教学精品录播应用系统解决方案.docx
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教学精品录播应用系统解决方案
阅读提示
一、文档类别
行业基线解决方案
二、适用性简述
1、方案阐述的基本内容：
教学精品录播应用系统整体方案介绍，主要涉及录播分析、设计原则、详细设计、教室端设备及功能、平台端架构及功能。
2、方案设计的核心点
集成化、高清化、易用性、先进性。
3、方案的适用场景及受众
各类小学、初中、高中，及部分高校。
主要目的为响应“一师一优课、一课一名师”活动，进行高质量课件录制及制作。
★使用者请结合实际情况应用此方案。
三、关联可参考文档
1、精品录播系统介绍V1.3.001.pptx
2、精品录播系统5机位配单V1.3.001.xlsx
第一章整体概述
一.1方案背景
传统教育融入现代化技术是最近10数年教育部一直在倡导并付诸行动的教育战略，特别是最近几年，教育部每年都会重点提及。
2010：
《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》：
提出教育信息化战略。
2011：
《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》：
明确提出重点进行“优质数字教育资源建设与共享行动“。
2014：
教育部《关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》：
大力开发与课程教材配套的基础教育和职业教育优质数字教育资源。
建设一批高校精品视频公开课程和精品资源共享课程。
2015：
教育部工作要点，继续加大优质数字教育资源开发和应用力度，探索在线开放课程应用带动机制、开展“一师一优课、一课一名师”活动。
无论是“优质数字教育资源建设与共享行动“还是”一师一优课、一课一名师“活动，都涉及到多媒体信息技术与教学的结合，都指向了课堂录播这一现代化的教学技术。
经过多年的试点推广，课堂录播方式得到各教育机构、学校的认可。
但同时，受限于传统录播系统的技术瓶颈，使得众多学校、培训机构对录播系统即渴望又却步。
成像效果一般、音质差强人意、使用维护困难，是传统录播系统无法得到广泛推广和应用的三大“拦路虎“。
一.2需求分析
面对国家层面战略要求，如何构建“建设教育资源公共服务平台”、如何做好“一师一优课、一课一名师”活动已经成为各级教育部门及各类学校迫切希望解决的问题。
很多教育人士希望借助于现代信息及多媒体技术，为教育资源公共服务平台提供更多优秀且高质量的精品课程视频。
基于以上需求，传统录播系统已经无法满足，新一代全自动录播系统应运而生。
新一代录播系统不仅要解决传统录播系统存在的缺陷，还要贴合当前教育新趋势、结合最新的多媒体和信息化技术使得优质教学视频能得到普遍分享，进一步推进教学现代化。
此外随着众多学校纷纷建立分校，出现了新的难题，多校区师资力量分配困难。
该问题近来正越来越多的被提及，如何解决该问题成为教学主管部门的一个难题。
既要满足正常的教学任务安排，又要保证教学质量，同时要方便教师，减少各校区之间的来回奔波。
一.3传统方案分析
从上世纪90年代开始就存在了教学录播系统的需求，市场上也诞生了录播这一类产品，发展至今已出现了众多的品牌。
从实际反馈结果来看，传统录播系统在实际教学中的应用并不如人意。
下图是传统录播系统的架构示意：
从上图我们可以发现，传统录播系统需要专用讲台，同时需要往专用讲台塞入大量设备：
自动跟踪主机、全场景调音台、网络直播服务器、录播工作站、视频编码器、音频编码器、视频解码器、音频解码器等。
因设备众多，讲台上的连接线也非常复杂混乱。
此外还出现以下几个主要缺陷：
1.跟踪效果不佳
设备检测和跟踪成为鸡肋功能，实际效果不尽如人意。
