多媒体录播室方案P4与图像+红外学生.docx

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多媒体录播室方案P4与图像+红外学生

多媒体课堂录播系统

（AVAPROPRE4）

广州市奥威亚电子科技有限公司

系统设计方案

§1.1设计背景

鉴于以上教学多种需求，我司选用AVA电子最新推出的PROPRE4一机双模录播设备，此设备可支持单流录制模式和多流录制模式，同时具有人工导播、一键式全自动录制和自动跟踪等多种功能。

PROPRE4录播设备，是一款功能强大的课件录制和直播设备，它具有录制、直播、点播、导播（切换）、存贮和跟踪等多种功能，并全部集成在一台设备内，简单易用。

今天，人们在录制典型课程的过程中结合视频、音频及各种PC信号的需求日益增多，为了满足这一需求，PROPRE4录播设备提供了2路高清视频信号、1路计算机VGA信号以及多路模拟音频信号输入接口。

PROPRE4录播系统这种处理技术，允许操作者在后台通过管理电脑的导播平台介面在这些视频和计算机信号之间进行实时切换。

同时，设备具有鼠标点击跟踪功能，它与导播平台介面结合在一起，管理人员可通过鼠标点击监控画面控制摄像头运动；还可预先设置多种埸景范围、鼠标中键直接调整变焦范围，使跟踪功能一步到位。

PROPRE4录播设备还具有录制、点播和超强直播等功能，通过设备内置的硬盘可将过程记录下来，供后期编辑和点播。

PROPRE4录播设备集成度极高，可以省去多余外部接线和信号的调试工作，使设备的使用变得极其简单，只需一位操作者就能完成全部工作。

独一无二的后台导播和鼠标点击跟踪技术，加上极其易用的设计，令PROPRE4成为一台功能强大的录制设备，特别适用于学校典型课程的录制。

§1.2系统拓扑图

§1.3系统结构图

§1.4声音采集示意图

§1.5系统功能

1.5.1录制功能

PROPRE4录播设备能实现单流模式的录制和多流模式的录制，两种模式自由设置，满足不同用户的需求。

一、单流录制模式

过去，典型课程录制离不开传统的摄录编设备，虽然视频图像比较好，但由于VGA图像都是通过降频的方式或者通过拍摄投影幕的方式来获取，因此无法录制高清晰度的VGA画面。

不但现场拍摄要求投入多个专业拍摄人员，而且后期编辑人员还要花大量的时间进行剪辑。

全自动录制的课件虽然省时省力，但是却无法达到典型课程的要求，因为多种信号的切换控制由机器自动完成的，肯定无法表达课程的内涵，最终录下来的只能是课堂实录而不是典型课程。

1、人工录制----导播平台

AVA公司结合多年在教育行业的研发经验，并吸取了大量获得国家级典型课程的高等院校的宝贵意见和创新思想，研发出一套独一无二的带有导播平台与自动跟踪相结合录播设备，由后台工作人员通过管理电脑的导播平台对2路视频和1路VGA信号进行切换，由于所有的输入图像都集中在一个显示屏上，操作人员只要用鼠标点击相应的图像标识，就能将相应的图像切换出去，而不需要操作者具有太多的专业知识。

由于所有输入的图像均经过数字化处理，因此图像之间可以进行实时无缝切换，并且具有多种显示方式，如画中画、分割画面等，令播出的画面更加生动、形象。

2、跟踪系统

对教师的跟踪拍摄是否到位关系到一节典型课程的成功与否。

传统的跟踪拍摄都由人工来完成，它会占用大量的人力，同时又会干扰到课堂的教学。

特别是中小学的课堂教学，教师与学生的互动特别多，教师常常走到学生中间，既要跟踪拍摄走动的教师和被提问的学生，又要使图像流畅，不能出现抖动，只有这样的跟踪系统才能完美解决高质量教学的要求。

