库尔勒二中分布式录播教室全自动高清方案说明文本学位论文.docx
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库尔勒二中分布式录播教室全自动高清方案说明文本学位论文
多 媒 体 信 息 的 传 输、记 录 与 分 享
锐取课程录播
解决方案
前言
随着教育信息化也得到了迅速发展。
大中专院校及中小学的校园网、多媒体教室等硬件设备初步完善，目前教育信息化已逐步从硬件基础设施建设转向以应用和资源建设为主的阶段。
重视资源建设成为一种教育行业的共识，但是目前，教学资源的建设状况都不容乐观。
资源静态，内容陈旧；产品雷同，有效资源缺乏；产品与产品不能共享，资源建设的信息孤岛现象越来越严重。
锐取基于多年来的教育行业产品研发经验，以及对国内外教育行业的需求调研和产品实践经验，认为导致目前现状的主要原因在于：
1）缺乏低成本、高效率、适合融入常态化教学的资源建设手段；
2）资源建设以评比、达标、精品为导向，而不是教育资源的真正使用者—学生；
3）外购或通用教学资源难于符合本区域的实际需要；
4）各个厂家录播技术实现方式各不相同，录制文件没有统一标准，管理平台之间可兼容性差。
锐取，作为业内领先的可视化信息记录与传播的产品和解决方案的提供商，认为有生命力的教学资源生成和管理模式必定根植于日常的教学活动中，必定能够让分布于各个学校、院系或区域内教育资源在日常的教学活动中得到源源不断地积累和更新，并通过共享机制，解决教育资源分散和集中管理的难题。
基于此理解，锐取聚焦“知识的记录与传播”，以“学生为教学资源建设的导向”，为教育机构提供低成本、高效率、适合融入常态化教学的资源建设手段，有效解决了多媒体教学资源生成、传播和管理的难题，必将有力推动教育机构的教学资源建设。
第一章方案概述
一.1方案背景
经过前期交流了解到的库尔勒二中有课程资源记录与传播需求，结合我公司产品性能和特点，以及在国际高校、国内高校实施案例，我公司组织一线海外和国内售前工程师，从事教学应用软硬件研发人员、教育产品经理，项目经理成立项目组，就该项目的方案设计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，在总体实现功能齐全的前提下，提出针对该项目的解决方案。
项目整体设计规划如下：
利用嵌入式软硬件技术、音视频压缩技术、图像跟踪技术、跨浏览器平台技术、全场景拾音技术，基于现有环境和实际情况，构成具有课堂教学录播直播应用，支持跨平台和操作系统网络点播、广播、直播、存储、后期编辑等多种利用，真正实现在网络环境下对优秀课堂的真实、全面、立体化的再现的课程录播系统。
一.2设计描述
一.2.1设计原则
库尔勒二中的整体方案设计将遵循以下基本原则：
1）标准化原则：
符合国际相关标准和技术规范，系统录制的文件支持SCORM1.2标准，可以与E-learing平台无缝融合。
2）灵活性原则：
模块组合和结构化设计，录播系统配置灵活，即满足学校现有录播需求，也可以满足学校逐步到位大规模录播需求。
3）简便性原则：
控制界面简单明快、操作方便、快捷。
无需专业人员就能够很方便的操作和控制录播设备，后期文件编辑等
4）稳定性原则：
录播整体系统基于嵌入式架构设计，功率低，发热量小，稳定可靠。
防病毒能力强，不受当前病毒侵扰，具备长期无故障工作的能力，
5）经济性原则：
在充分保障系统稳定性的前提下，此次设计方案依据经济实用性原则，尽可能做到系统的总投资少,系统的管理和维护费用少,系统在未来进行更改、搬迁、改造、升级时所需的花费少，保证总体设计达到功能和经济的优化设计。
一.2.2设计标准
1）网络设计和网络设备符合以下标准：
ØIEEE802.310Base-T网络标准；
ØIEEE802.3100Base-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
