智慧教室系统建设方案.docx

1、智慧教室系统建设方案智慧教室系统建设方案2016年11月10日第1章 方案概述1.1 项目背景21世纪，人类已经步入以计算机、多媒体和互联网络为标志的信息时代。信息技术的普遍应用有力地推动着全球经济社会的深层变革，深刻地改变着人们的生活、学习和工作方式，对教育改革和人才培养提出了全新挑战，为教育创新和跨越式发展提供了崭新空间，以信息技术特别是宽带网络和新媒体技术为强大支撑的新一轮学习革命已见端倪。近年来，各个国家和地区争先实施教育技术国家战略，充分发挥信息技术创新、整合和共享优质教育资源的巨大优势，扩大国民受教育机会，提高教育质量和人力资源开发水平。加快推进我国职业教育信息化，是适应当今世界信

2、息技术创新应用趋势，迎头赶上发达国家教育技术水平，构建国家教育长远竞争优势的战略举措。应国际信息技术迅猛发展的大潮，信息化教育正在我国的教育界掀起一场新兴的教育信息化的热潮。信息化教学已成为教育的一种必然趋势。职业教育是我国教育体系的重要组成部分，提高职业教育的质量对培养技能型人才，提高劳动者素质有着重要的意义。在教育部印发的国家中长期教育改革和发展规划纲要（20102020年）中把“教育信息化”作为单独的一章列出来，提出“信息技术对教育发展具有革命性影响，必须予以高度重视”，到2020年，基本建成覆盖城乡各级各类学校的数字化教育服务体系，促进教育内容、教学手段和方法现代化。加快终端设施普及，

3、推进数字化校园建设，实现多种方式接入互联网。国家十二五规划中明确提出“三通两平台”，暨实现宽带网络校校通、优质教育资源班班通、网络学习空间人人通以及建设“国家教育资源公共服务平台”和“国家教育管理公共服务平台”。2012年12月10日，教育部在江苏南京召开全国职业教育信息化建设工作会议。这是党的十八大胜利闭幕之后，教育部召开的第一次全国职业教育专题会议。会议以学习贯彻党的十八大精神，深入落实教育规划纲要，加快推进职业教育信息化进程，以信息化带动职业教育现代化为主题，成为进一步推进科学发展的有力助推器。在这样的政策大背景下，北京文香信息技术有限公司经过反复调研当前信息化教育发展现状和问题，深入思

4、考未来的发展趋势，整合自身强大的录播系统技术积累，组织研发了“文香五机位精品录播系统”，通过录播系统实现高清实训课程的录制、直播、共享、网络教研、精品课评选、网上培训课堂教学、全校网络资源点播与存储等各项信息化教育教学业务应用。通过系统的建设制定各学段各学科课堂信息化教学模式与方法指导，组织学校、优质教师利用网络教研平台系统开展网上即时的教研活动，提高教师录播系统信息化教学能力，促进课堂多媒体录播教学的应用，实现各个课时打造各种不同课型的实训类精品课程的教学视频资源，满足“一师一优课、一课一名师”等信息化教学活动的要求，激发广大教师的教育智慧，不断生成和共享优质资源。1.2 项目建设必要性职业

5、教育信息化建设的基础还比较薄弱，发展水平还不高，存在一些亟待解决的问题。一是认识不到位。不少教育行政部门和学校领导存在重建设轻应用、重硬件轻资源的倾向。二是发展不平衡。区域之间、城乡之间、学校之间存在差距，农村职业学校的信息化基础薄弱，农村教师信息技术应用水平有待提高。三是优质资源不充足。与课程教学融合配套的优质实用教学资源不足，原创性、创新性资源较少，虚拟仿真实训教学资源还有待深度开发。四是机制建设不先进。有些地方对信息化建设缺乏统筹，信息孤岛、重复建设现象比较普遍，系统间互联互通性较差，资源开放性、共享性不强，信息安全存在隐患。这些问题反映了职业教育信息化建设的制度政策和体制机制还不完善，

