盈可视公开课全自动高清录播解决方案设计.docx
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盈可视公开课全自动高清录播解决方案设计
精品公开课
高清智能录播解决方案
技术解决方案2
第一章概述2
第二章系统设计3
系统概述3
录播系统流程图5
录播系统拓朴图6
系统特色7
公开课全高清智能录播一体机8
概述8
录制模式9
H.264高清视频编码，AAC高清音频编码11
录播管理系统12
IRTS灵动图像识别跟踪系统14
自动导播系统16
TouchDirectorSystem远程式网络导播系统17
非线性后期编辑系统19
系统参数表21
详细性能指标22
摄像系统23
HD30高清云台摄像机23
HD100高清枪式摄像机25
音频系统27
数字音频处理器APC20027
全向盒式麦克风T8627
专业机架式调音台28
功率放大器PA-100029
全频扬声NS200系列专业音箱30
无线麦克风以及接收主机WR-20232
第四章系统配置33
教室装修建议34
精品视频公开课拍摄制作技术标准（2012-02）37
技术解决方案
第一章概述
随着信息技术的发展，现代教学技能与传统的教学技能有了根本的不同。
录播系统在现代教学中的应用已经越来越广泛，已越来越多的被教育教学单位用来改善教育模式，改进教学、培训技术、提高教学、培训质量的主要手段和必备措施。
学校在已经拥有专业视频，音频技术人员和网络设备基础上，只需非常少量的投资即可发挥人员，技术和设备的优势，使大批昂贵的电教设备仍可在网络时代发挥作用，很好地解决了网络时代如何使原电教设备充分利用的瓶颈问题，轻松实现了网上直播、实录、点播和课程网络化，给网络课程库建设带来了巨大的方便。
所以，建立一套现代的多媒体录播系统，对于培养高素质、高教学技能的学生有着重要的作用，使学生在受教育过程中将主观与客观有效结合把握所学，并在科学的教学模式中充分发挥受教育者立体思维的积极作用，从而将传统教学活动与现代信息教学方法有机结合，提高整体教学水平，使之更好地适应正在到来的信息的信息化社会对于教育发展的新要求。
在国际公开课受到热议的大背景下，教育部在2011年出台的《教育部关于国家精品开放课程建设的实施意见》中提出要建设350门精品视频公开课。
强调以政府主导、高等学校自主建设、专家和师生评价遴选、社会力量参与推广为建设模式，整体规划、择优遴选、分批建设、分批上网。
虽然350门相对海量各类的公开课而言是个小数目，但是像国家精品课程的示效应一样，各省各高校会随之出台本地本校的精品公开课实施意见和建设计划，精品公开课将成为“十二五”期间一个热门课题，而录播系统就是快带建立公开课资源库的一个强而有力的助手。
2012年2月，国家教育部颁布了《精品视频公开课拍摄制作技术标准》，与十年前的标准不同，本标准规定了公开课视频拍摄必须采用目前业界领先的H.264视频编码、AAC音频编码、MP4文件封装等优秀的高规格技术标准，因此，在选择录播系统的时候，都应遵循这一技术标准，以制作出适合的公开课视频进行有效的传播。
第二章系统设计
系统概述
本项目中，用户的主要需构建一套基于校园网的高清视频录播系统，可通过教育网及Internet实现远程视频教学。
盈可视提出一套基于全自动录播系统构成的智能录播解决方案。
本系统中主要由以下几部分构成：
全自动高清录播系统、嵌式图像识别跟踪系统、摄像系统、音频系统。
根据客户的具体需求，盈可视的建议方案中使用国高端会议及教育录播品牌----Ncast系列全自动高清录播系统主机、高清录播系统软件、远程控制管理平台、图像自动识别跟踪系统、智能导播系统等设备，构成高集成度、高性能的高端智能录播教室。
项目中的全自动高清录播系统主要应用于精品公开课视频的高清录制和直播，制作出来的视频要符合《精品视频公开课拍摄制作技术标准》，适用于各种学习管理平台。
