下，系统设计应采用开放技术、开放结构、开放系统组件和开放用户接口，以利于网络的维护、扩展升级及良好的灵活性、兼容性和可移植性。
7）兼容性：
系统建设应具有良好的兼容性，充分考虑系统向下、向上的兼容，将系统建设和现有的系统资源以及未来的系统规划充分结合。
一.2.2设计标准
1）网络设计和网络设备符合以下标准：
IEEE802.310Base-T网络标准；
IEEE802.3100Base-TX快速以太网标准
2）通讯协议标准
网络层和传输层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
方案设计中靠近以下标准：
中国电气设计规范
工业电气设计规范
GB/T50311-2000建筑与建筑群综合布线工程设计规范
ANSIEIA/TIA607民用建筑通讯接地标准
ANSIEIA/TIA-568A商务建筑布线标准
ANSIEIA/TIA-569A商务建筑通道标准
ANSIEIA/TIA-606商务建筑布线系统文档建立标准
EIA/TIATSB-67商务建筑布线系统测试标准
GB50254-50259-96《电气装置安装工程施工及验收设计规范》
GA/T75-94《中华人民共和国公共安全行业标准》
GYJ125-86《厅堂扩声系统声学特性指标标准》
GB6510-86《30MHz-1GHz音频和视频信号电缆分配系统》
GBJ《有线电视广播系统技术规范》
GY106-92《民用建筑电缆电视系统工程技术规范》
《民用建筑电气设计标准》
4）专用产品标准
设计中采用的专用产品，其生产检验过程符合我公司制定的企业产品标准。
标准号：
Q/HDZQX001-2002。
第二章需求分析
多媒体教室一直以来都是学校信息化建设的重点，通过合理的技术方式将文字、图形、图像、声音集合在一起，采用生动活泼的声像显示，不仅丰富了教学手段，扩充了教学资源，而且更提高了课堂教学效果。
充实、形象、生动的授课内容，声像并茂的教学形式，激发学生的学习兴趣，强调了“以学生为主”的教学新思路，极大的提高了教学质量。
多媒体教室近年来的发展十分迅猛，多媒体教室的建设和管理工作已成为教育技术中心当务之急的一项核心任务。
多媒体教室数量激增。
随着教育事业的发展，学校多媒体教室扩容与日俱增，一般从起步时的几个教室，近年已扩展到数十个乃至几百个，且分布面也日益扩大。
这就给教室的管理工作以巨大的压力，迫切需要从软、硬件与管理机制上进行大的改革。
多媒体教室的使用率高。
使用现代媒体进行教学与自学已越来越受到师生们的青睐，成为他们的迫切需求，甚至更有些专业和课程教学已离不开使用多媒体教室，因而教室的使用率空前提高，而学校的行政管理部门也十分需要依靠教育技术中心了解多媒体教室的使用情况，以便于日常的管理和调度，这又迫使教育技术中心要对多媒体教室采用群控和集控的模式方能应对严峻局面。
当前，很多学校的传统多媒体教室和基础校园网建设已相继完成。
随着多媒体、计算机、网络等高新技术的飞速发展，多媒体教室建设需求不断发展，出现许多新的特性，对新兴的网络化多媒体教室建设提出了新的要求。
从功能应用方面分析：
1）多媒体教室的网络化集中管理、控制和维护；
对于多媒体教室，学校要求可管理性不断提高，可管理的范围不断扩大，使多媒体教室纳入有序化管理；同时，对于多媒体教室的控制力度加强，维护更加简易化，从设备配置、基础信息、状态报告、统计分析、远程调试、远程协助、远程升级等多方面实现控制。
2）多媒体教室实现可视化管理，全面扩展安全防盗系统；
多媒体教室引入数字视频系统，实现可视化管理，提高管理效率；同时，系统要实现复用，配合电子锁、门磁、红外感应器、双鉴探测器等前端设备在特定时段实现安全防盗应用，这样，对于多媒体教室的核心设备——中控的全天候工作能力提出了更高的要求。
3）课堂录播系统的建设；
在多媒体教室环境下，通过合理的扩展，采用先进高效的VGA采编技术，将主播教室多媒体课件内容和多路教学现况实时采编，传输，广播，点播，编辑等功能，实现优质课堂全方位、立体化再现，有效开展精品课程建设。
4）系统整合，实现综合应用；
实现校园网、多媒体教室和数字化资源合理整合，实现基于多媒体教室环境下的教－学－管的综合应用。
