录播教室技术解决方案.docx

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录播教室技术解决方案

一、录播系统技术方案

1.系统背景

◆设计背景

根据目前教育精品课堂录播教室建设的需求，为解决教育优质教学资源整合，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，从而减轻教师课程建设强度，加强互动交流，倡导自主学习，培养创新型人才。

录播系统利用计算机技术、网络技术、音视频压缩技术、多媒体技术，遵循TCP/IP标准，构成具有广泛应用、支持网络的广播、直播、存贮、后期编辑等多种专业构建音视频多功能系统

方案设计

一、设计原则

1）标准化、规范性

采用标准网络通信协议，选择符合工业标准的网络设备、通信介质。

工程实施遵照国家相关实施标准进行。

录播输出的音频图像格式符合网络视频标准，录播系统设备操作使用规范；

2）先进性、成熟性和实用性

系统设计既要采用先进技术和系统工程方法，又要注意技术的可行性和实用性,使系统在其整个生命周期内保持一定的先进性。

实用性放在首位，先进性与成熟性并重，并符合未来的发展方向。

项目中所用的设备及软件平台，应该选择与网络技术发展潮流相吻合的、先进的、有技术保证的产品。

3）开放性与标准化原则

应用平台应是一个开放的且符合业界主流技术标准的系统平台，对网络的硬件环境，通信环境，软件环境，操作平台之间的依赖小。

4）可靠性、稳定性和容错性

在考虑技术先进性和开放性的同时，还应从系统结构，技术措施，系统管理等方面着手，确保系统运行的可靠性和稳定性，达到最大的平均无故障时间。

5）可扩展性及易升级性

为适应应用不断拓展的需要，系统软硬件须有良好的平滑可扩充性。

数据交换平台具备与国内、外的相关应用系统或信息平台相互兼容和交流的条件和能力。

6）安全性和保密性

既要充分考虑信息资源的共享，更要注意信息资源的保护和隔离，应分别针对不同的应用和不同的网络通信环境，采取不同的措施，包括用户安全性、数据安全性、运行安全性等。

要求对数据库提供灵活的备份和恢复机制，确保系统发生故障时，及时恢复，不会受到影响。

7）可管理性和可维护性

为了便于系统的日常运行维护和管理，要求所选产品具有良好的可管理性和可维护性。

另外可管理性和可维护性还包括对平台的自身。

8）实用性：

一切以用户的应用需求为出发点，科学地、合理地、实事求是地组建一个实用系统。

9）性价比：

在满足系统性能、功能以及考虑到在可预见期间内仍不失其先进性的前提下，尽量使得整个系统所需投资合理。

二、执行标准

JGJ46－81《工业企业通信设计规范》

GB50198－94《彩色电视图象质量主观评价方法》

GYJ25－86《厅堂扩声系统特性指标》

GB4959－95《厅堂扩声特性测量方法》

GB/T4197－93《声系统设备互连用连接器的应用》

GB/T4197－94《声系统设备互连用联机器的优选配置》

GB/15644－95《视听系统设备互连用连接器的应用》

GB/15859－1995《视听、视频和电视系统中设备互连优选配接值》

GB12060－89《声系统设备一般术语解释和计算方法》

JGJ/T16－92《民用建筑电气设计规范》

GB50222－95《建筑内部装修设计防火规范》

ITU-T基于链路交换网连接

ITU-T基于TCP/IP的分组交换网（以太网、局域网）

ITU-T音频和视频的兼容性

ITU-T、、音频信号传输标准

ITU-T、视频编码推荐的标准

2.系统概述

录播教室由多个子系统组成，包括常规多媒体教室子系统（如讲台、中控、展台、笔记本、投影机（或互动平板一体机）等）；外部环境（灯光系统、吸音处理）子系统；录播子系统等；