系统支持单画面的电影模式录制，同时也支持多画面课件形式录制；具有多画面课件后期编辑系统，对录制的多画面课件能进行编辑；能清晰流畅地录制教师计算机屏幕，且满足1920*1200分辨率和30fps帧率指标。
系统能配合电子白板，把电子白板的板书同步录制下来。
本方案除了支持单画面的电影模式录制及多画面课件形式录制，还增加了国首创的单流多画面系统，录制的效果支持1920*1024的分辨率，实现一机三模式切换，也支持多流/单流同步录制功能，以供用户更好的根据需求应用不同的录制效果。
主讲教室的教师和学生的视频都可通过Ncast图像识别跟踪系统进行全自动跟踪拍摄，在进行重要课程录制的时候，摄像系统可切换到人工模式，进行实时控制摄像机的摇动及镜头缩放。
第三章录播系统详细介绍
录播系统流程图
录播系统拓朴图
系统特色
1、高度集成化，功能ALLINONE；
2U高度的嵌入式硬件设备，嵌实时录制、实时直播、后期点播、图像点击跟踪等功能，功能高度集成。
2、5路1080P同步编、解码，H.264高清视频编码，AAC高清音频编码，还原真实场景；
Ncast全高清智能录播一体机采用嵌入式操作系统及DSP硬件采集芯片，支持5路本地1080P高清视频信号/VGA信号的同步采集，视频编码采用目前国际上领先的H.264HighProfile高清编码方式，音频编码采用AAC高清音频编码方式，还原真实上课场景。
3、嵌“图像识别+图像点击”双核图像跟踪处理模块，轻松实现摄像控制；
全高清智能录播一体机嵌“图像识别+图像点击”双核图像跟踪处理模块，图像识别跟踪模块采用Ncast新一代图像识别处理技术，仅需简单的初始化设置，自动图像跟踪拍摄，同时，系统提供了视频的图像点击跟踪功能，所见所点即所得，实现实时快速跟踪目标。
Ncast新一代图像识别跟踪系统嵌在录播主机中，无需额外的跟踪系统软硬件即可实现全自动跟踪识别，比之过去的录播跟踪系统，集成度更高，稳定性更强。
4、多流及单流录制，多角度记录，格式通用易分享；
系统支持多流及单流录制。
采用多流多画面录制方式时，可实现多信号、多画面的全景式录制及回放，不但可以轻松实现多流或单流（电影模式或画外画模式）的录制，也可以实现在线直播发布功能。
配备Ncast一系列配套软、硬件更可实现诸如后期编辑iPad/iPhone/Android等移动终端直播接收、流媒体矩阵切换、信息发布等功能。
5、多种控制方式，支持移动终端，一切尽在弹指之间；
公开课录播一体机配备多种控制方式，可配备七寸液晶远程屏，也支持中控系统或IE网页控制，支持iPad/iPhone/Android等移动终端的无线控制。
6、多机位拍摄，领先编码格式，完全符合2012版《精品视频公开课拍摄制作技术标准》；
盈可视公开课全高清智能录播一体机支持多机位拍摄，其视频编码采用目前国际上领先的H.264HighProfile高清编码方式，音频编码采用AAC高清音频编码方式，并且采用MP4文件格式存储，完全满足于教育部颁布的2012版《精品视频公开课拍摄制作技术标准》
公开课全高清智能录播一体机
◆概述
盈可视EX1094全高清智能录播一体机是一款为教育行业制作高质量精品课件而量身定做的专用设备，可以为各类学校提供实时录制、直播及后期点播精品公开课视频服务。
系统为一体化硬件设备，静音式设计，采用19VDC电源供电，嵌入式Linux操作系统；采用纯硬件DSP方式采集高清视频及VGA信号，支持5组本地信号输入以及4组3.5mm音频输入。
系统支持多流多画面/单流单画面/单流多画面录制方式，录制的文件格式支持MP4/FLV/TS方式，支持多种文件格式同步录制的功能。
系统支持多路信号合并录制成单一文件的同时，可实现每路输入信号分别保存为单独的文件的功能。
