JY01北京汉博全自动录播系统设计方案V20多教室情况剖析.docx
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JY01北京汉博全自动录播系统设计方案V20多教室情况剖析
汉博全自动录播系统
方
案
设
计
北京汉博信息技术有限公司
2015年7月
目录
1系统概述4
1.1方案背景4
1.2系统概述4
1.3建设原则5
1.3.1先进性5
1.3.2成熟性与实用性5
1.3.3灵活性和开放性5
1.3.4集成性和可扩展性5
1.3.5标准化和模块化6
1.3.6安全性与可靠性6
1.3.7服务性与便利性6
1.3.8经济合理性6
2系统功能分析6
2.1VGA信号硬件采集7
2.2低带宽下组播功能7
2.3远程导播管理8
2.4多种导播模式9
2.5一键录制9
2.6多模式录制10
2.7多种分屏模式10
2.8多种画面转场特效11
2.9音频预监功能11
2.10云台控制12
2.11鼠标点击跟踪7
2.12鼠标侦听8
2.13多路高清录制6
2.14互动环出功能6
2.15自定义生成片头片尾12
2.16录制文件自动上传13
2.17低延时在线直播13
2.18多画面直播13
2.19在线点播13
2.20资源自动更新13
2.21视频上传自动转码14
2.22文件管理14
2.23文件快速检索14
2.24支持视频文档关联14
2.25个人空间14
2.26微课管理14
3系统架构设计15
3.1系统总体架构分析15
3.2音频设计16
3.3视频设计17
3.4跟踪系统设计18
3.4.1教师跟踪模块18
3.4.2学生跟踪模块19
3.5中控系统设计20
4核心产品介绍20
4.1云录播服务器20
4.2跟踪拍摄摄像机21
4.3录播中控EM600-C22
5系统设备清单23
6装修建议27
6.1顶棚设计27
6.2四周墙壁27
6.3地面27
6.4窗帘27
6.5灯光28
6.6灯管：
使用电子整流器的三基色灯管28
6.7教学室的音响效果28
6.8教室供电系统28
7公司简介29
1系统概述
1.1方案背景
近年来，由于教育信息化的发展，基于网络的音视频录制、点播、直播成为学校多媒体教学应用的一项重要需求，由传统的视频录制逐渐扩展到网络直播、点播，同步课堂，翻转课堂等先进的应用方式，成为教育网络普及之后一项新的建设热点，推动了在教育行业的广泛应用。
多媒体智能录播系统借助IP网络开放、自由、交互性强的特性，打破时间与空间的束缚，架起无限开放的教育信息平台，开拓了崭新的、广阔的学习空间，为教育资源的重新分配和积累提供了强有力的支撑。
国家教育部开展2014年教育信息化工作部署，推广“一师一优课、一课一名师”活动。
力争使每位中小学教师能够利用信息技术至少上好一堂课，使每堂课至少有一位优秀教师能够利用信息技术讲授。
进一步推进各地区教育信息化工作的顺利开展。
为了配合活动的顺开开展，北京汉博信息技术有限公司推出了全自动录播系统，系统具备简易的操作方式、强大的数据处理能力、先进的信息技术、特切的细节功能等特点，使教师畅享优质教学成果，提升教师队伍的教学实践能力。
1.2系统概述
北京汉博信息技术有限公司推出的全自动高清录播系统采一体式架构，支持四路高清HD-SDI采集，一路DVI电脑信号采集和一路声音采集，支持DVI和VGA输出。
系统将这五路视频信号和一路音频信号进行采集编码，录制成标准的mp4文件进行存储，供后期点播和下载，同时也可对编码后的信号数据进行前端网页的实时直播发布，供前端pc端用户和移动端用户观看。
配合智能跟踪系统对教室内上课情况进行跟踪拍摄、自动切换，实现无人值守、教学常态化录制。
1.3建设原则
作为现代化多媒体教学系统，其智能化系统工程必须要符合当今数字化、信息化、系统化、现代化的建设进程。
系统建设应采用先进成熟的网络技术、计算机信息技术、自控技术、现代化通信技术，并结合实际情况，遵循先进性、成熟性、可靠性、灵活性、开放性、实用性等原则。
我公司以用户至上为原则，在符合国家规范的前提下，最大限度地满足用户的需求。
以下是我公司为客户利益着想，本着技术先进、高效便利、投资合理的精神在系统设计中所坚持的八条原则。
