东信同邦高清全自动录播系统方案介绍.doc
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东信同邦www.etah-
东信同邦
高清全自动录播系统
技术方案
www.etah-
普通摄像机
中控
教室B
心
1.1.应用参考
本方案主要完成以下目标：
1、完成国家级精品课程和省级精品课程录制，建立学校优秀/骨干教师课程库；
2、教学管理人员进行教学评估、评比，通过网络管理监控更方便、准确、客观；
3、搭建相互观摩、借鉴的网络平台，达到教学资源共享平衡；
4、在学校网络信息平台上完善优秀教学资源的积累；
5、建立在线学习平台，实现学生自主学习、充分享受优质资源最佳的主动学习环境.
a）精品课程
国家教育部为实现优质教学资源的共享，促进高校教学质量的提高，近年来在全国高校大力推进精品课程建设。
精品课程建设中重要的一个环节就是教学过程的录像，录播系统可实现教学现场视音频信号和课件信息的同步一体化录制，各项指标达到或优于《国家精品课程教学录像上网技术标准》的要求，完全可满足精品课程录制的需要。
b）校园讲座
校园讲座是高校文化的一个特色，同学们通过校园讲座可以接触政府官员、专家学者、社会精英及企业界的成功人士，获得书本以外的知识，所以热门的校园讲座常常爆满。
由于场地的限制，很多同学不能进入讲座现场聆听讲座。
现在，通过-录播系统，可以将讲座现场的主讲人的图像、声音及讲解的报告内容在校园网上进行实时直播，同学们在其它的教室、宿舍等可以访问校园网的地方都可以聆听讲座，如同身临其境，并可通过系统的交互功能进行提问，与讲座现场的主讲人进行互动。
c）校园电视台
随着技术的进步和产品的成熟，校园电视台正日益成为继校园广播站之后的校园生活的一个重要组成部分。
校园电视台的解决方案也经历了闭路电视时代，目前正全面走向数字化，网络化。
录播系统支持高清的特点使其可用于构建高清数字校园电视台解决方案，录制及直播时清晰度可达1080i（1920X1080），使校园电视台率先进入高清数字时代。
分布式的产品架构使其非常适合在多校区的环境下构建分布式的校园电视台，灵活的导播切换功能可以使校园电视台也能够象央视春节晚会一样轻松实现异地会场的切换。
d）校园家长会
为促进老师、家长间的沟通，共同掌握孩子的学习和成长情况，中小学一般每学期都会开家长会，通常家长会在每个班级内进行，如果校长需要与家长沟通或讲话，只能到每个班级去，时间和精力上常常难以顾及，有了录播系统，校长在自己的办公室即可实现对家长的讲话和沟通，节约了大量的时间和精力。
e）特级教师公开课
特级教师是稀缺的优质教学资源，对学生、青年教师尤其是偏远地区的教师都是如此。
教育部门及学校通常会安排特级教师讲授公开课，让学生聆听名师的教导，让青年教师从中学习提高，但限于时间、地点等制约因素，能够到现场参与的还是少数。
现在通过录播系统就可将特级教师的授课过程录制下来，也可以在网络上进行实时直播或事后点播，让优质师资在全社会得到共享。
f）教师评优示范课
教师在评优评先时常常要讲授示范课，以往都是通过摄像机或DV进行录制，常常不能全面记录授课的各个细节，尤其是精彩的电子课件。
现在通过录播系统可将示范课现场的教师图像声音、学生图像声音以及电子课件进行同步的录制，可全面记录示范课各方面的细节信息，更便于专家在评选的做到准确客观。
g）微格教学
微格教学是师范学校学生和在职教师掌握课堂教学技能的一种培训方法，被国内外教学实践证明是一种较好的师范训练形式。
采用录播系统可以对教师和学生的行为及课件内容进行记录，教学评价人员可以通过多媒体录播系统的点评功能对教学活动进行实时点评，回放录像时可调阅点评内容，能及时准确地获取反馈信息，尽快达到教学目的。