Ncast全高清智能录播一体机不仅可使用IE浏览器、专用管理软件及中央控制系统进行控制，主机还配备7寸液晶远程屏，通过触摸屏点击可实现输入源画面监控或输入源画面导播切换；可对主机进行录播模式功换、启动及停止等操作；可实现VGA画面实时锁屏/解锁功能。
为了更方便管理员对录播主机的画面信号进行集中式监控，系统配备了DVI/HDMI监控输出接口，支持本地高清视频信号的实时预监。
◆录制模式
Ncast智能录播系统效果展示
以下就几种录制方式进行详细的对比与介绍。
●多流多画面录播（多画面资源模式）
多流录播是多个视频流合成一个文件的方式，录制及直播时每个视频流或屏幕流可任意拖动或全屏播放。
而且，后期可以把任意一个视频流或屏幕流单独拆分或组合成一个新的文件。
多流录播方式的优点在于可以把现场的所有画面都能保存下来。
Ncast智能录播系统可使用微软自带的Mediaplayer播放器或系统自带的NcastPlayer播放器进行播放。
NcastPlayer播放器针对Ncast系统进行优化，直播及点播时采用2+1分屏的方式进行播放。
上图为三画面时使用NcastPlayer播放器播放文件时的效果。
由于本播放器采用专用的多流同步录制技术，各个视频窗口都可以用鼠标任意拖动进行窗口切换，亦可双击鼠标左键指定某一个窗口进行全屏播放。
见下图：
●单流单画面录播（电影模式）
单流单画面录播是指在多个视频流或屏幕流中，进行N选一的切换，用其中一个流进行输出成为文件。
在教育行业中，由于精品课程录播文件需要上交到上一级管理部门（如：
国家教育部）去评比，打开这个文件时，通常专家们都不会安装专用的播放器，而是使用微软自带的Mediaplayer播放器，这个时候，单流录播方式的优点就体现出来了，由于采用了单流单画面方式，因此，可使用Mediaplayer播放器直播打开观看，无需安装任何插件或播放器。
凡事总有优劣的一面，由于是单流单画面的录制及直播方式，用户在回放文件或观看直播时，只能看到其中一个场景画面，即使是采用画中画方式，前面的视频仍然会遮挡后面部份画面（如前面的教师视频窗口遮挡后面的电脑PPT画面），同时，现场的素材并不能全部保存下来，只能保存其中的一部分。
单窗口4:
3或16:
9显示方式，支持WindowsMediaPlayer直接播放。
画面在主讲人视频、听众视频及讲义（PPT）之间进行三选一的切换。
●单流多画面录播（画外画模式）
单流多画面模式是指在多个视频流或屏幕流中，进行多画面分割与合并，并可实现N选三的切换输出，生成文件为单窗口多画面的单一文件。
单流多画面录播方式，也可称为画外画的方式，集多流录播方式中多画面、多场景资源保留的优点及单流录播方式中使用通用播放器播放的优点于一身，录制出来的文件为宽屏方式的单视频文件，在单一的视频窗口中，仍然以三分屏方式呈现，左边为两个视频窗口，右边为一个主窗口，主窗口的视频会由系统自动切换或人工切换，录制生成的文件最高支持1920*1024的分辨率，展示更优秀的课堂效果。
单流多画面录制的文件在微软播放器直播及回放时的效果（单窗口的视频文件中仍然保留三个画面）
◆H.264高清视频编码，AAC高清音频编码
Ncast视频互动系统的视频编码采用目前国际上领先的H.264HighProfile高清编码方式，音频编码采用AAC高清音频编码方式。
H.264编码的优越性在视频行业中已得到充分的肯定，目前国际商用市场上优秀的视频会议产品无一例外地都采用H.264编码方式。
附：
H264介绍
H264标准是由JVT（JointVideoTeam，视频联合工作组）组织提出的新一代数字视频编码标准。
目标是制定一个新的视频编码标准，以实现视频的高压缩比、高图像质量、良好的网络适应性等目标H264标准。
H264标准将作为MPEG-4标准的一个新的部分（MPEG-4part.10）而获得批准，是一个面向未来IP和无线环境下的新数字视频压缩编码标准。