6、需要深入研究、抓紧解决。目前青海高等职业技术学院教育信息化主要情况如下： 实训教学过程不能兼顾实训教学工位周围空间小，老师在演示实操示范的时候无法兼顾到所有的学生，存在部分学生学习不够的问题。 实训操作重点讲解无法统一实训操作中，老师的重难点讲解无法兼顾到所学学员，不能为所有学生进行统一的讲解。 学生独立操作难在没有老师指导的情况下，学生难以有效率的进行实操练习，有疑问也难以与老师进行沟通。 专业教学技能流失优秀教师流失后，学校的尖端专业也随之流失，专业的教学技能难以保存。 实训教学音视频课件制作投入大实训的精品课、微课、慕课录制需要投入较多的人力、物力，教学音视频课件制作困难。 实训课程教研

7、活动组建困难实训课程的现场教研不易组织，教师教学和学生实操练习反思条件不足。 实践实训考核困难实训考核过程难以监控，评分标准相对主观且没有统一性。 实训与企业实际情况结合程度有限实训教学内容与企业实际情况结合程度有限，难以给学院身临其境的感受。 随着 “一师一优课，一课一名师”、“微课”、“慕课”、“三通两平台”等国家政策的推出、当前教育信息化发展的趋势及各地教育管理部门的实际需求，北京文香信息技术有限公司经过反复调研当前信息化教育发展现状和问题，深入思考未来的发展趋势，整合自身强大的录播系统技术积累，组织研发了“文香五机位精品录播系统”，构建“录播+视频资源管理+应用”的整体解决方案，通过录

8、播系统实现高清精品课程的录制、直播、网络教研、精品课评选、实训教学拍摄、全校网络资源点播与管理、后期音视频编辑等功能，为职业教育信息化水平的提高提供有力保障。第2章 设计原则整个系统设计经过与相关教育行业的专业人员进行交流和实践使用，根据产品使用特点及设备维护特点进行综合评估，本方案在设备选型均选择了经过社会广泛使用的成熟设备和技术，在系统整合上，重点突出了整个系统技术的先进性、系统架构的灵活性和可发展性、运行的稳定性和可靠性，同时又力求整个系统操作容易、便于维护、兼容性强，具有很强的开放性，系统设备的选型遵循以下原则： 先进性 应用先进的计算和存储技术，服务端集中录制前端课堂的教学视频，前端

9、无需额外安装编码器等设备，系统维护方便，建设成本低； 符合计算机、网络视频传输技术、网络通讯技术和视频交互技术的最新发展潮流；实用性 支持目前流行的流媒体格式文件； 系统设计应符合工程的实际需要； 系统配置即强调先进性也要注重实用性，应注意系统配置的经济效益，达到综合平衡； 管理智能化、录播图像高清化、数据网络化、使用自动化，集中控制，方便操作，减少运营成本；可扩展性 系统设计要考虑今后网络及视频的发展，系统应具有较强的扩展性； 系统设计既要采用先进的概念、技术和方法，又要注意结构、设备、工具的相对成熟。不但能反映当今的先进水平，而且具有发展潜力，能保证在未来若干年内占主导地位，并能顺利地过渡

10、到下一代技术。灵活性 系统支持不同网络； 系统简单安装布置，自动化程度高，使用方便，操作简单；可靠性 具备在规定条件和时间内完成用户所要求的功能的能力，能长期稳定的工作， 满足724小时工作要求； 系统故障率低，维护维修方便；兼容性 直播点播功能，支持各种PC浏览器终端、ios、Android移动设备收看，无需安装专用播放插件。 最大限度地支持音视频编码种类，使其对前端音视频设备的兼容性达到最强。第3章 方案优势3.1 全嵌入式设计北京文香录播一体机及图像跟踪一体机均采用单板卡嵌入式架构， ARM+DSP+Linux操作系统、性能稳定可靠。完全脱离Windows系统，不用担心微软的操作系统是否

11、停止更新及受到其他病毒的侵袭。为响应国家节能环保的号召，嵌入式录播一体机及图像跟踪一体机等主要设备均采用12V直流供电，低能耗、低热量，保证教学活动的安全可靠。3.2 9路1080P并发处理 业内首家达到9路全高清输入的录播技术，能处理并发的1080P 50f/60f信号，保证采集输入信号的高质量。同时为保证现场视频录制效果，根据录制现场的环境情况，无需单独配置设备，只需在导播界面上即可调节每路摄像机图像的亮度、增强度，保证录制视频效果达到最佳。3.3 首创多种导播方式（远程B/S架构与本地导播）北京文香无线便携式录播系统支持远程B/S架构导播和本地导播两种导播方式，远程B/S导播可以使用户在