系统本身会提供检测跟踪功能，但因其本身技术缺陷使得检测受干扰严重，实际录播后的画面出现跟丢、跟踪迟钝等现象。
部分产品需要教师携带跟踪设备。
2.图像效果不佳
图像采集依旧使用早期技术，成像质量不高。
产品设备稳定性不高，图像在不久后出现偏色、模糊现象。
3.声音处理复杂
为解决音质量感不足、清晰度差等缺陷，传统解决方案往往需要增加众多设备才能使音质达到令人满意的程度。
4.管理维护不便
设备众多，对管理使用人员提出了非常高的专业要求。
需要专业人员协助才能进行教学录播，导致使用率低下。
5.资源发布平台欠缺
缺少教学资源发布共享平台或功能不全，使得录制的教学视频难以传播共享。
没有展现出录播系统对教学的最大促进作用。
一.4美电方案分析
一直致力于行业应用开发，在教育行业亦进行了深入研究。
深入教学一线，结合在音视频长期领先的技术，对录播系统有了进一步的理解，并提出了新一代录播系统。
解决传统录播系统存在的缺陷，贴合当前信息化、平台化的大背景，我们认为新一代的录播系统必须具备以下特质：
1.高质量成像
画面清晰、细腻、不失真，具备超高清晰度、超低照度特性。
最终录播视频达到真正精品标准，达到看着舒服的标准。
2.高质量立体声
好的音质需要具备空间感（环绕感）、定位感（方向感）、层次感（厚度感）。
最终录播视频中的声音要使人听着舒服。
3.高度集成化一体化
将各编码器、解码器、混音消除主机等设备进行集成化，构建嵌入式、集成化一体机。
4.高度智能化
采用人工智能技术在空间图像上的应用，使得系统能实现高精度的智能教师移动跟踪，学生起立检测。
采用智能触摸式控制系统，可实现移动控制。
5.快速共享传播
后端搭建云资源发布与共享平台，实现精品教学视频的快速传播共享。
解决传统课堂的局限性，实现全天无限制的“现代化课堂”。
最终达到“教师乐于课堂录播、学生乐于课后点播”的效果，实现“优质资源人人录、优质资源人人享”的愿景。
第二章方案总体设计
二.1设计目标
◆超高清智能成像
将教学过程中学生、教师、板书、PPT投影画面等进行采集，形成资源视频。
视频画面清晰、无色差、偏差，支持超高清。
考虑到网络传输带宽限制，需同时支持三码流：
高清、标清、流畅。
◆高精准智能检测
对正常教学中的教师移动、学生起立、教师板书等行为进行检测，保证检测的命中率，做到不漏检、不误检。
确保录播视频的真实准确性。
◆全自动智能录播
借助智能检测技术、智能导播技术，根据预先设置的录播规则实现一键开启，后续由系统进行智能录播。
减少人工操作中存在的延迟、失误等缺陷，做到无人值守智能化录播。
◆便捷式后台配置
合理设计后端配置页面，使配置项及文字说明简单易懂。
◆开放云资源平台
建立云资源发布和共享平台，实现资源点播、网络直播、在线编辑等功能。
二.2设计原则
凭借在平安城市级的系统研发建设经验、结合文教卫事业部在教育领域多年的耕耘，在录播系统设计上更加注重也更擅长构建先进、可靠、稳定、实用、灵活的系统，更加注重系统的兼容性、扩展性，更加注重流程化的科学管理。
◆先进性
保证产品所采用的技术属世界主流技术，在同类领域处于领先地位。
采用嵌入式高效率集成技术，增强系统集成度，减少复杂性。
◆可靠性
选用的硬件设备和软件系统经过严格的系统测试，并获得国家权威结构认证。
可长时间无故障平稳运行，系统软件具备高度容错能力，硬件产品经过高负载、高温测试。
◆实用性
贴合教学活动的实际应用场景，从真实使用者角度设计软件界面，充分考虑学生、教师及教学管理人员的思维及使用习惯。
二.3设计思路
结合在音视频采集和处理领域积累的领先技术，融入IP信息化技术，致力于打造一款录播行业的旗舰产品。
努力建设成继平安校园后，对教育系统又一巨大贡献，使得全自动录播系统成为每个学校、培训机构常用的信息化手段，有力地将教学推向高质化。
二.4指导思想