h）便携式移动录播
针对报告厅、阶梯教室、学校操场等一些不具备网络传送条件的环境使用便携一体机，可以同时处理一路VGA视频、2路摄像机标清视频的并发录制。
第二部分系统特色
2.1.四大特色
东信同邦全自动录播系统主要完成教师、学生的视频自动跟踪采集，音频智能采集，教师电脑屏幕截取，教师/学生视频/计算机画面智能导播，以上信号源自动传送至课件实时录制系统生成优质的精品课程，同时通过课堂直播系统在局域网、互联网上直播，为远端用户提供在线实时学习的平台，后期把课件上传至非线性编辑系统实现对精品课程的建设。
功能划分包括：
教学管理
远程教学监察及评价
电子监考
交互式教学研究
设备管理：
统一中控集中远程管理
数字校园门户：
：
SCORM规范课件生成并连接到LMS系统
对外教学业务
内部教学业务
校园讲座
特级教师公开课
教师评优示范课
精品课件（全自动跟踪）
课件仓库分类、发布
Web在线课件编辑
内部教师微格观摩提高
数字语音微格
会议、活动
文体活动
高清会议交互
高清会议录播
校园家长会
演播活动直播、录制
校园网络电视台
班级文艺活动留念
a）基于国际开放标准的高互联性网络视频平台
具备开放性API接口，能够和多种排课系统互通信息，能够和课程中心交换资源。
符合国际教育资源标准，支持Blackboard、Moodle，生成SCORM1.2标准课件包，与LMS无缝连接。
从而支持巨型资源应用。
直接支持基于FLASH10的直播、点播、录制，无需安装插件、支持跨平台应用（如Linux）、3G手机等。
高可扩展性，单台通用服务器即可轻松支持128间教室的并发录制，1500客户的并发直播点播，多台服务器间可实现集群，让用户轻松的进行分层次建设，自由升级，大大保护用户投资。
b）内置多种贴合教学业务的专业系统
我们的设计理念是：
让系统符合实际的教学业务，直接针对教学应用服务。
侧重教学评分的教学听察课评估系统；
侧重教师内部培训的远程数字微格督导系统；
针对大型监控室及电子监考的多分屏数字电视墙监控系统；
针对教学资源平衡的多班级教学交互系统、大规模课程直播系统；
针对于教学资源建设及国家精品课程建设的多模式课程资源生成及发布系统；
集中校园多媒体设备进行统一化管理的统一中控网络管理系统；
便于教师快速剪辑整理多路视频资源的WEB在线课件编辑系统；
c）高清全硬件设计
由于采用独立硬件设备对音视频进行编码，带来以下好处：
1.高清晰
音视频品质远高于传统视频采集卡及软件压缩方式。
支持包括各种高清摄像机视频（1080p/i），VGA支持1280×1024全动态抓屏，真正达到30帧/秒。
2.网络低带宽占用，大大降低校园网络负担。
采用先进H.264视频编码算法中强度最高的HighProfile方式，保持原有清晰度的情况下降低35%~50%的网络带宽，，同时也节省了35%~50%磁盘存储空间。
支持双流技术，从384K-2M可灵活配置，适合因特网传输。
3.高稳定性
硬件产品在高等法院、部队等高端行业有多年的广泛应用，很多场合要求7×24小时全年不间断运行。
要求设备发热量严格控制，无风扇设计。
程序固化，对计算机病毒免疫，解决了工控机硬件方案的顽疾。
4.大大降低管理负担
与软件方案相比，管理员不必进行重复的软件安装配置，无须烦心软件兼容及计算机死机的诸多问题，大大降低工作负担。
同时，从宏观上减少学校对于设备管理人员的开支。
5.绿色节能，大大降低长效使用成本。
整体功耗10W，是以工控机为核心的同类产品的1/20。
d）高性价比
在整体提高系统软硬件性能、功能的同时，我们大幅降低了用户的建设成本。
相对于传统硬件方案降低40%~60%。
硬件产品三年免费质保。