其中录播系统通常由教室场景图像采集、声音采集、VGA课件采集、图像自动跟踪、图像控制切换、信号数字化处理、记录、直播、扩声等单元组成一套完整的录播系统。

其过程是通过图像、声音、电脑VGA信号的采集，把捕捉到的信号进行数字化处理，然后进行记录、网络实时直播、B/S架构点播和现场扩声。

见图：

3.高清录播教室建设

根据精品课堂录播教室设计的设备分布配置图见图：

录播教室设备安装分布图

在教室的正立面安装有：

学生特写摄像机1；学生全景摄像机2；扩声音箱3；投影机电子白板（或互动平板一体机）4。

教室的后立面有：

教师特写摄像机5教师/全景摄像机6。

教室两侧是学生定位摄像机7板书定位摄像机8在教室的中间是教师定位摄像机9另外在教室天花上均匀地分布安装有多支学生拾音话筒10。

所有的外部设备通过线缆11连到到讲台12位置，与中心控制室的机柜设备相连接。

设备部署图

4.系统组成

整个系统由七个部分构成：

●录播子系统：

对输入的教师、板书、学生以及VGA课件画面进行采集、编码、切换、播出、存储等。

●视频采集子系统：

全高清采集教师、学生摄像机画面以及授课电脑VGA课件画面，支持多路1080p全高清视频信号接入

●音频采集子系统：

捕获老师、学生的音频信号

●图像跟踪子系统：

捕获、跟踪拍摄老师、板书、学生的特写，以及老师、学生上课的全景视频信号

●课件综合编辑子系统：

资源模式课件同步剪辑、电影模式课件后期非线性编辑、三分屏课件合成

●中控室：

通过集控管理平台综合监控、管理各教室的多个摄像机镜头画面；集控端控制各教室在服务器端的课件录制、存储以及点播、直播

●多媒体子系统：

为教室教学提供多媒体手段的相关设备，比如教学扩声、多媒体讲台、投影、电子白板（或平板一体机）、中控、数字展台等。

●声学灯光工程：

拍摄、录影需要良好的灯光照明以及声学环境，此部分为配套的装修工程，包括墙体吸音包裹、天花吸音吊顶、地板防静电防滑处理、门隔音处理、窗户遮光处理等。

◆德威EZ-EX5录播主机

德威录播子系统主要由录播主机、录播相关软件构成，用以完成教室里教师音视频、学生音视频以及电脑VGA的同步录制、存储；

录播主机

录播主机采用高度集成式整体嵌入架构，多路高清视频同时处理性能稳定，超薄设计，最多可同时支持4路HD-SDI视频输入，4路网络高清视频输入，1路VGA采集；1路音频输入，支持视频输出，1路音频输出。

录播软件支持同时录制单流电影模式与多流多画面资源模式。

可满足以下场景应用：

●精品课程录制：

采用电影模式，MP4（H264/AAC）

●网络点直播应用：

多分屏样式，FLV（H264/MP3）、WMV（WMV/WMA）

支持全平台（PC、平板、手机），全浏览器（IE、google、火狐）兼容

系统内置智能导播切换系统，系统能自动根据策略设置智能切换。

支持多分屏与电影模式课件同时直播，以满足广域网用户和局域网用户同步观摩、收看。

◆视频采集子系统

高清会议摄像机EZ-HD

德威视频采集子系统采用独立录播编码芯片，以及Inter图像处理技术，最大程度的优化录制性能，确保录制过程的流畅稳定，四机位特别的引入教师中景摄像机及学生全景摄像机：

●教师、板书跟踪拍摄机位：

跟拍老师特写，老师板书时可自动对板书特写

●学生跟踪拍摄机位：

对学生起立特写，多位学生的中景全景拍摄

●教师中景机位：

采集讲台中景的固定画面

摄像单元的特点：

采用1080P自有品牌高清会议摄像机、HD-SDI接口以方便施工，画面真正全高清，支持1080p。

具有背光补偿功能，在强光背景环境中可以看清整个画面。

教室里由于投影设备的存在，其拍摄条件相对特殊，老师绝大部分时间都处在强光源的包裹之中，其余的时间则经常穿梭在强弱光之间，一个具有快速背光补偿能力的摄像机会大大提升画面品质。

◆音频采集子系统

音频采集有两个基本要求：

●音质清晰洪亮，不失真

●使用方便，尽量不佩戴任何东西实现常态化教学

北京德威公司多年的教育行业录播系统建设实践经验，为了达到最佳音频采集效果系统使用如下音频系统解决方案：

音频采集部署示意图

优势：

指向性吊麦具备声控自动开闭功能，根据音源的位置和声音的大小自动打开相应的1只或2只话筒，可有效的减少环境噪音的拾入，提高录音的清晰度，保证教室内均匀拾音，同时采用无痕、无噪切换开关，避免了内部噪音的产生。