ØGB/T50311-2000建筑与建筑群综合布线工程设计规范
ØGB50303-2002《电气施工规范》
ØGB50254-50259-96《电气装置安装工程施工及验收设计规范》
ØGYJ125-86《厅堂扩声系统声学特性指标标准》
ØGB6510-86《30MHz-1GHz音频和视频信号电缆分配系统》
ØGY106-92《民用建筑电缆电视系统工程技术规范》
Ø《民用建筑电气设计标准》
ØGB/T50311-2000《建筑与建筑群综合布线工程设计规范》
4）产品标准
Ø质量体系认证ISO9001:
2008
Ø中国国家强制产品3C认证
Ø欧盟ROSH认证
Ø欧盟CE认证
Ø美国FCC认证
5）灯光照明标准
ØGB50034-2004《建筑照明设计规范》
6）施工安全标准
ØJGJ147—2004《建筑拆除工程安全技术规范》
ØGB3787-1993）《手持式电动工具的管理、使用、检查和维修安全技术规程》
ØGB50348-2004安全防范工程技术规范
ØGB2894-1996安全标志
第二章需求分析和技术介绍
二.1需求分析
1、设备操作简单，使用方便
要求设备操作上简单易用，上课教师能很方便的使用精品课程录播教室进行课程的录制。
2、录播系统性能稳定
录播主机能长时间无故障的运行，满足学院全天候长时间课程录制。
3、教师学生自动跟踪
要求对上课教师和学生进行自动跟踪，跟踪应采用一镜实现360度全域精准目标跟踪、定位，无需目标佩戴任何辅助装置，无需安装任何红外、超声波、射频发射器等辅助定位装置，完全实现常态化教学。
4、摄像机采用两路高清设备
对画面质量较高，真实记录教学现场实景，尤其是教学过程过程中师生之间交互的细节信息。
5、声音采集清晰
学生无需传递话筒，实现对整个教室学生声音的采集，录制完成后视频的声音效果好真实完整的再现教学实况。
5、其他要求
要求配置遮光窗帘，吸音窗帘，吸音吊顶等装修要求。
二.2技术介绍
二.2.1Beyondsys平台
1）BeyondSys™多媒体录播平台是锐取自主研发，采用B/S架构设计，主要应用于教育行业录播。
该平台结合了微软Silverlight®平台技术，可以跨平台、跨浏览器访问，支持目前所有流行的浏览器，包括MicrosoftInternetExplorer、MozillaFirefox、AppleSafari和Opera，同样可以通过MicrosoftWindows和AppleMacOSX平台访问。
图：
跨平台、跨浏览器访问
2）BeyondSys™多媒体录播平台采用交互式视频播放画面，画质更清晰、图像更真实，让可视化信息的记录与传播更具艺术性。
BeyondSys™平台播放画面模式有多种选择：
图：
多种画面播放模式
3）BeyondSys™多媒体录播平台采用网络缓冲机制，多媒体录播信号的直播和点播效果不再受网络带宽的影响，播放更流畅，更适合广域网直播、点播。
图：
网络缓冲机制
4）BeyondSys™多媒体录播平台支持VGA信号自动图片索引。
图：
自动图片索引
5）BeyondSys™多媒体录播平台支持在线编辑功能，用户无需将录制好的课件下载到本地进行编辑，直接通过IE浏览器就可在线编辑课件，课件编辑均采用可视化操作，编辑完后保存即可预览、发布。
超强在线编辑功能，让录播数据发布更轻松。
6）BeyondSys™多媒体录播平台采用更为强大的权限管理机制，用户权限通过用户组的方式实现，权限分配更加灵活。
7）BeyondSys™多媒体录播平台支持SCORM1.2标准，可支持更多第三方E-learning平台。
二.2.2Sliverlight
微软Silverlight是一个跨浏览器、跨客户平台的技术，能够设计、开发和发布有多媒体体验与富交互（RIA,RichInterfaceApplication）的网络交互程序。
因为Silverlight提供了一个强大的平台，能够开发出具有专业图形、音频和视频的Web应用程序，增强了用户体验。