东信同邦软件平台升级周期大致在18个月左右，客户可免费进行同步升级。
2.2.多样化的建设模式
a）经济型标清教室
每间教室使用一台小巧、低功耗的硬件编码器，教学场景可以比较全面的直播、记录。
VGA×1+D1标清视频×2。
这种经济型标清录播教室拥有高性价比，轻松支持大规模应用。
b）经济型高清教室
们可以使用高清编码器加上高清摄像机轻松组建经济型高清录播教室。
c）自动跟踪/自动导播教室
添加教师、学生自动跟踪套件、多画面自动导播设备，让高标清教室具备智能化功能。
d）交互式高清录播教室
添加多画面高清解码器以及标准的显示设备（如液晶电视），即可让此教室具备多方教学交互的功能。
2.3.平台融合
每个教室可以看做是一个叶节点，多个教室可以融合为一颗大树。
完成统一存储、管理，门户级的直播点播发布，大规模课件仓库等功能。
详见大平台融合应用方案。
2.4.直播引擎
教师计算机上演示、多路摄像机视频及音频被编码器实时转化为数字信号，通过网络发往中心服务器。
服务器接收到信号后即可完成课件的存储，同时将流媒体信号进行同步转播，并根据不同的网络情况选择合适的码流。
这样，远程教室和网络用户就可在线实时接收。
性能参数
名称
指标
直播并发
1024（单台服务器）
高清音视频传输
支持
集群数量
16
转发方式
单播
路由器防火墙穿越
支持
传输延时
0.3-0.6秒
支持结构
B/SC/S
在终端，系统提供多种显示模式，包括全屏显示、画中画显示等，用户可根据自己的习惯进行选择。
用户亦可以根据需要定制其他Web显示方式。
2.4.1.会议直播
在某些需要进行较大规模会议的场合，可以进行会议的直播。
我们的系统可以与远程的会场相联系，进行会议的广播。
与会者可在线提出申请，如果会议主持人同意则可直接进行视频会议方式的沟通，并提供应用程序共享、桌面共享、白板共享等多种共享方式。
此外教师在进行网络教学广播时，其它参会者通过浏览器可以将问题实时提交，在讲演者端的计算机上，问题被排成队列，讲演者可选择典型问题进行回答。
2.5.存储引擎
在直播的同时课件在服务器上自动生成，经过剪辑整理之后即可发布。
点播系统按照学科、教师等多种条件进行自动分类，并提供分类索引、模糊查询。
课件仓库的分类方式由用户灵活定义，课件数量只受存储空间的限制，系统可自动生成详细的统计报表，支持B/S模式。
性能参数
名称
指标
存储并发
512（单台服务器）
设备支持
磁盘阵列
NAS
SAN
（远程网络存储）
格式
ISO-14496标准
MP4封装
视频课件分类
支持用户自定义分类
索引、查询、统计
支持
高清音视频存储
支持
集群数量
16
支持结构
B/SC/S
2.6.点播引擎
直接支持Flash在网页中播放音视频，无需安装播放器，下载的视频文件可以被暴风影音等通用视频播放器直接播放。
并发数量大，支持负载均衡。
性能参数
名称
指标
点播并发
512（单台服务器）
Flash在线点播
支持
高清音视频传输
支持
集群数量
16
转发方式
单播
路由器防火墙穿越
支持
支持结构
B/SC/S
2.7.实时交互引擎
在网络教学的过程中，除了要对教室授课现场直播，师生之间往往还需要互相提问和讨论。
实时交互系统让位于不同地理位置之间的学生和老师实时交流，如同置身于同一课堂之中。
系统同样适用于带演示文稿的视频会议场合。
学生可通过网络实时收看远程授课点的教师、学生和计算机课件的视频信号，并可针对授课内容进行双向可视交流。
系统支持数量大，支持数十间教室的实时互动，最高支持1080i高清视频实时通讯。
采用独立硬件实现，无需在教室机上安装任何软件，部署简单便捷、长时间运行稳定，音视频延时0.2-0.4秒。
a）视频会议方式在教室之间双向教学