1）采用自动压限技术，保证在不同距离内讲话，拾音的音量大小一致，同时也解决了现场声音过大时录制音频失真，和录制信号过大的问题。

2）使用强指向性话筒，采用语音滤波电路，可以降低人声外的频率成分，提高信噪比，保证声音清晰干净。

采用先进的降噪技术，可有效的降低环境噪声的录入，可降低环境噪音10-15DB

指向性吊麦

北京德威采用的是下垂式轻质吊麦，通过卡扣机构，直接固定在天花上，施工简单对房间装修破坏性小，整体性效果更好。

数字音频处理器

具备声控自动开闭功能、自动压限、降噪功能，根据音源的位置和声音的大小自动打开相应的1只或2只话筒，可有效的减少环境噪音的拾入，提高录音的清晰度，保证教室内均匀拾音

◆多维图像分析跟踪系统

图像分析跟踪主机

德威图像跟踪分析系统采用多维图像分析及模式识别技术、阈值分割与边缘检测跟踪算法，确保跟踪画面流畅稳定，跟踪目标定位精准，画面切换实时正确。

系统主要由三个部分构成：

●云台控制：

控制摄像机进行变焦及方向转动

●分析镜头：

采集学生区域、教师区域、板书区域图像信息反馈到多维图像分析跟踪主机进行分析处理

●图像分析系统：

分析教师、学生的行为，然后驱动摄像机云台产生跟踪动作，并反馈指令给录播子系统，使其根据跟踪策略进行画面智能切换。

多维图像分析跟踪系统特点：

录制的结果画面稳定、采用硬切换的方式，无镜头推拉摇移的过程画面避免了因被跟踪对象背景频繁变化所引起的观看者长时间观看造成的视觉疲劳。

系统独特的引入了中景镜头，通过中景镜头的导播切换：

教师移动时，系统自动切换到中景镜头，教师到位停止后自动切换回特写镜头；有效避免教师移动过程中的镜头推拉摇移等过程画面

◆课件综合编辑系统

德威录播系统提供了功能强大的课件综合编辑系统，既可满足已有视频、PPT资源的三分屏课件合成、也可以满足录制后课件的后期剪切及非线性编辑

综合编辑子系统主要由以下三部分组成

1、资源模式课件的同步剪辑

资源模式课件进行同步切除、片段导出、多课件合并，对课件重新编码压缩，导出为SCORM标准课件

2、电影模式课件的非线性编辑

以资源课件作为素材对电影课件进行修正和进一步非线性编辑加工，输出完美精品课程：

支持资源素材到电影课件的垃圾镜头替换；支持实时字幕、透明台标、片头片尾的添加，片头片尾支持图片、视频等格式；支持后期配音；支持软切换，确保多轨音视频精确同步，切换支持多种特效转场

3、三分屏课件合成

可将电影课件与讲稿合成为SCORM标准的三分屏课件，方便直接进行网络发布。

◆一键式控制系统

控制面板

多媒体教室标准设备系统，采用一键式控制，统一开关整套系统，在老师上课的时候只需要在面板上操作录制，暂停，停止按键，即可对录播系统进行控制，方便简化了录播系统的操作，对任课教师来说，操作更为方便。

5.录播系统功能介绍

北京德威全自动跟踪录播系统有七大典型功能，分别是：

定位跟踪、高清采集、智能导播、智能混音、录制存储、直播发布、课件综合编辑。

◆定位跟踪

跟踪分析技术及算法

德威定位跟踪系统采用专有的多维图像分析及模式识别技术和阈值分割与边缘检测跟踪算法，绝对保证主体精确分析、图像精准切换、画面优质稳定。

多维图像分析及模式识别技术：

依据教师、学生、板书不同拍摄目标采用专有主体分析摄像机，将整个教室空间进行多维度的区域划分，可准确探测到区域内主体运动变化，通过多种模式综合判定摄像机画面的精确切换；