12、任何网络可达的地方，通过电脑，即可远程实现专业导播功能，由于其无插件要求，使用更为简单。北京文香无线便携式录播系统采用笔记本电脑外形翻盖式超静音结构设计，内嵌15寸液晶显示屏，实时显示本地导播画面，可通过自带的广播级导播键盘及触控板完成6路视频预览、单多流直播输出、视频切换、音频调整、录制模式、特技效果、片头片尾、字幕、LOGO、摄像机控制等录播操作，使用方便、灵活。3.4 无线传输，无需布线采用高端11AC无线芯片设计，USB无驱动接入，天线增益6dbi，创先采用2.4G-5.8G双频同步支持技术传输视音频信号，传输速度更快、抗干扰、信号无波动，稳定；在不降低音视频质量的前提下，解决了普通便

13、携录播设备使用需要布置各种线缆传输音视频信号的难题，去掉了繁琐的人工布线，5分钟即可全部搭建完成。同时，录播场景中少了线缆的羁绊，也减少了录制过程中因为线缆带来的各种突发情况。3.5 多点互动教学无线便携录播主机具备远程互动教学功能，内置4点MCU多点互动功能，可同时召开4点互动教学功能；具备视频会议终端功能，支持H.323协议，可直接与多点互动平台MCU、会议电视终端互联互通，组建市、区大规模同步课堂教学应用。3.6 集成化设计外形精美，简单易用。内嵌智能导播平台软件，提供智能化导播界面，集合数字音频处理、导播控制平台，具有多场景预监，实现自动导播、课堂同步直播、点播发布（将录制好的课件发布

14、到服务器上供课后点播）、录播管理、用户管理、课堂节目管理等功能。3.7 简单易用 3.7.1 导播模式丰富支持全自动、手动、半自动控制方式，实现单流单画面（电影模式）、单流多画面、多流多画面（多资源模式）等录制模式，资源模式可在预览过程中随时切换主次视频； 支持单画面、双画面、三分屏、四分屏等多种画面布局，预览画面可通过鼠标拖拽到主播画面中，主播画面可任意拼接。3.7.2 便捷的摄像机预置位设置预设位设置可通过鼠标把任意一个预览画面拖拽到预设位中直接保存。3.8 支持超大规模直播访问 配合北京文香资源管理平台使用，将上课实景实时推送到校级或区级教学资源管理平台，可进行在线访谈节目直播与互动交流

15、，可随时增加服务器进行扩容，以满足递增的大规模的访问需求， 实现超大规划访问；通过带宽、服务器选型、程序设计，数据访问处理等达到几千甚至几百万都可以。 3.9 支持移动客户端访问支持多种移动客户端访问，如Windows、IOS、Android等跨平台访问。3.10 课件资源库共享管理与北京文香资源管理平台互联互通，教师能够拥有自己独立的课件资源库，课件资源库能够针对课件类型进行自定分类，根据不同访问角色设定访问权限。同时系统管理员可以随时查看管理教师的课件资源库。3.11 操作简便，一键式处理教师上课可通过控制面板上的按钮，教师可实现一键式操作，轻松“开始”“停止”课堂教学视频录制。亦可通过网

16、络导播页面设定为自动录播或手动录播。如果是自动录播，只需按下“录播开始”键即可。下课时按下停止键，即可完成整个课堂的录制。其它操作由系统自主进行，简单易用，极为方便。3.12 常态化教学、全自动录制北京文香信息技术有限公司自主研发设计的图像空间分析采集技术，可将整个教室空间全景化，无盲区，实现准确定位，教师及学生无需佩戴或操作任何定位跟踪装置，真正达到常态化教学，全自动录制。并根据教学实践中的各种情况，系统内置各种智能跟踪策略，通过智能策略的控制，系统能自动识别教学过程中的各种关键环节（教师板书、使用教学课件、与学生互动等），自动切换场景，实现全程全场景全自动录制。3.13 大容量存储北京文香