H264标准的主要特点如下：
1．更高的编码效率：
同H.263等标准的特率效率相比，能够平均节省大于50%的码率。
2．高质量的视频画面：
H.264能够在低码率情况下提供高质量的视频图像，在较低带宽上提供高质量的图像传输是H.264的应用亮点。
3．提高网络适应能力：
H.264可以工作在实时通信应用（如视频会议）低延时模式下，也可以工作在没有延时的视频存储或视频流服务器中。
4．采用混合编码结构：
同H.263相同，H.264也使用采用DCT变换编码加DPCM的差分编码的混合编码结构，还增加了如多模式运动估计、帧预测、多帧预测、基于容的变长编码、4x4二维整数变换等新的编码方式，提高了编码效率。
5．H.264的编码选项较少：
在H.263中编码时往往需要设置相当多选项，增加了编码的难度，而H.264做到了力求简洁的“回归基本”，降低了编码时复杂度。
6．H.264可以应用在不同场合：
H.264可以根据不同的环境使用不同的传输和播放速率，并且提供了丰富的错误处理工具，可以很好的控制或消除丢包和误码。
7．错误恢复功能：
H.264提供了解决网络传输包丢失的问题的工具，适用于在高误码率传输的无线网络中传输视频数据。
8．较高的复杂度：
264性能的改进是以增加复杂性为代价而获得的。
据估计，H.264编码的计算复杂度大约相当于H.263的3倍，解码复杂度大约相当于H.263的2倍。
◆录播管理系统
Ncast录播管理系统采用B/S架构，嵌入于录播系统，可实现课程管理、课程发布、课程点播等操作。
具体特别如下：
1、整体资源的管理后台，由管理员和资源审核人、发布者使用，完成全部后台资源的统一管理；
2、实现B/S架构下资源发布、管理、点播等功能，并实现用户权限管理，录播自动上传资源的归类整理。
3、具备资源审核、资源上传、权限定义、分类规、检索规则、应用管理等功能，能够定制化实现与其他资源应用平台的集成；
◆IRTS灵动图像识别跟踪系统
Ncast灵动图像识别跟踪系统（NcastImageRecognitionTrackingSystem）是一款智能化的自动跟踪系统。
它采用Ncast创新的图像分析处理技术，通过不同的策略定义，实现多区域、多策略化自动跟踪。
Ncast灵动图像识别跟踪系统嵌在录播主机中，无需额外的跟踪主机硬件以及软件，即可实现高清全自动图像识别跟踪。
Ncast灵动图像识别跟踪系统采用特有的目标外形特征检测方法，被跟踪者无需佩戴任何辅助设备，便可对目标进行锁定跟踪，使摄像机画面以锁定的目标为中心，并控制摄像机进行相应策略的缩放。
系统支持多种自定义策略，支持多级特写模式，适应性强，不受强光、声音、电磁等环境影响。
Ncast灵动图像识别跟踪系统支持创新的“宽动态画面防抖技术”，可对教师在某个自定义的数值围的移动进行忽略，保持摄像机不动，以保证画面的流畅及稳定，避免出现画面跳动、晃眼等现象。
IRTS-T教师图像识别跟踪模块：
可以把讲台及教室划分为三种跟踪区域：
VIP区域、普通区域及忽略区域。
并可自定义各区域的跟踪策略，如：
镜头缩放倍数、摄像头最高拍摄区域及最低拍摄区域，跟踪速度等。
Ncast灵动图像识别跟踪系统支持三种跟踪模式：
单目标跟踪/多目标跟踪/固定坐标跟踪。
不同的区域可设置不同的跟踪模式。
IRTS-T教师图像识别跟踪模块还支持教师跟踪全自动缩放模式，教师在讲台区域快速走动时，系统会自动以全进行拍摄，当教师停止走动或板书时，摄像机会自动以特写方式进行拍摄。
当学生走上讲台与教师进行互动时，摄像机会自动缩放镜头，把学生与教师的图像都能拍摄下来。
系统可通过网络对摄像跟踪速度与特写画面的镜头倍数进行自定义设置。
IRTS-T教师图像识别跟踪模块只需配备一台云台摄像机即可实现面向教师的全景、中景及板书特写功能；