多维度区域划分

阈值分割与边缘检测跟踪算法：

依据各教室的不同场景（宽高不同）可灵活设定各区域的阈值范围；依据各主体的实际情况（各年级身高不同）可灵活设定拍摄主体阈值范围；依据各画面的不同活动方式（教师移动幅度大小）可灵活设定活动区间阈值范围；通过边缘检测跟踪算法可准确识别各区域之间互动场景转换，实现上课师生之间互动的精确判断

◆独特的四机位策略

教师、老师场景采用特写、中景交替切换采取硬切换镜头的方式、彻底杜绝推拉摇移等垃圾镜头的出现。

四机位部署及跟踪策略：

1）采用教师跟踪+中景机位、学生跟踪+学生特写机位机位

2）板书时，自动对板书进行放大

3）教师移动过程准确切换到教师中景，教师停止回到特写画面

4）教师在讲台小幅移动（幅度可设定）不跟踪；教师移动幅度较大，切换到教师中景

5）学生与教师同台时，自动调整为教师中景

6）学生起立自动特写，坐下自动切回教师特写

7）多学生起立参与互动，自动调整为全景

◆1080P全高清视频画面采集

德威录播系统采用inter的GPU图像加速处理、IntelIPP并行算法，最多可同时支持8路1080P信号的输入

德威视频采集特别的算法处理和编码压缩技术可确保多路高清视频同时录制时系统稳定，画面清晰流畅

视频采集源不仅可以接入高清摄像机，还支持网络视频源、VGA网络信号甚至来自专业导播系统的输出。

◆录制存储

1.自动实时记录教师、学生以及计算机屏幕讲稿等所有视、音频信号，支持三分屏、画中画、电影模式等十多种课件模版。

录制三分屏、四分屏模式时能够抽提课件PPT、DOC中的标题自动生成课件索引。

2.录制出的视频文件为标准格式：

WMV、FLV、MP4。

视频文件支持传统标准的视频播放器进行播放，并支持第三方传统的视频编辑软件进行编辑。

3.视频采集部分：

支持标清、高清1080p录制，支持多码流录制。

可通过网络采集远程视频，并支持来自导播系统的视频流。

4.音视频采集模版根据实际使用情况预设有：

宽带直播，标清录像配置，720p高清录像配置，1080p全高清录像配置等四种模版，并可以根据实际应用情况对录制视频、音频的详细参数进行自定义设置。

5.录制过程中，能实时监看视频画面、音频，并可对教师端远程协助。

6.通过静音检测，对声音故障给出提示。

在录制开始和过程中，出现声音采集不到时，会做出提示。

7.系统录制课件时可自动生成片头、片尾、LOGO、图标、水印。

支持透明图片做校标。

8.系统支持导出为SCORM标准课件、单个EXE课件文件。

◆智能导播

导播主界面

◆导播主要功能

音视频预览

最多支持6通道画面，画面可来自采集卡、视频文件、图片、VGA信号以及网络视频流（vga网络流、IP摄像头、编码器等），若是视频文件，可控制播放进程。

VGA信号通道可进行远程桌面控制。

视频支持云台控制。

画面切换

使用功能键F1-F6或鼠标对画面进行切换输出，切换时支持特效（擦除、滑行、溶解、伸缩、画中画）转场。

提供根据vga变化的智能导播，也支持跟踪摄像机的自动跟踪、画面特写等情况的自动切换。

实时字幕

可以实时的插入和编辑字幕，设置字幕滚动播出。

同时具有台标时钟发生器的功能。

支持系统时间和台标显示，台标支持透明PNG。

字幕支持批量导入、实时提交播出。

数字混音

提供数字调音台，可对直播主通道控制，也可以对各通道音频单独控制，实现混音效果，可以实时监听。

可以根据需要手动设置切换到图片自动静音，或是直接手动静音。

以利于直播过程中对突发情况的控制。

视频编码

视频画面支持多种编码方式：

WMV7/H264，输出文件格式支持WMV/FLV/MP4

直播录像

编码后的视频可进行同步直播到校园网内或者经过转发系统同步在internet网上进行直播，发布码流可根据网络情况进行调节。

直播的同时可进行录像。

◆自动导播策略

1.结合定位跟踪系统的功能配合，在智能导播规则中，可以设置自动切换，使得教师、学生、板书、全景的画面，根据实际教学过程，自动切换到主视频，形成一路流程连贯的课堂场景视频。