主播教室和交互教室之间通过视频会议方式完成音视频的双向沟通，可以随时将交互教室转换为主播教室。
整个过程可以完整记录，供后期教学研究、学习之用。
b）在因特网上基于Web实现实时辅导答疑
学生可以通过语音提问，教师给予实时回答，可以应用在学校远程教育教学中的答疑、考前辅导、远程家教等。
其特点是占用较少的网络带宽，达到实时沟通交流的目的。
2.8.开放接口
系统的绝大部分功能封装成标准的WebService形式，支持跨平台应用。
无论您的系统是在windows、Linux、Unix下运行，还是您的系统是采用.net、Java、C++的编程方式都可以轻松运行。
这样，当您需要和其他校园应用系统进行整合时，就非常的灵活方便，如教务系统、排课系统、LMS系统等。
为您进行门户整合提供快捷的途径。
支持的平台和语言如下：
操作系统
编程语言
Windows
.net
Linux
Java
Unix
VCVBDephi
C++
第三部分技术方案
3.1.基本组成
整个系统主要由以下几个部分组成：
3.1.1.高清录播系统
普通用户登陆此系统可以接收实时教学直播、按照分类检索课件仓库、在线点播精品课件。
教师可以通过此系统在线剪辑刚刚录制的精品课件，整理课件的目录，然后发布到课件仓库中。
还可以对将来要录制的教学进行预约，系统可以根据预约的时间自动在线保存。
控制中心管理员可以远程监视所有设备运行状态，在远程进行集中式控制，可以时实和所有教室进行语音对讲，在教学监控的状态下可以随时录制全部教室的视频。
可以非常简单、方便地把整个课堂情景实时录制下来，生成有音视频和电子文档的流媒体课件。
录制模式可以选择单画面电影模式和多画面全资源模式，或者同时录制这两种模式，
系统整合不同流量的音视频直播信号，以适合校园网、因特网、手机3G无限网等多种途径发布。
，课堂内容包括音频、视频以及计算机屏幕内容，接收端通过IE等多种浏览器即可收看直播课堂内容，直播延时小于0.5秒，支持Flash10直接在线播放。
课件实时录制系统生成的文件，会自动添加到点播库中，可以对文件进行进一步的分类，可以通过WEB在线剪辑功能实现课件的简单编辑。
系统生成的文件是ISO-14496标准MP4文件，直接支持非线编系统。
a）直播
系统整体采用B/S形式，特点：
1.支持flash10直接播放
2.支持6路高清视频在统一窗口下同步播放，视频可任意更换位置或者全屏幕播放。
3.每路视频的音量可任意调节、静音。
4.高清视频延时小于0.5秒
5.支持远程控制摄像机推拉摆动，支持九宫格预置位的设置及调用。
6.支持手动录制
b）点播
功能参数与直播类似，在点播中左侧有课件的目录索引滑动窗口，右侧有教师照片及课程简介。
具备课件评论、讨论功能，可以下载试题及演示文稿等。
c）课件目录索引自动生成
在自动导播的同时可根据演示文稿的标题自动生成课件的目录索引，同时截取相关图片关联到对应的目录索引。
通过索引信息，可以将课件分成多个章节、或者分成多个知识点，便于学习。
d）三种录制模式
1.电影模式
将课堂现场的多路视频信号和VGA信号按照发生的时间顺序，通过手动或自动切换，输出一个单流单画面进行录制或网络直播。
此种方式可以有效降低网络带宽的占用。
2.资源模式（多分屏模式）
将课堂现场多路视频信号与VGA信号，同时压缩成多流多画面的流媒体，多路视频分别录制成独立文件，支持网络直播；更可以高码率提供高质量视频素材文件，方便用户后期编辑。
3.混合模式
以上两种方式同时支持，满足用户多样化需求。
e）Web直接同步剪辑课件
系统采用远程网络非线性编辑技术，通过网页即可在线剪辑课件、整理目录，实现了课件录制、编辑、发布和管理的一体化流程。