实现数字视音频直播功能、数字监控功能、IP电话功能、VOD、AOD、COD等多媒体教学功能；
从系统性能方面分析：
1）多媒体教室的管理核心——中控设备的稳定性；
中控功能越来越强大，已经成为多媒体教室的管理核心，大部分的管理工作都依靠中控来实现，因此对中控工作的性能要求就很高，尤其是稳定性，需要从基础技术、工艺结构、设计开发、人机界面等多方面进行解决。
2）中控全天候工作的能力；
可视化管理成为多媒体教室建设的必然趋势，可视化的一个重要应用就是安全防盗，整个中控系统不仅要满足教学时段的应用，还要满足非教学时段的应用，这就要求整个管理的核心——中控要具备极佳的全天候不间断的工作能力。
3）中控管理的灵活性和定制性；
由于教学方式和管理方式的差异，不同学校在多媒体教室的建设标准、应用标准和管理标准都是不一样，这就要求基于中控为核心的多媒体教室建设要灵活，整体规划，模块化搭建，管理模式可定制，以最适合学校用户需求的标准自主创建多媒体教室的建设和管理应用。
4）设备操作的简便性；
操作的简便性是系统应用的基本特性，充分体现友好的人机交互和系统的人性化。
本方案基于以上分析将网络化多媒体教室建设细分为多媒体教室管理系统、视频监控系统、安防报警系统、课堂录播系统、可视IP电话通讯系统、PC机远程管理维护系统、资产管理系统等子系统建设。
在后面的章节将针对各子系统进行详细的介绍。
二.1功能建设需求分析
二.1.1多媒体教室管理系统
1）本地/远程信号切换、设备开关、幕布升降、音量调节等基本控制；
2）钢制讲台、投影机、计算机的本地/远程开启/关闭；
3）多层次树形结构，灵活分级、分类查看；
4）所有教室状态、设备状态的远程监看和管理；
5）课表自动导入，课表开关机；
6）多种形式的定时管理；
7）日志记录及统计分析管理；
8）用户及权限管理；
9）本地调试设置，B/S结构远程设置、维护、升级，远程WEB管理界面；
10）IC卡管理（接触式、感应式）；
11）IC卡刷卡，PC机软件客户端自动登陆；
12）控制自定义，实现基本控制、组合控制等的随意定制；
二.1.2数字视频监控系统
1）多画面集中监看，自动或手动巡视，远程云台镜头控制；
2）数字电视墙集中监看，灵活布局，集中管理；
3）手动或定时录像，集中管理，分布存储；
4）录像资料管理，加密、抓拍、截取、回放等；
5）多级体系的电子监考系统；
6）移动侦测，自动录像；
7）教学评估，微格评测系统；
8）教学示范，广播、现场直播。
二.1.3安防报警系统
1）红外灯、探测器、双鉴等触发报警；
2）电子锁远程开启/关闭；
3）门磁报警；
4）断线报警（投影机线、摄像机视频丢失报警等等）；
5）移动侦测报警；
6）本地和远程触发声光报警。
7）IC非法刷卡报警（非法用户、非允许时段等）
二.1.4课堂录播系统
1）多路音视频、VGA信号同步采集、编码、压缩、传输；
2）所见即所录，VGA信号采编自适应（分辨率、刷新率），不同的VGA信号源（PC机、笔记本、展台）任意切换也可轻松采编；
3）课堂直播，多路视频流同步直播，任意切换控制；
4）课堂录制，多流合一，生成一个或多个标准AVI文件，便于后期编辑；
5）资料编辑，添加标题、索引、背景资料，裁减，提供通用播放平台界面等；
6）离线课堂，资源可以生成网页或DVD格式，便于传播；
7）课堂录制资源自动导入资源管理平台。
二.1.5资产管理系统
1）PC机的配置硬件（包括显卡、CPU、内存、硬盘等）信息统计；
2）投影机灯泡计时信息统计；
3）其他设备配置及使用信息统计；
4）统计信息形成并输出资产报表（Excel格式）。
第三章多媒体教室建设方案综述
三.1方案设计思路
多媒体教室建设方案是一个多种应用、多种设备整合的一个应用方案，这其中的核心就是中控，中控的技术架构就决定了整个多媒体教室建设的模式、特点和应用。
学校多媒体教室已发展多年，目前，多媒体教室的建设已经从单纯的设备控制变成了基于网络环境的教－学－管的综合应用，这就对核心设备——中控的功能扩展和性能提出了更高的要求。
这些要求从功能方面分析有：
1）多媒体教室的网络化集中管理、控制和维护；
2）多媒体教室实现可视化管理，全面扩展安全防盗系统；
3）课堂录播系统的建设；
4）系统整合，实现综合应用；