特点
1）一种跨浏览器、跨平台的技术。
可以在所有流行的浏览器中运行，包括MicrosoftInternetExplorer、MozillaFirefox,AppleSafari,和Opera，同样可以运行于MicrosoftWindows和AppleMacOSX。
2）无论在哪运行，都能提供一致的用户体验。
3）只需要下载很小的文件来安装以支持，只需几秒。
4）它的视频和音频流，视频质量无论从移动设备还是桌面浏览器都是720pHDTVvideo模式。
5）用户可在浏览器中直接对其进行控制，可以拖动、翻转、放大的图片。
6）它读取数据并且更新外观，但不会通过刷新整体页面来打断用户操作。
二.2.3DSP微处理器
DSP（digitalsignalprocessor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。
其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号。
再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。
它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。
它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。
DSP微处理器（芯片）一般具有如下主要特点：
（1）在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法；
（2）程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据；
（3）片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问；
（4）具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持；
（5）快速的中断处理和硬件I/O支持；
（6）具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器；
（7）可以并行执行多个操作；
（8）支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。
锐取录播设备的视音频采集均采用高性能DSP处理芯片，嵌入式操作系统，稳定可靠。
可将接入的VGA和视频信号经过硬件编码后在IP网络上进行传送，可广泛用于多媒体录播系统的可视信号采集、可视信号远程网络传输，人机界面监控等各种需要对信号进行采集、传送、录制的场合。
第三章方案设计
三.1方案整体描述
针对上述需求，经公司相关人员反复讨论，结合我公司产品特点与多种运用场合的实施案例，推荐使用锐取分布式录播系统。
方案整体拓扑图
精品课程教室推荐使用锐取T2WX录播服务器，支持教师、学生、PPT图像信号的输入、采集、编码及组合录制。
录制的同时可支持网络直播，其他教室、校区的学生可通过网络收看课程直播。
教师、学生采用图像跟踪拍摄方式，分为教师图像自动跟踪系统和学生图像自动跟踪系统。
教师图像跟踪主机接收教师摄像机的图像信号后进行分析判断后控制摄像机跟踪拍摄教师的教学图像。
学生图像跟踪主机接收学生摄像机的图像信号，当有学生起立发言时对发言的学生进行特写拍摄，回答问题完毕后对教室内的学生全景拍摄。
教室内音频采集实现无人干预，全自动采集教师、学生的声音。
教师音频采集可采用无线领夹麦克风方式（该种方式音频效果最好）；学生区域按大小部署强指向麦阵列。
前端麦克风的音频进入智能话筒混音器，教师的话筒常开，学生有发言时混音器自动开启学生话筒。
混音器混音后将音频信号输出给视音频编码器和功放。