1.3.1先进性
本系统选用先进、实用的技术和功能完善的产品，一流的设备，在技术上适度超前，整个系统体现当今多媒体技术的发展水平，符合今后的发展趋势。
在今后相当长的一段时间内可保持其技术的领先地位。
1.3.2成熟性与实用性
各子系统应采用先进的，已使用过并被证明是成熟可靠的产品，同时具有实用性，充分发挥每一种设备的功能和作用。
本系统可充分满足可视管理的要求，操作方便，维护简单，便于管理。
1.3.3灵活性和开放性
在满足客户当前要求的基础上，系统应具有开放性和兼容性，可以与未来扩展的设备具有互联性与互操作性。
1.3.4集成性和可扩展性
系统设计中充分考虑各录播教室的集成性，确保系统总体结构的先进性、合理性、可扩展性和兼容性，使用不同厂商，不同类型的先进产品，使整个系统可以随着技术的发展和进步，不断得到充实和提高。
1.3.5标准化和模块化
严格按照国家和地区的有关标准进行系统设计和设备配置，并根据系统总体结构的要求，将各子系统进行结构化和标准化，综合体现当今世界的先进技术。
1.3.6安全性与可靠性
必须重视录播教室内设备系统的安全性和可靠性，因为在设备选择和系统设计中安全性和可靠性始终是放在第一位的。
例如在系统管理程序中采取严格网络等级操作措施，防止非法访问和恶意破坏。
1.3.7服务性与便利性
为适应录播教室的各种功能需要，所采用的系统应能充分体现对录播教室内管理者和使用者各个方面的操作可靠、方便和高效等。
1.3.8经济合理性
设备选型和系统设计要确保满足用户的需求，具有技术上的先进性、可行性和实用性，丢掉附在其上的“泡沫”，并达到功能与经济相统一的优化设计。
2系统功能分析
2.1录播系统功能
2.1.1多路高清录制
支持4路1920*1080高清分辨率课件录制且向下兼容,纯硬件VGA信号采集。
2.1.2互动环出功能
系统支持电影模式画面全屏本机硬件DVI/VGA环出显示，通过环出功能将导播后的主视频画面传送到互动终端，可实现多间教室音视频互动，让其他参与的人员可以共同上课、同步答题。
2.1.3VGA信号硬件采集
系统采用VGA信号硬件采集方式采集教师讲课课件内容，在高分辨率、高帧率的情况下，完美保障画面的清晰度及流畅度，最高可达1080P，60帧/秒。
2.1.4低带宽下组播功能
我司录播系统支持组播功能，可使大量教师及学生同时在线直播学习，同时降低主干网络带宽压力。
将所有需要观看视频直播的主机加入同一个虚拟组，此虚拟组以1路带宽访问直播服务器，网络中的交换机和路由器只向有需求的主机复制并转发其所需的直播视频资源。
这样既能一次将数据传输给多个有需要（加入组）的主机，又能保证不影响其他不需要（未加入组）的主机的其他通讯。
如果没有组播功能只能单播直播，每一个主机需要占用主干网络或主服务器的1路高带宽，此情况下不但使参加在线直播学习的数量很少，而且会导致服务器因登陆数量过多而死机，更会影响其他不参与直播学习人员的网络，严重浪费网络资源。
2.2跟踪系统功能
2.2.1全自动跟踪拍摄
系统采用图像分析技术，通过捕获老师、学生的动作进行行为分析，判断老师的移动、学生的起立和坐下等动作进行有效的策略跟踪。
保证直播画面的智能切换和课堂焦点画面的跟踪拍摄。
2.2.2鼠标点击跟踪
自动导播时,通过鼠标点击跟踪可以对跟踪目标进行快速准确定位，保证课件录制的效果。
2.2.3鼠标侦听
在自动导播模式下，教师通过点击鼠标键盘使电子讲稿画面自动切换到主画面，无需后台人员干预。
2.3导播系统功能
2.3.1远程导播管理
系统支持远程导播管理，通过IE、谷歌等浏览器可对录播系统进行远程多画面导播、云台控制、转场特效、参数设置等。
2.3.2多种导播模式
系统支持自动导播、半自动导播及手动导播控制,半自动导播支持手动导播模式下老师、学生自动跟踪，用户可根据课件录制时需要进行选择。
2.3.3一键录制
通过导播窗口即可实现开始、停止录制,课件录制过程中有一段不需要录制可进行暂停,再点击开始录制时视频会连续进行录制，且生成一个完整文件。
2.3.4多模式录制
对录制的课件可生成多种录制模式，电影模式（单流单画面）、资源模式（多流多画面）、画中画模式（单流多画面）等，既对后期编辑提供丰富的可用素材，又为在线观看、网络直播提供多种视觉感受。