从性能方面分析有：
1）多媒体教室的管理核心——中控设备的稳定性；
2）中控全天候工作的能力；
3）中控管理的灵活性和定制性；
4）设备操作的简便性；
为了满足这些需求，目前在中控领域主要有三种主流的技术架构：
单片机架构、PC机架构、嵌入式架构。
单片机架构在中控领域发展时间比较长，稳定性较好，但面临基于网络环境的教－学－管的综合应用比较大的问题就是扩展性；
PC机架构刚刚开始进入中控领域，比较好的解决了基于网络环境的教－学－管的综合应用，但PC架构的特性使中控的稳定性、全天候工作能力方面产生了严重问题。
采用嵌入式架构可以充分发挥以上两种技术架构的优点，屏蔽缺点，具体的思路有：
1）嵌入式平台低功耗、发热小、稳定性高；
2）嵌入式Linux操作系统高效稳定；
3）ARM9平台运算能力强，接口丰富，扩展性强；
4）开放式结构，实现用户管理控制自定义，体现定制性；
5）功能定义准确明晰，模块化搭建，体现灵活性；
6）人机界面友好，体现简便性；
7）配合强大完整的C/S、B/S后台软件，全面提升多媒体教室应用。
三.2系统拓扑结构
三.3系统功能结构图
三.4方案优势分析
三.4.1强大的多媒体信息交互能力
“信息交互式中控”采用嵌入式设计体系，采用目前国际主流的ARM9嵌入式技术体系，支持Linux、WindowsCE和其他许多嵌入式操作系统的存储器管理单元（MMU），使中控具有了一颗强健的“心脏”，具有强大的处理能力，同时，设备内嵌Linux嵌入式操作系统，具有一个稳定高效、兼容性强、可靠性高的“思想”。
这样，“信息交互式中控”一改传统基于工控单片机的中控的技术体系，使中控具有了强大的多媒体处理能力，成为多媒体教室各种信息交互的核心，这样，“信息交互式中控”不仅仅完成教室设备的集中控制，更成为多媒体教室基于校园网络的教－学－管的综合应用的基础平台。
三.4.2独立的本地运算体系
“信息交互式中控”具有一个ARM9的本地运算体系，成为整个中控的处理核心。
目前，在中控领域的技术体系主要有单片机体系、PC机体系和嵌入式体系，单片机体系没有独立的运算能力；PC机体系架构的中控结构上都是一个完整意义的PC主板外挂一组中控接口的简单集成的形式，依赖PC主板中控具有了运算能力，但这种运算体系并不是为中控量身定制的，PC的运算特性并不适合中控的工作需要，比如：
PC主板的CPU的运算特性、风扇散热方式、总线结构、接口类型等等，这些特性都极大的限制和影响了基于这种技术架构的中控的性能，使“运算能力”成为了中控的附属，成为了中控的负担。
目前，学校的教学应用决定了在多媒体教室中必须要配备高档的计算机，如果再选择基于PC体系的中控，那就意味着教室里将会有两台以上的计算机设备，在日常的应用中管理和维护工作量会成倍的增加。
这种简单集成带来的“伪”运算能力的代价是巨大的。
嵌入式运算体系具有良好的定制特性，从硬件体系和操作系统的设计都很好的体现了“信息交互式中控”的应用特性：
稳定性、可靠性、定制性、扩展性等等，与系统融为一体的本地运算体系为中控应用提供了强健的“心脏”和“思想”，真正支撑中控的完整应用，使中控真正成为一个具有独立的本地运算体系的核心设备。
三.4.3稳定性强，具备极佳的全天候工作能力
嵌入式设备具有极高的稳定性是业内公认的嵌入式的重要特性。
目前，在多媒体教室的建设中，可视化已经成为重要的需求，可视化的价值在于：
教学时段实现可视，辅助教学，强化管理；而在非教学时段，可以自动启动布防成为有效的安全防护系统。
单片机中控本身不具备音视频采编能力，依靠外部设备扩展可视化，在应用整合上存在问题；PC机中控具备了可视化能力，但PC架构的先天特性（稳定、发热、操作系统等）使其难以具备满足可视化应用的全天候工作能力。
嵌入式技术很好的解决了以上两种技术架构的先天不足，使“信息交互式中控”成为多媒体教室稳定可靠的核心。
三.4.4开放式结构，因需定制，体现强大的定制特性
不同类型的学校在多媒体教室建设上的要求和标准是不一样的，应用和管理的模式也是不一样的；就是同一学校不同类型的多媒体教室的应用和管理模式也是不一样的。
用户希望多媒体教室的管理能够更加符合自己学校的管理特点，能够更多的体现针对不同用户的量身定制，解决这个需求的主要方法就是开放式。