A．鼠标点击跟踪系统

录播设备内置鼠标点击跟踪功能，它与导播平台结合在一起，只要用鼠标点击监视视频相应位置，云台以点击的位置为中心，自动移动到此位置上。

系统还可以预先设置多种取景模式，如全景、中景、特写的拍摄范围，用鼠标点击相应取景模式，就能一步到位操控变焦范围。

前后滚动鼠标滚轮也能流畅地操控变焦范围。

简单易用的操作使所有的信号切换和图像跟踪等功能，由一人就可以独立完成。

B．教师自动跟踪系统

详见后面章节。

C．学生自动跟踪系统

详见后面章节。

3、自动录制——智能切换系统

KMS—1000智能切换系统是实现全自动录制的必需设备，可根据授课课型的差异，预先定义情景逻辑，设置相应参数，使录制和直播的画面在教师画面、学生画面和计算机画面之间进行无缝切换，真实实现课件的全自动录制。

4、一键式录制面板

使用AVA的中央控制系统与录播设备对接，能实现“一键式”自动录制并能统一管理所有媒体设备。

教师上课时轻按面板控制按钮，课程开始录制；下课时教师再轻按面板停止按钮，课件即录制完成。

简单快捷、方便易用，适用于大量教学课件制作。

二、多流录播模式

多流技术的使用主要表现在多路视频的独立处理，包括教师视频、学生视频和计算机视频。

各路视频之间没有画面覆盖的情况，能保留最完整的教学过程，可用于录制素材资料。

每一路视频都是独立的，可通过编辑软件在后期单独的把其中任意一路视频导出。

分割窗口播放方式

浮动窗口播放方式

1.5.2直播功能

录播系统主机内置直播服务器功能，远程用户通过IE方式登录录播系统主机，即可观看到直播节目。

远程用户收看直播节目，软件许可无数量限制。

单播功能

系统支持单播功能，适用于普通应用。

组播功能

PROPRE4支持组播模式，可以把直播发给更多的用户。

组播功能可以大大扩展直播的数量；组播只占用一路带宽，对有大量收看端的场合特别适用。

1.5.3点播功能

系统内置点播服务器，可以将录制生成的文件通过手工或自动的方式上传到点播报务器，并在后台管理系统中生成点播列表。

经过授权的终端用户通过IE浏览登录到系统平台，便可根据需要相应的课程，从根本上扩展了课堂教学的概念。

1.5.4后期编辑

后期编辑工具是PROPRE4录播系统的后期处理工具，其主要完成对PROPRE4录播系统录制所生成的文件进行剪切、拆分、合成和索引信息添加、修改等功能。

后期编辑工具具有动态标识、精确定位功能，在剪切、拆分、合并等编辑过程中能够实时对文件进行多窗口同步完整回放。

用户在使用过程中能够非常方便、直观的进行编辑操作。

1.5.5后台管理

后台管理系统是承担着系统直播管理、点播管理、用户管理、资源分类、用户认证、权限设置等功能。

§1.6系统组成

1.6.1核心部分的录播服务器、视频跟踪技术，集中控制管理

在教育行业多年经验，总结并设计了一套完善的典型课程制作系统包括：

录播服务子系统；一键式控制子系统（集成录播设备的联动控制）；自动化技术的采用（自动跟踪及自动切换系统）三个部分。

其中PROPRE4录播服务器是整个典型课程制作的核心，它肩负起重要的作用及大部分的功能；自动跟踪及自动切换、中央控制系统是操作上面的进一步扩展，管理上的统一与集中。

1、PROPRE4录播服务器

PROPRE4录播服务器，是集视音频、计算机动态屏幕于一体的多媒体录制及直播产品。

基于IP网络，支持广域网，对于全面记录及直播会议、教学、培训提供了极大方便，可广泛地用于视频会议、多媒体课件录制、远程教学、数字直播电视台等多种场合，非常适合企业、学校、政府等用户使用。

2、自动跟踪及自动切换

自动跟踪是实时采编功能的一个补充，减轻课程录制/直播中的操作/管理人员的配置，实现自动的跟踪教室/学生的视频图像，教师电脑VGA图像；并且能够在这两路视频/VGA之间进行自动的切换，启动的功能

3、一键式控制

使用AVA的中央控制系统与录播设备对接，能实现一键式自动录制并能统一管理所有媒体设备。

教师上课时轻按面板录制按钮，课程开始录制；下课时教师再轻按面板停止按钮，课件即录制完成。

简单快捷、易用，适用于大量制作教学课件。

1.6.2导播平台

由于典型课程的录制中要求使用通用的播放器，所以录制的内容以单个视频流为主，然而在单流技术上面有一定的限制，你有多少路的视频输入，都不可能全部去录制，那么导播的地位就显得至关重要了；它能够决定什么时候采用那个画面信息，什么时候使用特写，什么时候使用特效等等。