服务器编辑系统主界面如图所示，采用了多轨道时间线信息组织方式，能够对存储在视频录制或课件素材服务器上的多种讲课素材（包括视频、音频、多媒体、讲稿、目录等），进行同步剪辑、一次性合成。
音视频轨道的编辑操作简便灵活，支持合并、截断、复制、粘贴、删除和修改等编辑操作。
视频轨道可以无级放大和缩小，对流媒体视频的编辑可以精确到0.1秒。
f）课件生成
◆教学多画面全息记录
系统的指导思想是对教学进行全息记录，多路音视频流同时进行存储，最高可达32路。
在点播时多个视频窗口同时播放，所有音视频同步，使教学回放得到全息展现。
学生可根据自己的需求将任意视频最大化显示，使其具有很高的自由度，满足多种个性化需求。
在多画面录制模式下，可选择多分屏或者画中画模式，画面可独立调节大小或放大全屏。
系统支持暂停功能以满足用户课间休息的需要，继续课程时，系统自动从原停止位置继续录编，生成课件。
◆文件格式
视频的录制、编辑和回放可基于多种通用媒体格式（包括H.264高清编码），并且支持双码流。
在网络编辑制作过程中，可以利用低码流视频，合成完成后同步更新高码流视频，这样能够充分节省网络资源，有效解决高清视频质量要求高和网络传输带宽资源不足的矛盾。
在常规应用环境下，所生成的视频课件直接放置在视频服务器上集中管理，用户只能通过IE浏览器在线浏览课件内容。
为了便于脱机浏览，运行授权用户通过管理界面的课件列表下载课件。
所下载的视频课件采用主流的封装格式，支持MP4封装，可通过主流的视频播放器播放，如暴风影音等。
g）教室地图
多栋楼宇在地图上排开，楼宇内的教室用不同的颜色标明其教学状态，当鼠标指向某间教室时会弹出小的窗口，窗口标明教室所上的课程、教师、课程简介等信息。
h）课件查询
可以根据学科、日期、教室、教师等多种条件组合搜索。
i）预约录制
教师可以提前设置将来将要录制的课程，系统根据预约的时间就可以自动生成此课程的课件。
j）权限管理
本模块对用户角色和级别进行统一的管理，使每个系统角色都具备相应的职责。
系统提供了灵活的权限控制，可以规划多个用户组，每个用户组可以设置相应的权限，如果用户属于某一个用户组，其就继承了该组的相应权限，还可以对每个用户进行独立设置，满足各种特殊需求。
每个页面都会进行权限判断，如果用户没有相应的权限则无法进入相应的功能。
用户组权限设置界面 权限控制界面
在设备控制方面，在多用户同时操作时对大家的操作进行同步、异步等处理，如高权限用户在控制时低权限用户自动放弃控制权等，使所有的用户都得到系统及时而正确的响应。
k）课程初始化
监控中心管理人员选择发布当天的教学活动信息、学员重大教学活动通知等信息，该信息通过系统在教学实验综合楼一层大厅LED显示墙上显示。
系统提供了设置、查询和发布课时、课程表的功能，管理人员设置各种课程，形成相应的课表，发布在Web服务器上，供用户查询，这样在查看教室状态的时候就能够一目了然的知道各个教室目前的情况，是那个班在上课，上的是什么课程以及是那个老师的课程，同时可以选择在一层大厅显示。
课时设置界面
l）课件分类管理
系统管理员根据本校课程进行组织规划，通过系统将学科进行多级分类。
m）下载辅助工具
在“相关下载”的栏目中有一些辅助工具：
播放器安装包
1.降低CPU占用率。
提供硬件加速功能的播放器，支持CPU的多媒体指令集及GPU加速。
2.为用户提供低延迟的交互体验
3.提供远程控制摄像机功能
视频下载软件（）
1.提供远程网络下载课件的功能
2.生成本地多屏幕播放效果
3.1.2.嵌入式纯硬件编码终端
系统采用H.264HighProfile压缩标准，在保正图像质量的基础上有效降低带宽，支持VBR（可变码率技术。