2.根据导播的策略，分为三种导播策略方式：

（1）全自动导播

（2）手动选择预监摄像机画面人工导播。

（3）人工手动导播和自动导播同时进行，为了得到更好的导播画面，即可选择例如：

老师摄像机端进行自动导播，学生端画面进行人工手动导播，反过来亦然。

3.当选择启动自动导播功能后，教学过程中的主视频保留上一条的切换功能。

同时教师触动计算机进行屏幕课件内容讲解时，主视频画面自动切换为电脑屏幕画面。

从而形成涵盖教师、学生、板书、全景、计算机屏幕内容的电影模式课程。

作为精品课程使用。

4.通过智能自动导播切换后，同一个录制过程，可以同时保存多路摄像机录制的画面和经过导播后出现的即时可应用的电影模式文件两种模式文件，每一路视频画面的单独录制可以方便后期画面进行编辑。

。

5.切换过程智能化，支持擦除、滑行、伸缩、溶解、画中画等多种特效，可以根据现场情况，手动干预。

同时可以即时添加字母、台标、水印等特效。

◆智能混音

系统基于不同的实际应用场景提供了两种混音模式：

简单的本地、远程混音；复杂的多路混音；

1、多路混音：

支持六路音频同时混音，各通道可独立设置音量，同时系统提供了主次、均衡、主混音三种混音策略，满足不同场合的需求

2、本地、远程混音：

支持同时采集本地音频和来自网络的远程音频，并且内部智能混音，比如输入到教师网络摄像机里的拾音器声音与输入到学生网络摄像机里的拾音器声音、电脑音频的混音输出。

◆直播发布

通过直播发布功能可实现教师授课校园局域网在线观看，也可以实现远程教学观摩，既满足跨地区远程教师培训，远程讨论评估，网络视频会议，远程教学辅导，也可以满足精品课程网络直播，远程述职答辩等应用场景

通过录制+直播模式，可以存储当前直播内容。

适用于教师过程直播。

单一的直播选项适用于会议直播。

不对会议过程进行保存。

录制时能同时进行多分屏模式和微软流媒体服务器、Flash服务器的电影模式直播。

通过建立直播频道，可以对单个教室授课实况进行直播，也可以同时进行多个教室授课实况直播。

直播内容包括老师视频、学生视频和计算机讲稿/展台内容等信号源，可以是多分屏模式直播也可以是单视频模式直播。

在查看直播时，多分屏模式时可以任意切换视频和屏幕窗口，每一部分都能够全屏播放。

直播路径及限制：

可以在局域网、广域网中直播。

客户端通过web方式通过IE浏览器（IE内核的浏览器）收看直播。

B/S结构，客户端无需安装任何软硬件。

支持局域网单播、组播。

不限制客户端数量。

基于网络负载实景情况，可以对客户端收看数量做人工控制。

系统直播低延迟：

录制课程的音视频、课件信号在网络传输要，延迟小于1秒且各直播收看端画面保持完全同步。

直播监控:

对所有直播中的频道进行实时监看，可以对实况直播进行停止、暂停、继续直播等控制。

可以单独控制声音的播出。

本方案直播系统支持P2P传输。

◆课件综合编辑

课件同步剪辑系统

1.同步剪辑：

对录制好的视频进行编辑时，可对课件的多流画面及索引进行同步片段切除、片段导出，剪切可精准到帧，切口处视频清晰流畅，剪切后的视频画面流畅、花屏。

2.索引编辑：

针对多流画面可修改和编辑索引目录，可以增加、删除、修改索引，并支持生成缩略图

3.视频部分可以使用图片替代：

对录制完成的课件视频部分，可替换成图片，无视频录制后，可在视频区设置图片显示

4.合并自如：

支持同时合并多个不同尺寸的课件

5.音频处理：

支持对录制的视频进行噪音去除

6.重新编码：

文件太大时，支持编码参数调整后重新编码

7.模板替换：

课件可在多种模板之间随意替换

8.视频修整：

可以对录制好的文件中，PPT课件部分在录制前就有的错误文字进行修正，即修改PPT文字错误。

9.课件输出：

支持导出为SCORM标准课件、单个EXE课件文件

电影模式课件的非线性编辑

以资源课件作为素材对电影课件进行修正和进一步非线性编辑加工，输出完美精品课程。

1）多画面资源素材的同步浏览

2）支持资源素材到电影课件的垃圾镜头替换

3）支持实时字幕、透明台标、片头片尾的添加，片头片尾支持图片、视频等格式

4）支持后期配音

5）支持软切换，确保多轨音视频精确同步，切换支持多种特效转场

6）节目输出支持格式自动转换为WMV/FLV/MP4

三分屏课件合成

将电影课件与讲稿合成为SCORM标准的三分屏课件

1）合成的课件索引部分以及文字内容部分能根据播放进度高亮指示，非常直观

2）内容部分可编辑，比如增加js效果，功能扩展等

3）播放控制：

视频播放支持语速调节；进度条拖动控制；双击讲稿内文字块快速跳转

4）可打包为EXE、SCORM课件包

◆教育云资源管理平台

德威云资源服务平台依区域级、校级而划分。

二者基于云技术设计，依托云服务而实现服务。

校级提供全功能服务，区域平台主要汇聚校级优秀资源并提供给区域内师生使用。

区域学校分而治之

校、局级平台之间的关系

云资源平台基本功能

网络教学共建共享

1）对资源按学段、年级、学科、类型以资源树的结构进行分类管理，并且资源树能根据国家教育资源公共平台的教材种类定时更新内容；

2）资源支持讲稿、视频、图片等多种常用格式；

3）提供资源的最新、最热、下载排行

在线虚拟切片，轻松制作微课

可对视频进行在线虚拟切片。

对所需视频的内容进行删选，对其端点进行开始、停止的点击截取，即可生成微课视频。

◆课程点直播，支持多终端应用

今日直播

a）教师可以基于课表进行约课，并录入基本课程信息；

b）教师可以通过个人空间约课自动触发公开课、示范课的播出；

c）直播基于组播、P2P模式，可大大提升并发访问；

d）播出支持微软http、Adobe的rtmp等标准流媒体协议；

e）收看约课的专家、老师可以实时进行文字点评；

f）公开课结束后，可以一键切换到评课界面进行及时评价。

精品课点播

精品课来自公开课、示范课、优质课。

a）支持在线上传，实现基于教材大纲的知识点数的分类管理，知识点树能根据国家教育资源公共平台的教材种类定时更新内容；

b）支持多码流课件的播放，能根据网络带宽自适应智能选择响应码流的视频进行在线播放；

c）能点播精品课程，并提供下载；

d）提供用户打分评价、文字评价留言。

e）提供精品课最新、最热、下载排行

微课点播

a）微课程实现基于教材大纲的知识点数的分类管理，知识点树能根据国家教育资源公共平台的教材种类定时更新内容；

b）支持单视频文件、符合SCORM标准的三分屏课件上传；

c）三分屏课件播放时，支持文字索引的实时同步快速跳转；

d）支持微课程的下载、打分、文字评价；

e）提供微课最新、最热、下载排行

名师专辑，汇聚优师优课

可在后台直接添加名师，名师添加成功后可自动将其已上传的课件与名师信息相关联，免于课件的后期整理与归类。

监控巡考录制三位一体

录播教室管理

教室管理：

对已具备直播或者远程听课的教室集中管理，合理分配，清晰可靠，教室使用情况实时查看。

远程导播

可通过web对任意一间录播教室进行远程导播服务。

互动教室管理

管理员可通过平台创建互动课程，可设置课程名称、主讲名称、课程模式、编码参数以及开始时间等相关参数，以及参加本课程的所有教室并指定主讲教室。

授课教师仅需关注授课本身，通过教学客户端登陆进入课程即可完成授课，无需关心课程的具体参数与配置方法。

前台可显示课堂状态：

已发起的课堂（尚未开始），进行中的课堂和已结束的课堂。

互动教室方登录平台后可根据预先设定的账号密码加入到已创建好的在线互动课堂，准备好远程互动。

常态化录播管理

领导可通过教室轮巡功能整体查看各个教室在线授课的情况，对各教室情况一目了然，极大减轻了巡课的工作负担。

异地互动，构建同步大课堂

全自动互动录播系统要满足基本的录制、跟踪、互动、导播、编辑功能。

同时能够扩展出直播、点直播管理应用。

从而完善资源的建设管理以及高效率应