“信息交互式中控”基于嵌入式平台采用了开放式的结构，将系统管理底层、用户接口等进行了开放。
实现了基本控制自定义、组合控制自定义、端口自定义、状态报告自定义、报警自定义、模板化管理等定制功能。
基本控制自定义：
“信息交互式中控”内置了多达上百条的基本控制指令，比如：
简单的设备闭合、输入输出等。
这些基本指令是中控管理的基本元素，“基本控制自定义”就是系统将这些基本控制完全向用户开放，用户可以根据自己的管理需要对这些基础元素进行定义管理，体现自己的管理需要。
组合控制自定义：
在多媒体教室的应用中，使用最多的，效率最高的是组合控制命令，通过组合控制自定义用户在基本控制自定义的基础上根据自己的应用需要合理定义各种组合控制命令，提高使用效率。
比如一键上课，通过组合控制自定义用户可以确定PC机开否？
投影机开否？
默认输出？
默认输入？
默认音量等等，极大的提高了可管理性。
端口自定义：
“信息交互式中控”具有丰富的端口，开放式结构将大部分的端口都进行了开放，用户可以在管理系统下对这些端口进行一定程度的自主定义，包括类型、参数、外接设备等等。
状态报告自定义：
各种设备的状态报告属性自主定义，报什么，怎么报，时候报等等都可以灵活定义。
报警自定义：
多媒体教室的安防报警系统的前端设备很多，用户可以对报警进行自主定义，报警类型、报警方式、报警时间等等。
模板化管理：
用户在以上各种自定义的基础上可以生成多个管理模板，比如：
普通教室模板、录播教室模板、教学模板、双休模板、检修模板等，所有模板可以随时通过网络向各个教室的“信息交互式中控”发送，实现模板化管理。
开放式结构带来了应用的定制性、管理的定制性，最大程度上满足不同学校用户的管理需求。
三.4.5模块化设计，灵活搭建，扩展性强
以“信息交互式中控”为核心的多媒体教室方案从整体进行统一设计，根据应用需要合理的规划为若干功能模块：
多媒体教室管理系统、视频监控系统、安防报警系统、课堂录播系统、可视IP电话通讯系统、PC机远程管理维护系统、资产管理系统。
这些功能模块可以在多媒体教室建设过程中灵活选择，自由搭配，扩展性很强。
三.4.6共平台，多种类型统一建设，统一管理
多媒体教室方案根据应用区分为集控型、可视型和录播型三种类型，在实际建设中，每一种类型的多媒体教室都是一种多媒体教室建设应用的典型模式。
对于学校来说，在大规模的多媒体教室建设中，往往根据规划的不同需要建设不同类型的教室，我公司的多媒体教室方案就很好的适应了这种需求，用户根据自己的建设需要合理规划各种多媒体教室的具体数量，各种类型的教室可以统一建设，统一配置，统一管理。
我公司同时为多媒体教室方案提供了一个庞大的软件应用平台，实现了所有主流产品和主流应用方案的共平台：
新老产品共平台、Windows和Linux共平台、C/S和B/S结构平台、课堂教学和管理共平台、局域网和城域网应用共平台等等。
共平台的特性使用户在建设的时候可以同时建设多种应用而不必担心系统冲突或应用不全面；可以使用户的信息化建设可以一步到位也可分布实施而不必担心设备淘汰或无法兼容；可以使用户采用统一的策略实施管理，进行统一的调度和部署，从而更加方便了学校用户的系统建设。
三.4.7基于DSP的多处理器架构全面提升多媒体处理能力
采用核心处理器统一调度，多路DSP协处理的并行运算结构一直是我产品的重要特色。
DSP具有特殊的运算结构和指令体系，非常善于处理批量作业，这样，DSP对于多媒体的处理能力会比通用CPU的效率高很多。
由于DSP的这种特性，在多媒体、音视频、通信以及嵌入式等行业应用非常广。
DSP的产品体系也已经逐渐发展成熟，并不断提升运算性能。
采用国际知名的美国德州仪器（俗称TI）的各系列DSP处理器，是TI在国内重要的合作伙伴。
DSP的运算模式，特点是功耗小，发热少，全面提升了多媒体能力，在处理能力和稳定可靠两种特性之间找到了一个完美整合的临界点。
在“信息交互式中控”的结构体系里，ARM9作为一个中央处理体系，实现集中运算和统一调度，多路DSP则主要用来集中处理大批量的音视频采集编码、VGA信号采集编码等工作，这样高性能的并行结构使“信息交互式中控”在具备了强大的交互能力的同时，也具备了超强的多媒体处理能力，成为多媒体教室名副其实的“交互中心”、“处理中心”和“管理中心”。