导播的功能在后台管理，通过管理人员能够实时的控制，录制的文件中就是导播人员控制之后的结果。

功能强大的软件导播台，对教学实现实时导播编辑、输出教学内容，实现实时、同步的录制与直播。

一、实时监控所有的视频源

整个控制一览无遗，在其中包括了输入源：

VGA1/VGA2/Video1/Video2/Video3；实时输出录制/直播画面。

导播控制台

二、视频完善的控制功能

云台控制（上下左右）、ZOOMIN/OUT；简洁快速按键（远景、中景、近景）。

控制模式切换（导播模式/全自动模式）。

三、灵活的云台控制（上下左右、ZOOMIN/OUT）

1、以鼠标方式控制，鼠标点击视频窗口位置、直接以点击的位置为中心，云台自动移动到相应的位置。

自动根据场景远近，调整特写模式，始终保持最理想的观看效果。

（1）鼠标点击目标

（2）摄像头定位到点击位置正中

自动跟踪示意图

2、支持灵活的ZOOMIN/OUT操作：

利用鼠标的滚轮来实现ZOOMIN/OUT的控制

四、多种显示模式组合方式

1、VGA、Video1、Video2：

选取的信号以全屏显示。

2、PIP1：

画中画模式1

以VGA信号为底屏，第一路视频在上面以小窗口显示。

3、PIP2：

画中画模式2

4、V1/V2/VGA：

2路视频＋VGA并列显示。

5、V1＋V2：

视频1＋视频2显示方式。

6、Audio：

麦克风、Line等输入的音量控制

…

1.6.3点播模块

系统内置点播服务器，可以将录制生成的文件通过手工或自动的方式上传到点播报务器，并在后台管理系统中生成点播列表。

经过授权的终端用户通过IE浏览登录到系统平台，便可根据需要相应的课程，从根本上扩展了课堂教学的概念。

1.6.4后期编辑

后期编辑工具是PROPRE4录播系统的后期处理工具，其主要完成对PROPRE4录播系统录制所生成的文件进行剪切、拆分、合成和索引、修改等功能。

后期编辑工具具有动态标识、精确定位功能，在剪切、拆分、合并等编辑过程中能够实时对文件进行多窗口同步完整回放。

用户在使用过程中能够非常方便、直观的进行编辑操作。

后期编辑兼容性：

录制生成的文件使用标准的WMV/asf格式。

录制生成直接可以通过第三方的资源管理系统（VOD等）管理，使用简单快捷。

录制生成的文件通过第三方刻录软件，刻录为视频DVD/VCD光碟。

录制生成的文件可重新编码，更低码流适合窄带网络点播。

1.6.5后台管理

后台管理系统承担着系统直播管理、点播管理、用户管理、资源分类、用户认证、权限设置等功能。

1.6.6播放软件

1、使用通用播放器，如WindowsMediaPlayer：

单流方式

2、使用AVAPLAYER专用播放器

单流方式

多流方式

使用AVAPLAYER播放器有两部分的优点：

AVAPLAYER播放器对播放文件的画质做了大量优化工作，还原画质方面有很好的还原。

AVAPLAYER在直播中的延时小于1秒，比MicrosoftMediaPlayer缓冲时间大大缩短。

§1.7系统特点

1.7.1一键式控制

教师也可通过安装于讲台上的面板实现“一键式”自动录制：

教师轻按录制按钮，开始录制；结束毕再轻按停止按钮，视频片段录制完成。

此外，系统还具有直播、取消学生发言等功能按钮。

1.7.2录播服务器

实时性高：

非网络直播延时<1秒，录制/直播保持同步。

直播时支持断线重联功能。

客户端接收直播节目播放，软件许可无数量限制。

支持FTP自动上传功能。

1路VGA、2路视频和1路混合音频的多流各种组合方式，录制、直播保持同步。

在线点播VOD。

音视频组合灵活：

1路VGA、2路视频和1路混合音频的多流各种组合方式。

传输带宽低，单路D1视频码流可<2Mb/s。

支持跨路由，支持广域网传输。

视频使用MPEG4编码；音频支持MP3编码，实时编码率在48Kbps~2Mbps之间可调。

直接生成wmv流媒体格式文件，可直接用微软MediaPlayer直接播放。