中控系统采用网络中控对教室内多媒体设备进行控制。
可实现投影幕开关、电源控制；投影机开关、电源控制、灯泡使用时间统计、失窃报警；教学电脑开关、电源控制、失窃报警、资产统计；数字展台电源控制、信号切换；录播服务器电源控制、录播控制等。
三.2教室效果图
三.3方案特点
全面记录、同步存储、同步回放
单间教室支持2路高清视频信号，1路VGA信号的同步组合录播，可满足教学环境下教学可视信号的全面完整记录，方便传播及事后同步回放。
部署简单，轻松融入现有多媒体教室环境。
系统安装部署非常简单，配置编码器、录播服务器、自动跟踪系统，并连接多媒体教室的各种信号线，系统即可投入使用，现有多媒体教室内的各种设备均可保留。
分布式设计，支持后期全面扩展和升级
录播主机后期最多可扩展到16间教室的可视信号的同步组合录播，可满足学校多样化录制需求。
非常适合学术报告厅等大型学习、观摩场所全面、清晰显示教学内容需要。
与原有信息化系统（OA/E-Learning等）无缝融合
系统采用基于WEB的B/S架构，提供增值开发包及后期媒体编辑软件等管理软件，可与学校原有的教学资源管理平台、E-Learning等系统无缝融合，方便学生随时随地进行学习。
三.4方案详细描述
三.4.1视频采集
采集的教学活动中的信号主要包括：
教学场景可视信号、教学设备可视信号、
A.教学场景可视信号：
主要包括教师、学生、全景及教学现场音频信号等
B.教学设备可视信号：
主要包括液晶触摸一体机或交互电子白板、视频展示台、教学电脑（讲解PPT）等
三.4.1.1分布式设计
采集的教学活动中的信号主要包括：
教学场景可视信号、教学设备可视信号、
A.教学场景可视信号：
主要包括教师、学生、全景及教学现场音频信号等
B.教学设备可视信号：
主要包括交互电子白板、视频展示台、教学电脑（讲解PPT）等
录播服务器T2WX
多媒体录播服务器为系统的核心，负责信号的处理，主要完成视频、音频、计算机屏幕信号的同步录制和直播，录制生成的文件可存储在本地服务器或网络存储设备中（另配）。
多媒体录播服务器具备液晶屏控制面板，可进行参数查询、设置、功能开启停止等操作，用户操作管理更加方便。
T系列多媒体录播服务器采用专用硬件服务器，嵌入式操作系统，支持IPSAN大容量扩展，1U高，19英寸宽，适合机架安装。
●
●图：
多媒体录播服务器－正面
●
●图：
多媒体录播服务器－背面
外型尺寸：
长x宽x高=430mmx373mmx45mm（标准19英寸设备）
在服务器背视图中可以看出，总共有四个接口：
电源接口、LAN网络接口、WAN网络接口及厂家调试COM口，只需要将电源线一头接入到服务器另一头接入到220V交流电，用一根T568B标准网线一头接到服务器LAN口另一头接到交换机上即可。
●在线点播
内置VOD点播功能，点播时可观看到录制好的各种视频、音频和计算机屏幕内容。
特点
●1U、19英寸，适合工程安装
图适合工程安装
相对于其它常见录播服务器动辄4U的庞大体积，REACHT4WX采用自主研发的硬件平台，稳定可靠，功能强大，同时体积大大缩小，仅1U高。
同时采用标准19英寸机架尺寸，适合工程安装。
高清编码器（ENC1200）
高清编码器是锐取自主研发的用于高清视频信号（720P/1080i/1080P）或高分辨率、高帧率VGA信号编码及网络传输的专用硬件设备，可配合锐取各系列多媒体录播服务器使用。
高清编码器采用高性能DSP处理芯片，嵌入式操作系统，稳定可靠，具有高清晰度、低码率、低延时的特点。
该产品的推出填补了业内空白，可广泛用于各种需要对高清视频信号及高分辨率高帧率VGA信号进行采集并基于IP网络传送的场合，满足高清（视频）会议录播、高清视频监控等应用的需要。
图高清编码器（ENC1200）
图ENC1200接口
电源接口DC12V
SDI输入接口
DVI-i输入接口
音频环出Line接口
音频输入Mic接口
音频输入Line接口