IRTS-S学生图像识别跟踪模块在标准教室可实现纯图像识别跟踪效果，学生无须使用红外手持麦克风或无线发射按钮等辅助设备，只需站立起来即可实现图像识别跟踪。
当单个学生起立时，摄像机会以特写方式进行拍摄，当两个以上学生起立时，摄像机会自动缩放到全景拍摄角度，使两个学生都能进入拍摄的画面。
◆自动导播系统
A、教师站在讲台上讲课时，系统自动切换教师摄像机的特写视频信号为主画面；
B、教师在讲台上快速移动时，系统会自动切换成教师全景画面，保证教师不走出拍摄围；
C、教师走下讲台到学生区域与学生互动时，系统仍以教师摄像机画面作为主画面，但此时的摄像机画面变成预设定的全景画面。
D、当教师在讲台上，学生站立起来回答问题，则切换学生特写摄像机画面作主画面。
E、当学生站立起来回答问题时，系统先切换学生全景为主画面，学生特写摄像机跟踪到位后，再从学生全景切换为学生特写画面。
（四机位选配）
F、教师操作电脑时，则切换计算机画面作主画面。
注：
管理员可实时通过网络导播平台对跟踪系统及导播系统进行自动/手动的模式切换，并采用手动图像点击跟踪或手动画面切换的方式进行系统操作。
系统特色
●智能图像识别处理技术，被跟踪者无需佩戴任何辅助设备；
●创新的宽动态画画防抖技术，画面更流畅；
●采用特有的目标外形特征检测方法，识别精度高；
●适应性强，不受强光、声音、电磁等环境影响；
●支持多目标跟踪、单目标跟踪及固定区域跟踪三种跟踪模式；
●自动识别目标位置、实时控制摄像头精确定位，可根据目标运动速度动态调整云台转速；
●多种自定义策略，支持多级特写模式；
●系统可支持教师走动时以全景方式拍摄，当教师停下来时以特写方式拍摄的功能；
●当单个学生起立时，摄像机会以特写方式进行拍摄；
●系统设定多重的忽略区域，如：
工作人员区域、教室大门出入口等等；
●支持配合SONY、Ncast全系列等多种品牌摄像机实现自动跟踪；
◆TouchDirectorSystem远程式网络导播系统
NcastTouchDirectorSystem远程式网络导播系统采用触控式一体机结构，集成嵌入式操作系统，可配合Ncast标清及高清系列录播一体机，轻松实现各个画面的网络人工导播功能。
远程式网络导播系统集成了“远程式点击跟踪模块”、“人工网络导播模块”。
NcastTouchDirectorSystem远程式网络导播系统可以轻松选择摄像机的控制模式：
自动图像识别跟踪模式及远程式点击跟踪模式。
演讲者及管理员可通过该系统，轻松对显示画面中听众或者发言者进行点击跟踪操作。
操作者只需对画面中图像点击一下，摄像机云台便会进行自动的云台移动，以点击的位置为中心进行画面拍摄。
控制步骤：
1、用鼠标点击需要居中的位置；
2、系统自动以该位置为中心点进行拍摄；
NcastTouchDirectorSystem远程式网络导播系统还可以实现课程录制过程中多个场景的多路视频信号源、视/音频文件和计算机画面之间的自动切换，有效实现智能导播化录制。
课堂讲解、白板板书、现场答问、交流互动、课堂文件、实物展示、计算机画面等多个场景与教学展示文件之间自动调度和切换，无需任何附加设备或人为操作，自动识别各场景活动变化容，自动切换到教育活动核心部分
Ncast单流单画面录播方式及单流多画面录播方式可实现全自动的导播方式，采用人性化的策略设计，可在教师、学生或主讲人电脑屏幕中进行全自动的画面切换。
如：
A.教师在台上讲解演说时，系统自动切换教师摄像机视频信号为主画面；
B.教师在讲台上走动时，系统自动切换为教师全景主画面；
C.学生站立起来时回答问题时，系统自动切换学生摄像机视频信号为主画面；
D.教师操作电脑时，系统自动切换电脑VGA信号为主画面；
◆非线性后期编辑系统