录播服务器采用专用平台：

嵌入式的操作系统；稳定性、可靠性更高，安全性更好，管理平台简洁易用，维护方便快捷、效率更高。

一体化设计服务器内置硬件VGA、视频采集功能；内置录制、直播、管理功能。

主机面板自带按钮，可直接控制直播、录制的启动和停止。

千兆网络接口：

IEEE802.3u/802.3ab100/1000Base-T。

1路VGA输入/环出接口、2路视频接口输入/环出、两路线路/两路麦克风输入、3路RS-232和3路RS-485云台控制码、RS-232控制接口。

VGA：

最高分辨率1600x1200，编码帧率可高达30fps。

视频：

分辨率PAL-25fps@720×576、NTSC-30fps@720×480。

1.7.3自动跟踪及自动切换

对教师的自动跟踪：

无须摄像人员控制，摄像机自动跟踪主体人物（如发言人，教师）能自由走动，充分发挥肢体语言，展现人格魅力，增强现场效果。

跟踪过程非常平稳，视频无明显晃动；定位准确，跟踪速度快。

采用人性设计，无须佩戴特殊传感器，使用非常方便。

采用RS-485总线控制，兼容多种控制设备、能够与PROPRE4无缝连接。

自动锁定跟踪目标，跟踪过程不受其他运动目标和环境光源影响。

能够设置自动跟踪的区域，方便灵活的定义教师的活定区域，提高跟踪的准确程度。

被跟踪的目标无需佩戴任何传感器，使用非常方便。

跟踪过程不受外界干扰，采用先进的位置传感和伺服控制技术，摄像机云台运动非常平稳，不会出现剧烈地晃动，能够将目标牢牢锁定在图像的中央。

1.7.4系统优势

实时性高：

系统非网络直播延时<1秒。

音视频组合灵活：

1路VGA、2路视频和多路音频的多种组合方式，录制、直播均可保持同步，后期制作对每个视频流均应支持导出为独立文件。

图像语音清晰流畅：

视频达到2M（可调），清晰度最高支持704×576（可调）、帧率25/PAL30/NTSC，音频采用MP3编码，VGA使用动态屏幕录制，最大分辨率1600×1200，帧率最高能够达到30帧（可调），能够清晰流畅的录制教师的讲稿，鼠标动作、视频图像、FLASH等动态内容。

无干扰式结构：

教师不需要任何的操作去使用录播系统，专注于教师的内容，演讲的效果与质量。

录播系统自动记录演讲的内容。

专用平台：

嵌入式的操作系统；稳定性、可靠性更高，安全性更好，管理平台简洁易用，维护方便快捷、效率更高。

安装调试简单：

充分使用现有的网络，前端采集信号通过网络传输到录播系统主机，突破了地理区域的限制；使用者通过网络就能够观看直播内容。

系统扩展性强：

前端信号采集能够方便的连接各种视频、音频，满足不同使用环境。

高集成－录制/直播/点播/导播/跟踪/导播/管理集于一体，视音频/VGA硬件采集内置于服务器中；设备采用3U机架式结构，安装及移动性强。

§1.8自动跟踪与控制

1.8.1简介

ITS－1000（300）

图像识别是人工智能的一个重要研究领域。

AVA公司已经步入这一个领域，并且推出了基于图像识别的跟踪系统。

图像识别系统经常采用的重要方法之一是利用图像匹配模型进行目标的定位、跟踪、识别。

图像匹配模型的实现过程是把不同视频源或同一视频源在不同时间、不同成像条件下，对同一事物获取的两幅图像在空问上配准，或根据已知模式在另一幅图像中寻找相应的模式。

图像匹配中应用最广泛的是模板匹配法，基本思想是：

两幅图像之问的匹配可以归结为二者某一特征值的相关性度量。

AVA公司图像识别跟踪就是基于模版匹配法研制出的新一代图像识别跟踪系统。

AVA公司图像识别跟踪系统对于每一个辅助视频源，都有特定的图像识别程序进行特定识别，标记出相关信息。

所有图像识别程序给出的相关信息经过控制程序综合分析后，得到实际控制、调度的要求，直接控制对应的云台移动。

AVA公司图像识别跟踪系统监视范围内活动过程中某一时刻发生的事件，综合利用各类信息，结合分析历史事件序列，可以准确的获知现场的情况，实施跟踪拍摄，捕捉现场重点活动细节。