17、五机位精品录播系统，采用全高清1080P录制，1节45分钟标准课程电影模式下MP4格式视频大小为1350M，约1.4G。北京文香嵌入式录播主机采用双SATA接口，支持2TB专业监控级硬盘，满足日常录播需求，可以保证1460节课程，每节45分钟的存储空间。 录制完成的视频可自动上传到资源管理平台，平台可支持外挂磁盘阵列，提供更大的存储空间满足日常录播需求。第4章 系统方案设计4.1 整体设计说明4.1.1 系统拓扑图4.1.2 五机位录播教室设计高清摄像机：配置5台高清摄像机，主要用于教师特写、板书特写、教师全景、学生特写、学生全景高清视频信号的采集，通过高清SDI同轴电缆传输至嵌入式高清录播主

18、机中，进行高清视频采集、图像合成、编码。音频处理：教师和学生的语音信号通过领夹话筒和吊顶拾音话筒拾取，输入到数字音频矩阵处理器，通过均衡、降噪和混音等处理，输出1路立体声音频，1路向嵌入式高清录播主机提供音频输入信号，另1路可作为现场扩音。通过上述设备的完美衔接，最终将整个教学过程中的高清录播教室内所有场景（教师特写、板书特写、教师全景、学生特写、学生全景、学生巡航）全部录制下来生成标准MP4文件，教师或学生可通过录播主机中直播点播或教学资源平台进行直播点播，又或是后期编辑制作精品课程资源。整个录制过程为保证教师自然上课状态，教师学生全程无需佩戴任何辅助设备即可进行课程录制。根据用户的要求，需

19、要在教师授课的同时对精品课程教室内所有课堂发生的场景做全程录像，全面反映教师教学与学生情景调动及教学过程中教师使用的任何课件及板书内容等场景元素，这种方案需求下，需要对教师、学生、板书及全景视频信号进行采集，并需要进行音视频切换，同时要求分教室和网络上用户能同时以流媒体的方式在网络中观看直播课堂并能存储在服务器上供课后点播，进行在线学习。按照图示：一般教室80-100，我司根据用户需求结合自身录播产品进行整个高清录播教室的布局建设；录播教室组建主要设备包括：嵌入式高清录播主机、图像跟踪主机、数字音频处理器、高清摄像机、图像跟踪定位摄像机、指向性话筒、音响功放、录播中控系统、一体化液晶电视等设备

20、。4.2 音频采集系统设计4.2.1音频示意图方案采用超心形指向话筒，适用于多媒体教室、会场、演播厅；配置数字音频处理设备对多路音频信号的智能混音和音质的调节，使录制声音效果更佳清晰；根据教室的大小此次方案布置6支吊装话筒，采用超心形指向进行拾音，拾音范围如图所示，可将教室内声音进行有效拾取并进入数字音频矩阵进行音频处理。4.2.2自动语音激励正常情况下环境噪声为40db以下，人说话声在60db以上。通过压限器功能将环境噪声智能消除，当学生或教师发言时系统根据声音大小自动开启6只麦克风中的2只作为声音采集，完全避免因多个麦克风拾取同一音源，使声音重叠传输，导致声音有隧道音，空洞且失真的现象发生

21、，使声音录制更加清晰。4.2.3噪音消除噪声有两个来源，一是环境噪声，一是设备噪声。这种噪声首先取决于设备的品质，另外线路的排布、设备之间的连接方法、屏蔽方法等都有重要影响。在声音处理方便具有噪音抑制功能，系统自动根据声音的频率不同，将环境噪音及人声自动分离，并将环境噪声消除。如图所示。4.2.4 回声抑制回声是由于自己发言声音泄漏到自己接收回路中，使自己声音在音箱内再次被重复。尤其是在远程音视频互动教学过程中回声现象是不容发生的。远程音视频互动教学系统支持回声抑制功能，完全避免交互教过程中回声的发生。如图： 未经处理 经过处理4.3 视频系统设计方案中采用5路视频组合方式进行视频取景，包括教