本方案坚决贯彻落实教育部颁布的《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》精神，结合《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》，展望更长远的技术演进，遵循“科学性、前瞻性、操作性”思路，与“三通两平台”中的“教育资源公共服务平台”建设紧密结合，积极响应“一师一优课、一课一名师”活动并为其提供技术支撑，努力实现教育现代化、优质教学资源共享化的建设目标。
二.5系统架构
从资源流向整套系统课分为三个层次：
资源采集层、处理存储层、业务应用层。
通过对视频、音频、PPT投影等资源进行集中式采集，通过SDI链路、IP网络链路、音频链路进行传输，经过录播一体机智能化分析处理形成录播视频，通过资源管理与发布平台，实现对课件资源的上层多氧化应用。
二.6系统配单
具体见精品录播系统5机位配单。
二.7方案特点
遵循简单化、集成化、简便化原则，致力于打造一款“简约&不简单”的录播系统，使其能被更多的学校所接收，不再有“想用但不敢用”的心理。
为此美电的研发和产品团队走访了大量客户，对比同类产品，精心开发出了更加贴合实际，具备大量众多特色优势的系统。
本方案在严谨的设计中又融入互联网核心精髓，使得整个方案具备四大特色。
二.7.1前端技术现代化
独特的视频图像处理技术
图像采集设备内嵌自主研发的智能跟踪算法，采用独特的人脸检测与头肩模型检测结合的方式，可以更加有效地实现对教师的跟踪及学生定位检测。
同时，设备具备高效的宽动态和底噪度效果，能有效地防止高亮度的环境光干扰。
在图像采集分析处理方面的技术能力在全国乃至全球都处于领先地位，遍布全国的美电摄像头每时每刻都在监视着整个城市，震慑怀有不轨之心的人。
在图像视频方面有着绝对的优势及自信，美电能够确保录播图像的清晰度，满足甚至超越精品视频对画质的要求。
稳定的嵌入式编解码技术
录播主机采用稳定性主板，采用性能强大的嵌入式编解码技术，可以高效地实现对各路教学视频进行编解码处理，同时相比较传统的pc架构，嵌入式技术还保证了整体系统的稳定性。
高度专一集成化技术
传统解决方案采用了大量设备进行叠加，虽然能够在一定程度上满足录播需求，但是也造成了录播系统的庞杂。
在系统建设中，增加部署复杂度，拉长了部署周期，调式也变得异常困难。
本系统结合美电多年的视音频采集处理经验，对传统录播系统进行集成化整合，大大降低了系统复杂性，同时保留了传统录播系统全部功能。
受益于简约的设备管控架构，讲台低下（或机柜）变得简洁，不再有大量设备产生的热量计风扇转动产生的噪音。
二.7.2控制系统智能化
智能化是现在科学一直致力于实现的追求，也一直致力于智能化研究，继前端视频采集实现智能化，在系统控制上也进入智能化。
智能触控
采用触控PAD进行管理，教师可通过简单手指触控轻松完成开启录制、一键拷贝等功能。
自主研发录播系统触摸控制键盘，与教学自助录播系统完美结合，可实现教师在课堂上实时、便捷、零负担控制录播系统。
将系统控制带入智能化时代。
实时预览：
支持教师视频画面、学生视频画面、导播合成画面实时预览。
触摸控制：
支持教师控制录播系统开始录制、暂停录制、停止录制。
一键屏蔽：
支持教师一键屏蔽录播系统，录播系统停止录制，外界无法访问本教室录播系统。
便捷下载：
支持教师下载随堂录制资源，可存储在教师自带U盘等存储介质中。
二.7.3上层平台共享化
速传与共享作为互联网精髓思维之一，也被融入了解决方案之中，成为了本方案浓重一笔。
借助云端的资源与发布平台直接与分散的录播教室建立起关联，录播教室的“视频课件”都可传递给平台，实现快速传播。
被赋予权限学生、教师、教务人员以及其他任何人员，都可以随时随地通过平台获取教学视频资源，使得教学摆脱时间的限制。
第三章系统详细设计
三.1设计概述
录播教室是整个系统非常关键的组成部分，所有的音视频采集均在录播教室完成。
因此录播教室包含了视音频采集设备、智能行为检测设备。
三.2视频采集