AVA图像识别跟踪系统是新一代图像识别跟踪系统，能够应用不同的环境与场合，结合具体的场合能够实现多个活动过程的识别跟踪，这些活动过程可以是教师演讲、学生发言。

根据现场的使用环境，AVA图像识别跟踪系统能够覆盖到整个使用环境，并且能够识别跟踪活动过程的重点。

AVA图像识别跟踪系统能够自动、准确的定位教师/学生的位置，并能实时的跟踪拍摄教师/学生，保持教师/学生特写画面或图像取景的预置范围内。

AVA图像识别跟踪系统通过辅助摄像机及跟踪摄像机完成自动跟踪/拍摄功能。

辅助摄像机是图像识别专用；跟踪摄像机拍摄现场活动，由跟踪系统控制云台的移动自动跟踪。

1.8.2特点

图像跟踪系统采用图像识别方式跟踪目标，比其他的跟踪方式拥有更好的抗干扰性、使用的方便性和跟踪区域设置的灵活性；

1、智能图像识别，教师不需佩戴任何定位装置，学生使用无线话筒。

2、抗干扰能力强大：

不受光线、声音、电磁等等外在的环境影响。

3、设计合理，实现全自动的跟踪功能，连接结构简单，安装实施方便。

4、自动识别教师/学生位置、实时控制摄像头精确定位，并且能够特写模式拍摄。

5、兼容性强，标准化云台接口，支持现多种云台设备。

1.8.3结构图

1.8.4教师识别跟踪

教师自动跟踪使用图像识别自动跟踪方式，它可以自动识别教师位置，并实时自动控制摄像头跟踪拍摄，确保教师任意走动的情况下，自动跟踪系统仍能准确、实时地跟拍教师，并能根据教师与摄像机距离的远近控制摄像机的变焦，使教师画面大小始终保持在预先设置的范围值内。

教师识别跟踪的范围设置为黑板/白板和前排学生之间的活动空间，在这个活动空间中，系统会自动的跟踪教师的活动过程。

1.8.5学生识别跟踪

学生自动跟踪使用图像识别自动跟踪方式。

学生有要求提问或者是教师提出问题时，当学生打开无线话筒，跟踪系统自动学生的位置，并且控制拍摄摄像机移动到对应的位置，自动通过跟踪摄像头进行定位并能根据学生与摄像机距离的远近控制摄像机的变焦，使画面大小始终保持在预先设置的范围值内以特写方式拍摄；当学生回答完毕坐下关闭话筒，系统自动识别后，通过录播系统切换到教师画面。

1.8.6平面图

1.8.7实现方式

图像识别跟踪系统能够实现多个应用环境的跟踪，包括教师演讲区域、学生发言区域。

图像识别跟踪系统由2部分组成：

一是图像识别跟踪主机，二是辅助的摄像头。

图像识别跟踪主机采集辅助摄像头的图像进行识别然后通过控制线路直接控制云台摄像头跟踪目标。

教师辅助摄像头一个安装在教师演讲区域的上方，拍摄画面设置为可以观看教师的具体活动位置，在这个区域之内实现自动识别跟踪。

学生发言区域使用辅助红外摄像头一个、安装在教室前端拍摄学生发言区域，拍摄画面设置为可以观看学生的具体活动位置，在这个区域之内实现自动识别跟踪，并且能够根据摄像头与学生之间的距离进行变焦，拍摄特写画面。

一、跟踪区域设置

图像识别跟踪系统能够实现多个应用环境的跟踪，包括教师演讲区域、学生发言区域。

现场中通过逻辑设置，分为演讲（教师）区域，学生（学生）区域；每一个区域使用一路拍摄摄像机，分为教师摄像机安装在现场正中靠后方顶部吊装；学生摄像机安装在现场前方右上方壁装；