22、师特写、教师全景、学生特写、学生全景、学生巡视以及一路教师PC的图像；在教室的中心位置布置两台高清摄像机分别为教师跟踪摄像机与教师全景摄像机，用于采集教师在讲课时的实时特写图像和全景图像；在讲台两侧布有学生跟踪摄像机和学生全景摄像机用于采集学生上课时的特写图像和全景图像。所有图像进入智能导播系统进行录制、存储、直播，教师PC画面由中控系统切换到投影机或触控一体机进行输出，方便学生上课时观看。布置学生定位摄像机，用于检测学生上课时的动态，当学生起立时学生摄像机会给学生特写跟踪拍摄；安装教师定位摄像机，用于规划教师的跟踪区域和检测教师的移动；所有定位摄像机画面会进入图像分析主机，通过智能图像分析算

23、法进行计算，并将控制指令发送给智能导播服务器，进行录制时策略的切换。4.4 智能图像跟踪系统设计 采用智能图像识别技术,跟踪主机过三维空间图像算法实现平滑、稳定、精确的跟踪效果。 教师图像跟踪系统 学生图像跟踪系统4.4.1教师跟踪人脸识别教师跟踪系统具有出众的跟踪性能，无论是教师在上课时快速走动还是板书等，系统均能准确无误的采用不同策略进行自动跟踪拍摄，系统还采用人脸识别技术，根据教师身高的不同自动调整教师在特写镜头里的位置；整个跟踪过程连续、稳定、平滑，画面输出非常稳定。4.4.2智能学生定位学生定位系统能够自动实时对正在发言的学生进行定位并采用特写拍摄。当学生通过站起来进行发言或回答问题

24、时，学生定位系统将自动的调用学生摄像机对正在发言的学生进行定位并采用特写镜头进行拍摄，学生发言结束后，系统自动返回教师跟踪系统。4.5 教学督导、质量提升深入教学一线，开展听课评课活动。通过五机位录播系统，实时加入一线的教学活动中，通过网络平台了进行听课、评课，掌握教师的教学水平和学校的整体教学状况，不断提高教学质量。了解学生学习质量和教学质量，进行调查、分析、反馈、督促、咨询、评价及指导。4.6 教学巡查、随时监管课前准备情况：例如上课铃声响后，任课教师是否到达指定班级？学生的学习用品是否排放整齐？学生是否安静的等待上课？等等。可巡查教师在上课过程中是否有脱岗或中途离开的现象。观察教师上课时

25、的上课动态，是否对学生放任自流、是否有违纪的行为等等。4.7 教师课程库 完成精品课程以及视频公开课录制，建立优秀/骨干教师课程库4.8 教师教学辅助应用教师可以自己录像，课后观看、反思，将自己的授课视频课件通过本地u盘直接拷贝到到任意pc观看，也可以将录像上传到教师自己的网络空间或在视频课程资源管理平台上进行方便的自我整理、分类，优质的视频课件资源可经相关人员审核后进行汇集，由各级教学管理人员进行教学评估、评比，使录播更常规地为教师专业素质发展做出贡献。4.9 网络教研评估应用利用云录播，开展校本教研，是教师专业化发展的必由之路，是学校可持续发展的需要，是学校办学水平的主要标志。因此，利用网

26、络开展校本教研活动，是录播应用的重要发展方向。4.10 微课程应用提供网络在线视频课件编辑功能，将优秀课程资源按照知识点、或者题目划分为3-5分钟的微视频。知识点视频按照学科、年级、进度等组织，为学生利用网络视频资源学习提供了更为方便和针对性的方案。4.11 远程教学应用随着网络技术的普及，学校也从单纯的教室课堂发展到了与网络课堂相结合的多模式教学活动。学员可通过录播进行课堂网络直播和课后点播、示范性教学、学生远程学习，远程互动教学等等。可以随时随地进行观摩、学习，不再受空间和时间的限制，搭建相互观摩、借鉴的网络平台，达到教学资源共享平衡。4.12 远程互动教研应用实现校区与校区、班级与班级、