教室使用全硬件方案，无需软件安装配置，力求运行稳定，管理方便。
教室设备的连接情况：
由下图可见，计算机的VGA信号、多路摄像机信号、音频信号直接连接到教室讲台内的编码器上，同时编码器引出的控制信号直接连接至摄像机的云台，控制其转动，另一路控制线由编码器连接至教室内的普通中控，将其升级为网络中控，这样来自于网络上的信号就可以远程操作教室内的所有设备。
a）EHE-6100VGA/标清并行编码器
指标：
VGA+视频x2+音频x2
采用嵌入式硬件设计，提供高品质音视频数字化解决方案，功耗10W，适用于7×24小时不间断工作场合。
整机19英。
寸标准机架宽度，高度1U。
开放的设计理念，提供完整开发工具、接口（SDK），对多种个性化高清音视频定制开发提供全套解决方案级别支持。
主要应用领域：
教育、医疗、会议。
b）EHE-6500/6600高清编码器系列
指标：
1080p-30支持HD-SDI/HDMI
c）EMA-8300A/B高清数字录像机系列
指标：
内置小型WEB发布服务器，提供1T/2T存储空间；同时拥有独立的编码器完成音视频压缩。
3.1.3.全自动图像识别跟踪系统
图像识别跟踪机采用目前智能视觉领域最先进的目标识别算法，能够自动、准确地同时定位主讲人和台下听众，并可分别控制主讲人和听众摄像机实时跟踪拍摄，保持拍摄目标位于图像取景的最佳位置。
东信同邦的跟踪算法综合了运动侦测、人脸识别、形状匹配等多重智能识别算法，配合先进的平滑控制摄像技术，使得最终录
制的视频不仅可以准确还原整个演讲过程，并且拍摄画面的移动平滑细腻，极大地提升了录制视频的观看效果。
该系统分为教师跟踪系统和学生定位系统两个子系统。
支持全系列SONY系列摄像机，同时支持高性价比的东信同邦ECM-1000系列高清摄像机，通过HD-SDI广电级数字高清接口，提供1080p级别高清画质，宽动态，12倍光学镜头。
教师跟踪系统采用智能图像处理和伺服控制技术，具有十分平滑的跟踪效果。
具备板书特写功能。
教师无需佩戴跟踪设备，
学生定位系统采用的图像行为识别算法来检测学生的起立和坐下，具有自动变倍功能，能根据目标的远近自动调整摄像机的放大倍数；能同时识别多个目标，当只有一个学生起立发言时，摄像机对其特写，当有多个学生起立发言时，则回到全景；不受教室大小和形式的限制，一体安装，即装即用，无需任何复杂的调试及设置。
。
传统基于图像识别的跟踪系统，往往存在两大难题，第一、投影屏幕画面的变化往往不能被正确区分，容易导致误动作；第二、跟踪画面存在跳跃感，影响观看舒适度。
功能特性
l自动锁定跟踪目标，跟踪过程不受环境光源影响；
l跟踪和屏蔽区域可自行设定，可设1个跟踪区域，4个屏蔽区域；
l功能配置简单直观，调试快速。
l具备板书特写功能。
有自动变倍功能，能根据目标远近自动调整摄像机的放大倍数；
l跟踪动作非常平稳，具备曲线加速减速功能。
，
l摄像机具有背光补偿功能，在强光背景环境中可以看清整个画面；
l采用先进的图像行为识别算法来检测学生的起立和坐下；
l具有自动变倍功能，能根据目标的远近自动调整摄像机的放大倍数；
l能同时识别多个目标，当只有一个学生起立发言时，摄像机对其特写，当多个学生起立发言时，回到全景；
l不受教室大小和形式的限制，大教室和阶梯教室亦可正常跟踪；
l各个跟踪相关参数灵活可调；
3.1.4.智能导播系统
东信同邦智能导播系统主要用于课程录制过程中多个场景及多路视频信号源、视/音频文件和计算机画面之间的自动切换，有效实现带特效功能的智能导播。
其集传统自动录播系统的导播功能和特技切换台功能于一体，主要用于课程录制过程中多个场景及多路视频信号源、视/音频文件和计算机画面之间的自动切换，系统随教学活动的变化智能选择切换策略，
升级会员 