三.2.1视频采集
延续在图像采集及分析方面的优势，录播专用球机采用了自主研发高性能机芯，结合领先的室内视频采集分析技术，对教室内图像进行采集。
前后共5机位用于现场动态画面采集，其中教室后端3个录播专用球机分别用于教师全景、教师近景及板书特写。
教室前端2个录播专用球机分别用于学生特写和学生全景。
BL-E900PCB-D4/JY（智能），BL-E900PCB-D4
三.2.2功能特点
◆高清
录播专用球机采用了完全自主研发的机芯，最大分辨率达到1080P，具备20倍光学特性，具备超高清晰度、超低照度的特性。
◆开放
教育球机支持多样化的接口，包括网口、HD-SDI等。
三.3音频采集
三.3.1音频采集
针对课堂教学音频的采集，采用强指向录播吊麦和无线麦组合实现方式，其中录播吊麦采用大膜拾音头，提供更加宽阔的动态范围和瞬态响应。
无线麦的使用，可以完美地实现对教师课堂教学的声音高保真采集。
声音采集后通过数字音频一体机进行混音回声消除等处理后，进入录播一体机与视频合流存储。
三.3.2功能特点
通过硬件音频设备的多样处理，在声音的采集、传输处理、录制及播放四方面均有非常好的实现效果。
录播吊麦采用强直向模式，声干涉管结构设计，以极窄角度收音，保证有效拾音距离；直接耦合式设计，无变压器平衡输出，确保音质清晰，灵敏度高，且不易受环境噪声影响。
数字音频一体机，采用一体化设计，简化系统复杂度及布线难度。
集数字音频处理器、两路无线麦克风及两通道功放模块为一体，具备回声消除、语音激励和噪声消除功能。
三.4智能图像定位
三.4.1检测设备
在教室前半段还有2个教育半球和1个双目摄像机，分别用于教师板书检测、教师行为检测、以及学生起立检测。
三.4.2功能特点
采用双目摄像机对学生行为进行检测，借助领先的双目检测技术，可以实现学生行为的精准检测。
内置智能图像算法，通过检测摄像机进行智能图像检测，在检测到位后直接与视频图像采集设备互动。
无需定位检测主机，减少系统复杂度。
三.5智能导播
三.5.1录播一体机
自主研发的全新一代高清录播一体机，融合了多项IT专利技术，简约的19英寸1U标准机身，集成了视频编码、混音控制、自动导播、录播控制等功能，可满足高质量教学录播的需求，可广泛应用于教室的录播系统建设。
三.5.2功能特点
◆丰富视音频输入输出集成
◆高品质音频编码
专业级音频处理方案，支持啸叫抑制、噪声抑制
高品质AAC（AdvancedAudioCoding）音频编码，真实还原现场声音
48KHz高采样率，128Kbps音频码率
◆专业的导播功能设计
具备手自一体导播，支持电影模式、画中画模式、资源模式的导播。
三.5.3自动导播逻辑
内置自动智能导播逻辑，可实现全自动导播。
三.5.4导播逻辑—教师
1、初始状态显示教师全景画面；
2、教师在讲台缓慢移动，显示教师特写画面；
3、教师在讲台快速移动，显示教师全景画面；
3、当教师使用PPT进行讲解时，显示教师特写和PPT双画面；
4、教师进行板书书写时，切换到板书近景；
5、教师走下讲台，显示学生全景；
备注：
最终导播逻辑根据不同版本会有区别，以实际展现为准。
三.5.5导播逻辑—学生
1、一个学生起立互动时，切换成教师近景和学生近景双画面；
2、学生坐下时，回到教师近景画面；
3、多个学生起立互动，显示学生全景画面；
备注：
最终导播逻辑根据不同版本会有区别，以实际展现为准。
三.5.6导播逻辑—PPT
1、教师使用PPT时，显示教师近景和PPT双画面；
2、当PPT讲解完毕回到正常讲课时，回到教师特写画面。
备注：
最终导播逻辑根据不同版本会有区别，以实际展现为准。
三.6触摸导播键盘（选配）
触摸导播键盘采用触摸方式实现手动导播功能，采用摇杆实现相机的云台控制和变焦功能。
三.6.1导播功能
导播换面切换：
通过双击或画面拖动，可将需要的画面变成导播画面；
相机控制：
支持对选定相机的云台位置及倍率进行控制；