NcastEditor非线性课件编辑系统是Ncast针对录播系统录制文件的后期编辑需求自主研发的软件产品，该软件支持对由Ncast录播系统录制的文件进行多流拆分、剪切、合并等操作，可满足Ncast录播系统用户的后期编辑需求。
1多流分离软件：
Ncast多流分离软件可实现多流文件的拆分，把多流文件中的N个视频流拆分为单独的N个文件，以适应非编系统的编辑。
2文件剪切软件：
Ncast文件剪切软件可把录制的精品课程文件中不完美的地方进行任意剪切，以制作出更完美的课件。
3文件合并软件：
Ncast文件合并软件可实现剪切后的流文件进行合并处理工作。
◆系统参数表
高清智能录播系统
配备系统
多流多画面/单流单画面/单流多画面
支持信号输入接口
4路视频+1路VGA
接口类型：
SDI/HDMI/VGA
录制方式
多流及单流
视频/VGA编码
H.264HighProfile4.2
支持分辨率（最高）
HD视频：
1920X1080（1080P）
VGA:
1280X1024电脑HDMI:
1920X1080（1080P）
支持帧率（最高）
VGA:
30fps
高清视频：
30fps
码率围
最高48Mbps可调
音频编码方式
AAC
视频预监输出
1×DVI，1×HDMI，监控输出分辨率：
1080P
文件格式
MP4/FLV/TS
存储空间
2T
网络
1000M
控制接口
RS-232
点播模块
最高支持200路并发点播
USB导出
支持
直播模块
最高支持200路单播并发
分组录播
支持，2组
NAS存储
支持
控制方式
WEB/中控系统/远程屏/IOS&Andriod移动终端
电气特性
19VDC
◆详细性能指标
1．系统为一体化硬件设备，采用19VDC电源供电，嵌入式Linux操作系统；采用纯硬件DSP方式采集高清视频及VGA信号，支持5组本地信号输入模块，配备4组3.5mm音频输入接口。
高清视频分辨率：
1080P高清VGA数据分辨率：
1080P。
2．录播模式支持多流多画面/单流单画面/单流多画面方式，录制的文件格式支持MP4/FLV/TS方式，支持多种文件格式同步录制的功能。
3．录播系统支持多路信号录制，可实现每路输入信号分别保存为单独的文件的功能。
4．视频采用H.264HighProfile4.2编码方式，音频采用AAC高清编码方式。
5．录播主机可选配7寸液晶远程屏，通过触摸屏点击可实现输入源画面监控或输入源画面导播切换；可对主机进行录播模式功换、启动及停止等操作；可实现VGA画面实时锁屏/解锁功能。
6．系统配备DVI/HDMI监控输出接口，支持5路高清视频信号的实时预监。
7．系统在录制成为单流单画面（电影模式）文件时，系统会自动根据策略在主讲教师视频、学生视频及主讲教师电脑画面中进行多选一式切换，自动切换输出到单个视频窗口。
8．系统在录制成为单流多画面（画外画模式）文件时，系统会自动根据策略在主讲教师视频、学生视频及主讲教师电脑画面中进行3+1组合式切换，录制出来的文件为宽屏方式的单视频文件，主窗口的视频会由系统自动切换或人工切换，录制生成的文件支持1920*720。
9．在录制成单流单画面或单流多画面方式时，管理员可通网络方式进行人工远程导播，也可配合系统置的自动导播模块进行全自动导播式切换。
10．自动导播或人工网络导播切换时，画面的切换需支持淡入淡出功能（可选），画面间的切换要流畅，不能产生跳帧及硬切换的不良效果，单流多画面进行画面切换时要有动画切换效果。
11．系统主机支持7寸液晶远程屏控制/远程WEB后台管理系统控制/中央控制系统控制/无线平板终端等多种控制方式。
12．系统可自定义类别进行分类录制、分类存储；
13．系统支持单播≥200路并发用户，并可扩展P2P传输模块及P2P流媒体转发服务器，扩展P2P模块后直播可支持10000路以上并发用户；
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