2.3.5多种分屏模式
支持单画面、画中画、等分屏、多分屏等多种分屏模式,用户可在同一主播窗口同时观看教师学生等多路视频。
画中画等分屏多分屏
画中画:
一路主画面一路辅助画面，辅助画面可在主播窗口四角任意调整。
等分屏:
等分屏显示两路视频信号，教师、学生、全景、VAG等信号可任意组合。
多分屏:
可同时显示七路视频信号，一路主画面三路小画面，教师、学生、全景、VAG等信号可任意组合。
2.3.6多种画面转场特效
支持淡入淡出、四角飞出及3D等多种画面转场特效,使录制的课件更加生动丰富。
2.3.7音频预监功能
用户通过导播窗口即可对音频输入进行直观监测,避免课件录制完成后无音频等情况的发生。
2.3.8云台控制
手动/半自动导播模式,可通过云台控制对需调整的跟踪摄像机进行调整，同时支持6个预置位的添加及调用。
2.3.9自定义生成片头片尾
具备自定义模版格式功能，创建具有个性的片头片尾样式；录制前加入片头片尾信息，包括课程属性设置包括授课教师信息、课程信息等，最终形成完整的视频文件。
2.4资源平台功能
2.4.1录制文件自动上传
录制课件完成后,课件自动上传到资源管理平台,实现资源的两地存储,确保资源安全的同时,实现远程用户的点播观看。
2.4.2低延时在线直播
采用先进的编解码技术对音视频信号进行处理，在非网络延时的情况下使用户远程看到的本地图像清晰流畅，且延时小于500ms，提高了本地与远程的互动性和实时性，让更多参与到课堂的人员体会身临其境的效果。
2.4.3多画面直播
支持IE、谷歌等主流浏览器进行资源模式的多画面播放,便于观看教室内各场景画面。
2.4.4在线点播
上传到资源管理平台的视频文件，远程用户可以点击观看,利于对上课内容的复习、巩固。
可以为教师提供自我反思，通过观看录制的视频可以看到自我上课的情况并调整自我状态；对学生可以提供课后的复习，学生上课时不能完全记住所有学习的知识点，通过网络可对上课内容进行反复的观看和学习，直到完全掌握。
2.4.5资源自动更新
上传到管理平台的视频文件，在平台首面会自动更新，远程用户可实时观看最新的视频文件。
2.4.6视频上传自动转码
平台支持多种视频格式文件上传，并支持对文件的自动转码功能，转码可进行手动选择，可实现MP4\ASF\WMV\FLV等多种格式的转码，使文件格式统一化，无需人为特定操作即可自动执行。
2.4.7文件管理
用户可对权限范围内的文件资源进行上传、下载、删除等操作。
具有文件权限分配、类型存储、指定分配、修改属性等多种功能，方便用户灵活使用，不局限于单一的功能选择，配合管理者的想法进行文件的综合管理。
2.4.8文件快速检索
支持按年级、学科、关键字等多级查询，方便文件快速查找。
2.4.9支持视频文档关联
支持视频、文档关联，在点播视频时可查看与视频关联的相关文档说明。
2.4.10个人空间
平台支持个人空间模块，用户通过个人进行视频、文档的手动上传与管理，同时支持文字、音视频互动教研等。
2.4.11微课管理
平台支持微课管理，用户可将完整的视频课件按知识点、时间等在不破坏原视频文件的基础上虚拟成多个微课，同时也可按年级、学科等进行快速检索。
3系统架构设计
3.1系统总体架构分析
此方案中全自动录播系统由智能图像跟踪系统、音频采集及扩声系统、视频采集及显示系统、中控系统、录播服务器及教育云资源管理平台所构成，所有子系统都与此次方案紧密结合，保证各个子系统都可发挥最佳性能，保障系统运行效果。
全自动录播系统采用一体式架构，主要配置：
汉博EM324智能采播服务器、EM600-H智能图像跟踪主机、辅助定位摄像机和跟踪摄像机及场景摄像机完成图像的智能化拍摄、录制、存储、跟踪等效果；采用全指向性吊装麦克风和数字音频处理器对音频进行采集及处理保证录制的音频质量，通过计算教室的大小、高度、装修等因素进行音频系统规划；教师讲桌集成中控系统，可对教室内的设备进行控制，包括采播系统的一键开启、关闭及切换投影机显示画面等功能。
3.2音频设计