二、跟踪辅助摄像机设置

图像识别跟踪系统由2部分组成：

一是图像识别跟踪主机，二是辅助的摄像头。

图像识别跟踪主机采集辅助摄像头的图像进行识别然后通过控制线路直接控制云台摄像头跟踪目标。

教师辅助摄像头一个安装在教师演讲区域的上方，拍摄画面设置为可以观看教师的具体活动位置，在这个区域之内实现自动识别跟踪。

学生发言区域红外辅助摄像头一个、安装在教室前端拍摄学生发言区域，拍摄画面设置为可以观看学生的具体活动位置，在这个区域之内实现自动识别跟踪，并且能够根据摄像头与学生之间的距离进行变焦，拍摄特写画面。

三、跟踪逻辑设置

图像跟踪系统采用图像识别定位方式实现跟踪功能，并且根据教学活动过程为依据实现的全自动的跟踪。

1、当教师在讲台区域（如上设置的区域）讲课时，教师自动跟踪功能能够自动识别教师的位置，教师在这个区域来回的走动时都能实时的定位，并控制拍摄摄像头自动移动到对应的位置、画面以教师的为中心点/特写方式拍摄。

2、当教师走出讲台走向学区域时，拍摄画面自动切换到学生全景的拍摄，能够捕捉教师及学生的画面。

3、当教师走回讲台时，拍摄画面自动返回教师摄像机拍摄，功能如上第1点的描述。

5、当教师与学生互动时，教师点名学生站起来打开无线话筒发言时，图像跟踪系统自动识别学生位置，控制学生拍摄摄像机定位，拍摄画面自动切换到学生拍摄摄像机，以学生为中心点/特写方式拍摄。

6、当学生回答/发言完毕后坐下，跟踪系统自动回到上一次的拍摄画面。

7、当教师操作电脑时演示PPT等内容，画面会切换到VGA画面;不操作电脑时，会切换回教师画面。

建议：

摄像机安装高度适中，避免教师/学生出现俯拍效果。

注：

逻辑设置需配合智能切换系统使用。

1.8.8自动切换

KMS—1000智能切换系统是实现全自动录制的必需设备，可根据授课课型的差异，预先定义情景逻辑，设置相应参数，使录制和直播的画面在教师画面、学生画面和计算机画面之间进行无缝切换，真实实现课件的全自动录制。

§1.9AVAPROPRE4录播系统主机介绍

PROPRE4录播设备，是一款功能强大的课件录制和直播设备，它具有录制、直播、点播、导播、存储和跟踪等多种功能，并全部集中在一台设备内，简单易用。

PROPRE4录播主机

在多媒体教育技术推陈出新的现代教学中，录制典型课程要求结合多种视频、音频及各种PC需求日益增多，为了满足这一需求，PROPRE4录播设备提供了2路的模拟复合视频信号、1路的计算机VGA信号以及多路模拟音频信号输入接口。

PROPRE4这种处理技术，允许操作者在后台通过管理电脑的导播平台界面在这些视频和计算机信号之间进行实时切换。

同时，设备具有鼠标点击跟踪功能，它与导播平台界面结合在一起，管理员可以通过鼠标点击监控画面控制摄像头运动；还可预先设置多种场景范围，前后滚动鼠标滚轮也能流畅操控变焦范围，使跟踪功能一步到位。

PROPRE4录播设备还具有录制、点播和超强直播等功能，通过设备内置的硬盘可将过程记录下来，供后期编辑和点播。

PROPRE4录播设备集成度极高，可以省去多余外部接线和信号调试工作，使设备的使用变得极其简单，只需要一个人就能完成全部操作。

独一无二的后台导播和鼠标点击跟踪技术，加上极其易用的设计，令PROPRE4成为一台功能强大的录制设备，特别适用于学校典型课程的录制。

1.9.1性能特点

录播系统主机具有单画面和多画面两种录制模式，单画面主要用于典型课程的录制，多画面用于学术报告、教师观摩的录制，两种模式自由切换，满足不同需求。

单画面录制主要实现教师画面、学生画面与电脑画面或数码展台之间的切换，录播系统主机既能支持手动换录制方式，又能支持全自动录制方式。

手动切换录制方式：

由管理人员在控制室通过管理电脑的导播监控介面进行切换控制，而课室现场不须要任何工作