27、教师与教师之间的远程互动教学与实时交流；4.13 优质视频课程建设应用在学校网络信息平台上建立优秀教学视频资源库，丰富教学手段。建立起校际与学科相交，点与面相织，教科研人员、一线教师广泛参与的立体式庞大的视频教学、教研资源，给学生学习提供更多选择的机会以及更具有针对性自主学习的途径。4.14 在线晒课 对资源进行热门、最新、点击量等快速分类。 资源可按照学校、学科、年级、主讲教师、精品视频、微课导航。 资源的展示，并可设置多种分类导航。 全局搜索，分别按照学校、学科、标题、主讲人等关键字进行模糊查询、分组查询等。 同时用户可以通过各种移动终端（ios、Android、Windows）登录平台进

28、行学习，随时随地，打破时间和空间的限制。4.15 在线巡课、校长评估当前端录播教室建设完毕后。我们需要在管理控制中心搭建云录播平台以及资源管理平台，以方便对前端录播教室进行管控。管理控制中心通过服务器与资源管理平台对前端录播教室进行监视、录制、直播等控制。 如上图，管理人员通过网页登录的方式，登录云录播平台。左侧显示的是云录播系统内所有的前端录播教室，中间显示的是所有教室的预览画面，右侧显示对指定教室的控制选项，下侧显示的是指定录播教室内所有摄像机图像。文香资源管理平台以方便、简洁的研发理念，结合最前沿媒体流与控制流转发技术，塔建区域型控制终端，达到简单操作、功能强大的目标。通过文香资源管理平

29、台校长可以直观方便的观看各教室上课情况，控制人员可以方便快捷的对所需要控制的录播教室进行摄像机调焦、录制、直播、添加特效等操作。4.16 三分屏播放在播放普通的单视频课程的基础上，系统提供了三分屏课件供用户在线学习，三分屏课件可以包括教师视频，学生视频，教学文档视频等。由于三分屏课件是老师视频讲授同步配合PowerPoint文稿，因此教学效果非常接近现场授课。如图所示。同时为了方便用户进行学习，提供了索引功能及时间点记录功能，根据PPT的标题可以在课件上生成索引列表，同时在视频时间轴上生成对应时间点，方便用户抓取学习重点。4.17 直播互动教研教学系统支持在线直播功能，主要用于精品课程、家长会

30、、节日联欢会、校领导重要讲话、年级组会议、在线观摩、互动教研等现场直播。 在直播过程中具有权限的参与人员可在直播窗口右侧实时进行文字讨论，也可对教师讲解能力、师生互动情况、学生反应情况等进行打分评论等。4.18 线上答疑及交流在学习过程中还可以实时对所学内容提问，他人进行回答，方便学习，也可以对课件进行评价，方便后来同学的学习。4.19 个人空间经过注册或者后台管理员发放登陆账号密码，用户登录后可以进入专属自己的个人空间。在该录播系统中，作为学生，可以保存自己喜欢的课程课程，提出自己在学习过程中的问题或者帮助他人回答问题，轻松修改自己的个人信息。在学习过程中，系统会记录学生的学习过程及进度，方

31、便下次登录时准确续接上次学习。作为教师，可以将自己的一些优质教学资源上传，发布课程，看到自己学生所提出的问题，并进行在线的互动回答。4.20 基于课表的定时录制根据学校的课程安排设置课表，按课表的课程时间的设定，自动录制课程和停止录制，无需人工干预，真正实现常态化教学。支持批量导入导出功能，方便管理员操作，减少维护工作量。 4.21 互动教室创建支持可视化的互动教室建立,可实时监控教室设备状态，下图为已经建立的互动教室支持对互动教室的统一管理。将互动功能与平台功能融合到一起。4.22 批量设备建立支持批量设备的建立，方便用户的操作，下图为设备管理界面，可新建组织、教室、批量建立教室。下图为批量增加教室设备界面下图为添加成功后的互动教室界面4.23 方便简洁的后台管理界面北京文香为适应不同客户的使用需求，支持自定义管理桌面，并且可以轻松替换。尽可能的展现用户的文化价值。与使用者的实际用途相贴合。第5章 主要材料及配件序号材质名称规格备注1. 触摸交互式智能平板86寸一体机，内置电脑I5配置2台2. 全自动录播系统录播一体机，内置嵌入式录播系统图像跟踪一体机，内置图像跟踪系统数字音频处理器1台高清云台摄像机