预置点调用：
支持调用相机的预置点；
画面布局调整：
支持对导播画面布局进行调整，可调整8种布局模式；
三.6.2功能特点
集实时预览、导播切换、相机控制等功能于一体，使管理员进行手动导播，实现方式简单方便，任何人都可快速上手。
三.7智能触控键盘（选配）
自主研发录播系统触摸控制键盘，与教学自助录播系统完美结合，可实现教师在课堂上实时、便捷、零负担控制录播系统。
三.7.1触控功能
实时预览：
支持教师视频画面、学生视频画面、导播合成画面实时预览。
触摸控制：
支持教师控制录播系统录制。
一键屏蔽：
支持教师一键屏蔽录播系统，录播系统停止录制，外界无法访问本教室录播系统。
便捷下载：
支持教师下载随堂录制资源，可存储在教师自带U盘等存储介质中。
三.7.2功能特点
自主研发录播系统触摸控制键盘，与教学自助录播系统完美结合，可实现教师在课堂上实时、便捷、零负担控制录播系统。
三.8录播系统管理软件
三.8.1软件概述
随着录播需求不断的膨胀，录播建设不再基于单一教室，而是呈现出集中化、多样化趋势。
因此如何管理有效管理众多录播教室成了使用单位选型考虑的重要内容。
联网集中式管控是现代大部分系统建设的基本要求，集中式管理可以在需管理量大幅增长的情况下，最低限度的减少使用和维护管理工作量。
提升设备使用和维护效率，为使用单位降低巨额的成本支出。
录播系统管理软件采用分布式技术，以大规模录播教室为基础，实现远程操控、集中查看和集中管理等功能。
录播系统管理软件采用模块化设计，各模块业务划分清晰，主要分为应用模块和配置模块两大类。
其中应用模块包括：
导播、直播、点播、发布，配置模块包括：
设备管理、用户管理和业务配置。
录播系统管理软件旨在对大规模录播教室进行健全的监控管理，促进录播教室的发展，节约投入成本和人力耗费，为教育信息化的发展和学校资源库的建设保驾护航。
录播系统管理软件简单易用，能轻松满足用户远程实现对录播教室的管理；
导播模式选择多样性，录播系统管理软件支持自动导播与人工导播，并支持电影模式、画中画模式、资源模式的导播；
三.8.2软件功能
◆导播
课程录制实时导播，包括资源切换、场景切换等。
支持手动和自动导播模式，支持云台控制，支持电影模式、画中画模式、资源模式切换等功能。
◆直播
当前课程录制实时同步播放。
可用于在线听课，解决传统教学听课方式存在的弊端。
减轻被听课教师的心理负担，减少听课教师对课堂的影响，最大化的保证课堂的真实性。
◆点播
视频课件点播以及基于课件的编辑、下载和发布。
通过检索查找可以点播需要查看的课程视频，授课教师本人可以通过视频进行自查，发现自身优势和不足。
其他教师可以通过点播查看别的授课教师教学视频，吸取优秀的经验。
学生可以通过点播在课后继续进行温故复习。
◆设备管理
对录制设备和业务服务进行添加、编辑和远程配置。
◆用户管理
客户端用户及权限维护。
提供管理员和操作员两种角色权限，管理员可使用录播管理软件的全部功能，拥有最高权限。
操作员只能观看在线直播视频，以及视频课件点播，无权对录播系统进行配置修改。
通过管理员和操作员的区分，可以解决在线点播、在线直播的需求，同时保护系统配置不被非法修改。
◆业务配置
业务配置主要建立录播教室与录播一体机的对应关系，通过对添加各录播教室中录播一体机的添加，实现对其远程管理的需求。
这一功能室录播系统管理软件最基础的配置。
另外可进行课表管理，实现对指定课程的点播（点播、直播）的管理；可进行视频课件一键发布的地址设置，本地视频课件下载地址设置，以及录播延时市场和点播默认预留时间等设置。
三.9装修部分（因地制宜）
录播教室的建设相当于一个简单的电视演播室，对教室环境有一定要求。
以传统教室整体风格为基础，在照明、建声上进行适当建设。
为了保证录播效果，下面我们将给出录播教室环境建设的基本要求和建议。
三.9.1顶棚设计
顶棚使用矿棉吸音板吊顶，规避杂音、回音影响音频质量。