三.4.8轻松扩展完整的录播系统应用
围绕精品课堂的录播系统应用是目前学校多媒体应用中的一个重要部分，我针对此应用开发了专业的VGA采编卡，“信息交互式中控”扩展专业VGA采编卡就可以轻松实现录播系统应用。
VGA采编卡是我技术实力的重要彰现，采用高性能的DSP处理器，配合高效率的采集和压缩芯片，实现对标准的VGA（或RGB）画面的实时采集，同时完成多路摄像机信号同步压缩，实现一个立体化、全方位的精品课堂的实录和直播。
这块卡具有如下特点：
Ø强大的独立运算能力：
基于高性能的DSP处理器，独立运算，不占用主机的运算资源（软件抓屏）。
Ø视频高度清晰：
对VGA信号采用高达32位的高速模数转换，保证采集画面达到高清标准，没有损失，接近原始信号。
（VGA转AV）
Ø采集编码同步完成：
对VGA信号进行实时采集、模数转换、压缩编码、传输。
（RGB采集卡）
Ø采样范围宽：
采样带宽可达到600MHz，显示视频、文字、图片、网页都可保证清晰、连续、稳定。
Ø分辨率自适应：
640*480~1280*1024
Ø刷新率自适应：
60~85Hz
三.5关键技术介绍
三.5.1ARM技术
ARM（AdvancedRISCMachines），既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。
1991年ARM公司成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权。
ARM公司是专门从事基于RISC技术芯片设计开发的公司，作为知识产权供应商，本身不直接从事芯片生产，靠转让设计许可由合作公司生产各具特色的芯片，世界各大半导体从ARM公司购买其设计的ARM微处理器核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的ARM微处理器芯片进入市场。
因此既使得ARM技术获得更多的第三方工具、制造、软件的支持，更具有竞争力。
ARM微处理器特点：
ARM9系列微处理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能,采用RISC架构的ARM微处理器一般具有如下特点：
1、体积小、低功耗、低成本、高性能；
2、支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好的兼容8位/16位器件；
3、大量使用寄存器，指令执行速度更快；
4、大多数数据操作都在寄存器中完成；
5、寻址方式灵活简单，执行效率高；
6、指令长度固定；
三.5.2DSP
数字信号处理是一种将现实世界中真实的模拟信号（Analogsignals）转换为计算机能够处理的数字信息（Digitalsignals）的过程。
这些信号通过一个模拟向数字的转换过程（称之为AD），变成数字信号送给处理器，进行数字计算，处理结束后，再把结果通过数字向模拟的转换过程重新变成连续信号（称之为DA）。
用一般的通用微处理器可以完成这些工作，但是面临的问题是满足如此高的计算速度，就很难保证耗电量很低，更难保证价格足够便宜。
因此，另一种微处理器应运而生：
数字信号处理器，简称DSP（DigitalSignalProcessor）。
DSP是微处理器的一种,这种微处理器具有极高的处理速度.因为应用这类处理器的场合要求具有很高的实时性（RealTime），比如通过移动电话进行通话。
在当今的数字化时代背景下，DSP已成为通信、计算机、消费类电子产品等领域的基础器件，被誉为信息社会革命的旗手。
以下是DSP优于其他微处理器的几点优势：
Ø单周期内进行多条乘/加运算
Ø实时的运算能力、仿真能力、模拟能力
Ø灵活性高
Ø可靠性高
Ø提高系统性能
Ø降低系统成本
三.5.3VGA采/编
随着数字信息的不断发展，很多行业对VGA信号的采集需求不断提升,面对市场的迫切需求，VGA信号实时采集压缩卡它可以把输入的VGA模拟信号实时采集压缩，不用再增加额外的设备，既能保证信号的连续实时，又能保
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