此方案中音频采集系统在教师区域采用一支界面拾音器用于拾取教师声音，在学生区域采用6支全向形界面拾音器用于拾取学生回答问题的声音；配置智能混音器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；配置高品质功放音箱设备进行本地扩音使用。
3.3视频设计
此次方案中采用多路视频组合方式进行视频取景，包括教师跟踪图像采集、教师全景、学生跟踪图像采集、学生全景及一路教师PC的图像；在教室后墙壁中心位置安装1台教师跟踪摄像机和1台教师全景摄像机用于采集教师在讲课时的实时图像；在讲台侧面布有1台学生跟踪摄像机和1台学生全景摄像机用于采集学生上课时的图像，包括学生的特写、全景画面等；由录播服务器进行解码录制、存储、直播，教师PC画面由中控系统切换到投影机进行输出，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智能图像分析主机，通过图像识别技术，智能判断移动的人体目标，并将控制指令发送给采播服务器，进行录制时策略的切换。
同步课堂我们通过互动终端把远端教室的学生听课画面显示到我们的反显电视上面，授课教师在本班级授课的同时也可随时与远端听课的学生进行互动。
3.4跟踪系统设计
该系统主要由教师跟踪模块、学生跟踪模块构成，两大模块集成在同一套系统软件中，可以根据现场需要，设置它们同时工作，或者单独控制某一模块开启或关闭。
智能导播策略有机融合在各个跟踪模块中，跟随跟踪功能同时开启、关闭，多模块同时工作时，由系统自行判断进入导播逻辑组合工作模式，实现各模块无缝融合，协同工作。
该系统还可拓展PPT智能判别模块，该模块以绿色免安装软件的形式运行于教师机上，智能判别教师演示PPT的内容，并将结果通知录播主机。
3.4.1教师跟踪模块
该模块采用先进的图像识别技术，通过对教师定位摄像头所采集图像的逐帧处理与算法分析，实现对整个教室范围内教师目标的准确识别和定位，并根据教师所处场景与区域的不同，通过智能化策略分析，控制云台给出准确平稳的教师特写或中、远景镜头。
模块特色技术包括：
跟踪范围广，可以包括整个教室区域，并能够根据场景不同，自动应用不同的特写策略：
教师在讲台区域活动时，跟踪模块能够自适应教师移动速度，控制云台移动，给出平滑连续的教师特写镜头，保证教师不会从画面中消失的同时，使其能够始终位于画面中合理的位置；
讲台区域出现多个目标时，系统自动将镜头切换为讲台区域全景；
讲台区域无目标（即教师走出讲台区域）时，系统自动将镜头切换为教室中景；通知录播主机教师消失，并且将主画面切换至学生的全景画面。
从图像分析根源入手，优化目标提取和位置判定，大大提高了教师目标提取及位置计算的准确性应用“智能动态防抖技术”，对教师的行为进行微识别，自动忽略教师小幅动作（如原地转身、翻书等），避免因此可能带来的镜头抖动或频繁移动，保持跟踪画面稳定；用户可根据现场情况，自由设置跟踪区域及屏蔽区域，最大程度杜绝各类干扰。
3.4.2学生跟踪模块
该模块采用先进的图像识别技术，使用两个宽视角学生定位摄像头同时进行拍摄分析，全方位覆盖整个学生区域，又融合了人体行为仿生学的先进图像分析算法，准确捕捉学生的起立与坐下动作，专业精确的校正模型，最终计算出学生所处的准确三维位置，控制云台给出起立学生特写，并在“先到位后切换”的导播准则下，与录播系统进行通信，保证录播画面无“垃圾镜头”。
模块特色技术包括：
从图像分析根源入手，将人体姿态和行为学特征有效融入算法，优化目标提取和位置判定，大大提高了学生目标提取及位置计算的准确性，将时间、空间等多重匹配策略有机融合，大大提高目标匹配的准确程度，有效防止因学生俯仰、窗帘摆动等情形所造成的伪目标，独创性的引入区域屏蔽概念，并在模块中得到完美应用，仅需提前设置少许参数，即可实现对真正有效学生目标的甄别和提取更加贴近人工录制的导播策略，单个学生起立时给其特写镜头，多个学生起立时给出全景镜头，同时记录所有起立学生的位置信息，当其它学生坐下，仅有一位学生仍站立时，自动给出该学生特写画面。
3.5中控系统设计
录课教室首先是一间常规的多媒体教室，多媒体教室综合应用了现代多媒体控制技术，协同控制计算机、影碟机、录像机、实物展台等现代视听设备，并集中控制电动窗帘、灯光、幕布等外围设备，通过大屏幕投影或液晶电视，营造出一个高精度大屏幕演示、高保真音质、受控声光背景的现代化多媒体视听教学环境。