吊顶不要安装风扇、空调出风口，以免造成杂音。
三.9.2四面墙体（地板）
使用高性能聚酯纤维吸音棉或木质吸音板，地板避免采用容易产生杂音的硬质瓷砖和硬地板（可用毛地毯、化纤地板等）。
三.9.3灯光照明
录播系统的效果不但与摄像机、音视频采集等设备具有非常重要的作用，与灯光系统的设计也有着很大的影响。
在这方面进行适量投资，就能很大程度的提高节目质量,获得满意的视觉效果。
总体遵循均匀布光原则，包括教师区和学生区。
灯具的选择既要保证健康，还要考虑节能。
参考值：
照度：
教师区照度在700lx左右，学生区在500lx。
色温：
要选择演播室标准色的3500或4000K。
三.9.4系统布线
录播教室内的线缆应尽量采用暗敷方式布放，教室讲台距控制机柜应预先埋设地槽或PVC管，布设时，在不影响美观的情况下尽可能走最短路线。
为保证教室供电系统的安全可靠减少通过电源的接触而带来的串扰，教室内音视频设备及计算机控制系统的设备供电应与照明、空调及其它相关设施供电电缆应分别进行铺设，并尽量采用专用的配电箱，用以对相应的设备分别进行开关控制。
教室供电系统所需线缆均应走金属电线管，如改造工程不具备铺设金属管时应走金属线槽，或金属环绕管（蛇皮管）。
其他线缆应采用PVC线管或PVC线槽进行敷设。
第四章资源管理平台
四.1平台概述
资源管理平台是根据国家在教学上的战略、以及各学校实际教学情况，结合现代信息化云技术，开发而成的适应各类学校的一套综合应用系统。
系统总体围绕课件课程管理、课程直播、课程点播、教学评价等四个方面进行系统设计，满足用户对课件的综合管理应用的需求。
借助该平台可以实现优质教学资源的共享，实现教学评估与学生对教师的评价，增加师生间的交流与互动。
四.2平台架构
主要围绕对录播后视频资源的管理与发布进行开发，实现在线听课、教学评价、资源点播、网络直播等功能应用。
平台基于BS架构开发，分为后台前端展现和后台管理两大部分。
四.3功能特点
平台主要分为前台用户使用和后台管理维护。
前台用户使用主要完成学生的在线学习、资源点播、网络直播、课程、评价，教师的在线听课、资源点播、网络直播。
后台页面主要针对教学管理人员，对整个平台进行课程、直播、平台公告、用户等的维护管理。
四.3.1应用端首页
在浏览器中输入应用端地址可以直接访问应用端首页，首页提供简单搜索功能，可以按课程、教师进行搜索，方便快速找到对应关键字课程及对应教师课程。
用户可通过上端图片链接快速进入直播页面，往下是最新课程及热门课程。
四.3.2课程资源搜索
全部课程页面显示所有教育视频资源，提供流行的筛选方式、详细的筛选条件帮助用户快速检索视频。
四.3.3直播及预告
通过播放器调用实现在线直播，实时查看正在进行的课堂教学。
对于后续直播安排提供列表进行预告。
四.3.4个人中心
个人中心可以查看自己的课程、收藏夹、观看历史，并对其进行管理。
四.3.5后台管理
教务人员可通过后台对平台进行管理，包括课程管理、直播管理、公告管理、用户管理、系统管理。
四.3.6视频在线编辑
教师可对视频进行在线编辑。
点击编辑按钮，进入视频的在线编辑页面。
如下图：
视频编辑页面，教师可以进行视频裁剪，和添加片头片尾的编辑。
如下图：
1、视频裁剪
通过视频裁剪功能，教师可以选取保留的视频片段，丢弃不需要的视频片段。
教师播放视频，或拖动视频到希望保留的片段，点击右侧“读取当前时间”，得到保留片段的开始时间和结束时间。
如下图：
如果有多个需要保留的片段，可以点击增加按钮。
完成编辑后，点击预览查看编辑后的效果。
点击“合成”按钮，替换编辑前的视频，或生成新的视频。
2、添加片头片尾
教师可对视频添加片头片尾。
点击右侧“片头片尾”标签，切换到片头片尾编辑的页面。
点击片头处的“
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