网络接口
控制接口RS232
VGA编码器（ENC120WX）
VGA编码器在系统中负责计算机屏幕信号的采集，分辨率支持640×480-1400×1050，支持16:
9等宽屏模式，编码帧率1-30帧，支持立体声音频输入，采用H.264，音频编码为AAC，可满足一般情况下VGA信号的录制需要。
相对于软件方式，VGA编码器工作时无需在要录制屏幕信号的计算机上安装任何软件，使用更加方便。
VGA编码器可采集任何操作系统的计算机屏幕信号，包括Windows、Linux/Unix，以及Mac等。
VGA编码器具备VGA环出接口，实际应用中不会影响到原有设备的连接。
图：
VGA编码器-正面
图：
VGA编码器-背面
电源接口
音频输入Mic接口
VGA输入接口
音频输入Line接口
VGA环出接口
网络接口
音频环出Line接口
控制接口RS232
针对此次项目需求，单教室配置高清编码器2台，用于采集教师和学生的高清视频信号，VGA编码器1台，用于采集教师上课时的VGA信号。
图录制后点播效果图
三.4.1.2摄像机
BLM-500高清摄像机采用了1/2.7英寸HD CMOS图像传感器，有效像素达到2百万，可与任意编解码器，以及其他系统结合使用，输出高质量、高分辨率的图像。
内置有18倍光学变焦镜头，可输出16 ：
9比例图像，并实现高速、静音的摇移/俯仰操作和大范围区域内的物体拍摄，而扰动却很小。
它还有自动聚焦/自动曝光，128位置预设位，外部/远程控制等等便捷的功能。
是视频会议、远程教学以及企业培训的理想选择。
功能特点
内装200万像素1/2.7英寸HD CMOS传感器，18倍光学变焦，4倍数字变焦 ,可提供高清晰和高分辨率的图像质量。
提供从标清NTSC/PAL到1080p30格式全高清的多格式视频输出。
装有新型的直流电机马达，操作起来极为安静迅速宽范围。
RS485/422、R-232C 远程控制（VISCA、PELCO-D/PELCO-P协议）接口，可对摄像机进行远程高速通讯控制。
装有快速稳定的72倍变焦（18倍光学+4倍数字）自动聚焦镜头。
水平视角：
55.2°，是小型或中型会议室的理想选择。
最多可对128个预设位, 摇移/俯仰/缩放值等可进行预设，即使在摄像机关闭时，预设数据也可以保存下来。
三.4.2声音采集
对于面积较小的教室，教师的声音不需要扩音，主要对教师计算机电脑信号进行扩音，对于面积较大的教室，就需要对老师的声音进行扩音。
推荐使用以下的设备的组合对教师的声音以及电脑声音进行扩音。
吊装话筒
1.信噪比：
-38dB
2.输出阻抗：
1KΩ
3.灵敏度：
近距-45dB
4.换能方式：
双电容式
5.拾音角度：
100-120度
6.频率响应：
100HZ-16KHZ
智能话筒混音器
智能混音器由移频器、话筒智能四选一、四段参量均衡、十路话筒混音器四大部分组成,彻底抑制扩声工程中的啸叫问题,微电脑CPU处理器控制，两路话筒常开,四路话筒自动选择开启,十路话筒输入口具有6V/48V幻像供电,可配接强指向性话筒使用，无需专人控制,打开电源,就可使用，无需专人管理，即开即用。
采用声控自动开闭技术，根据讲话者的声场情况自动开启、关闭话筒，采用自动压限技术，保证在距话筒不同距离内讲话，录音的音量大小一致，同一音源下，距话筒30厘米与距话筒2米，录音电平相差小于3-4DB。
一、产品功能特点：
1、本机带十通道平衡输入，可连接麦克风输入。
2、本机内置48V幻象电源，后面板带总幻象开关，带打开机壳可控制独立每通道48V幻象电源开关，方便连接各种麦克风。
3、本机具有高、低音调节和增益调整功能。
4、每输入通道带自动声控门，声音闸门动作电平通过MANU调整，自动开启只有信号输入声道。
5、自动压限器功能：
本机带自动自动压限器，通过COMPRESS调整总输出电平。
在多话筒同时使用时，可防止因整体系统的增益上升，而产生回授。
6、反馈抑制功能：
本机内置数字移频器，移频数5HZ，保真度高，反馈抑制效果好，通过控制“SHIFT/BYPASS”切换。
7、内置微电脑，可通过前面板的DIP开关设置任意优先功能，优先数量不限；当DIP全部于OFF时，为自由发言模式，10路话筒可任意发言；当某位DIP设置为ON时，当该话筒启动时，其他话筒发言电平自动衰减-10DB。
电脑软件可实现自由发言、顺序发言、指定发言等模式。
8、MX1010最多可以串接10台，组成100支麦克风会议系统。
9、另设一组辅助输入，可用于背景音乐输入
10、本机带平衡输出和一组辅助输出等。
反馈消除扩声器
反馈消除数字扩声器是一款全数字化教学专用扩声产品，它集成了DSP数字反馈抑制器，DSP数字自动滤波器，数字话筒智能混音器，数字高低音调节器等多项数字化音频处理模块的技术优势，解决了教学扩声中的声反馈问题，可提升话筒灵敏度6-12DB，话筒的拾音距离提高到了3-6米。
使用本产品，无需携带话筒，即可自由演讲，从而使演讲者彻底摆脱话筒的束缚。
它克服了手持话筒使用不便，领夹（无线）话筒经常更换电池、串频、易损、管理麻烦等缺陷，彻底解决了长期以来困扰人们的室内（厅、堂）扩音声反馈的难题。
而且本产品具有专为教学设计的“一键”式操作、自动定时关机等多项人性化功能，方便使用，无需专人管理。
性能特点：
1、内置高速24BITA/D，D/A转换芯片、专用DSP音频处理芯片，采用先进DSP反馈消除技术，自动寻找反馈啸叫频点，液晶显示啸叫频率，并自动形成数字滤波器，消除啸叫频率，能有效提升话筒增益6-12DB。
2、采用数字话筒智能混音技术，可减少同时开启话筒的数量，提高话筒的灵敏度，减少环境噪声的拾入，提高话筒拾音的清晰度。
3、可选用液晶显示界面，全数字化按键操作方式，直观方便，无外置旋钮，设备工作更稳定，管理更方便。
4、采用方便教学的“一键”式操作模式，自动定时关机（无待机功耗），无需专人管理。
5、具备标准的２３２串行接口，可通过ＰＣ软件或中控实现对本机的开关和话筒音量的外部、远程控制。
音箱
额定功率30W
最大功率35W
信噪比>90dB
输入电压70v-100v
频响110Hz–13KHz
尺寸mm242X182X162
三.4.3摄像机控制
自动跟踪系统设备：
锐取教师/学生自动跟踪系统：
该系统通过采用图像分析与模式识别技术，计算出教师位置，控制摄像机转动，保证教师始终处于图像的中央，学生起立发言时，智能判断出学生位置，控制摄像机的转动，教师和学生均无需佩戴任何特殊装置，也无需进行任何操作。
教师/学生自动跟踪系统AT500是锐取最新推出，用于自动跟踪教学培训环境下的教师和学生的专用硬件设备，使用图像识别技术，智能判断移动的人体目标，驱动摄像机云台自动跟踪，可配合锐取各系列视频编码器，多媒体录播一体机使用。
自动跟踪系统采用高性能DSP处理芯片，嵌入式操作系统，稳定可靠。
自动跟踪系统具备视频输入和环出接口，视频调试输出接口及以串口，可以广泛用于无人值守拍摄的环境中，模拟人工拍摄的效果，跟踪过程准确平滑。
图自动跟踪系统
功能
●自动判别移动人物目标
支持移动人物的识别
●支持云台一体机和专业云台的跟踪拍摄
支持云台一体机和专业云台对人物目标跟踪拍摄。
●前端液晶面板显示
支持液晶面板显示跟踪系统相关信息。
●前端液晶面板显示
支持液晶面板显示跟踪系统相关信息。
特点
●安装简单，调试方便：
采用可视化方式进行安装调节。
●跟踪准确度高：
采用领先的防抖动人体特征跟踪算法，跟踪过程平滑，准确度高。
●实时定位：
自动识别目标位置、实时控制摄像头精确定位，并且能够特写模式拍摄；
●抗干扰能力强：
系统完全不受光线、声音、电磁等外在的环境影响;
●兼容性强：
标准化云台接口，支持多种云台设备（如SONYEVI/BR
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