这样声像并茂的教学形式，使学生更易于领会接受授课内容，提高了教学质量的提高。
HAPPOK录播控制系统集多媒体中央控制系统、采播系统控制、定位系统控制、导播系统控制于一体，为整个采播系统的大脑，通过控制面板可以控制整个全自动采播系统所有设备的开关，一键式开启图像定位系统和采播系统，通过面板可以选择自动导播和手动导播，通过面板直接切换相应通道。
4核心产品介绍
4.1录播服务器EM324
EM324
1.集图像跟踪、导播、录制、直播于一体的多功能录播平台
2.实现教师、学生、计算机、等多场景的自动切换，支持鼠标监听功能。
3.系统支持录制生成单画面电影模式、多画面资源模式（教师特写、学生特写、老师全景、学生全景、VGA信号5个独立文件）、画中画模式，并且同时生成二分屏、三分屏、四分屏，每个画面可任意切换成大画面，并且系统支持两种码率录制，根据不同的需求生成文件。
4.系统可支持电影模式、多资源模式同时录制，用户可随意选择任意一路视频文件进行编辑。
5.切换特效，画面溶解、左边推进、左边飞进、左面飞出、上面飞进、上面飞出、上面推进。
6.录制时自动生成片头片尾；支持自定义图片片头片尾的添加。
7.系统支持4路高清HD-SDI视频高清视频和1路高清DVI输入，支持1路mac声音输入，同时支持一路VGA和一路DVI输出。
8.系统支持纯硬件VGA采集卡方式采集计算机屏幕内容，与视频同步合成课件；
9.同步直播授课老师的视频、音频以及计算机屏幕内容。
可以清晰流畅的直播屏幕中所放的动态画面。
10.支持远程导播
11.支持1080P分辨率下电影模式和资源模式同时录制
12.Flash远程直播，非网络原因直播延时小于1秒
4.2跟踪拍摄摄像机EM600HD-P
EM600HD-P
●采用FULLHD高清图像，1/3英寸，500万象素的高品质HDCMOS传感器，有效像素达207万，可实现1920x1080超高分辨率的优质图像。
输出帧频最高可达60/50帧/秒。
●低噪声高信噪比，2D和基于运动估计的3D降噪算法，采用美国新一代低噪声传感器，有效的降低了噪声。
●可选摄像机倒装功能
●可对128个位置进行预先设置
●RS-232C远程控制（VISCA协议）
●像素动态图像：
16：
9207万有效像素;
●静态图像：
16：
9210万有效象素
●视频信号1080P/30/25、1080I/60/50、720P60/50
●镜头变倍18倍光学变焦，f＝4.7～65.8mm
●视角3.8°（远端）--55°（近端）
●最低照度1.8Lux
●白平衡自动/手动
●聚焦自动/手动
●光圈自动/手动
●电子快门自动/手动
●背光补偿打开/关闭
●信噪比>50dB
●输入/输出接口高清接口DVI、HD-SDI（3G）
●控制信号接口8芯miniDIN
●控制信号格式起始位：
1位、数据位：
8位、停止位：
1位、波特率：
9600bps
●电源接口HEC3800电源插座
4.3录播中控EM600-C
EM600-C
●内嵌式红外学习功能，无须配置专业学习器，使用更简单，存储更可靠；
●强大的网络功能，完善的周遍设备，稳定可靠的机器性能；
●6路独立可编程红外发射接口，可远程控制多台红外遥控设备；
●4路I/O接口，连接门磁开关或锁控面板同时支持设备防盗报警功能；
●内置2路话筒输入带卡拉OK混响功能；
●4路独立可编程RS-232控制接口，可RS-232码分控多台投影机或第三方通讯设备，如：
信号切换器、电源控制器、调光器、读卡器等；
●内置投影机灯泡检测延时电路，实现电动屏幕连动和完全保护投影机；
●采用一键式联动控制管理功能；
●内置6×3视频矩阵切换，并带预览功能，视频频宽高达100MHZ；
●内置8×3音频矩阵切换；
●内置4×2VGA接口带400MHz长线驱动器，支持数字电视或数字影碟、数字实物展台，另带2路电脑图象同步音频输入；
●内置2路网络开关，可禁止教师电脑上网；
●内置电动屏幕、投影机延时电源、设备电源控制、音响电源控制；
●内置2路专业数码音量、音色控制模块；
●可设置控制面板的使用权限；
5系统设备清单
序号
货物名称
品牌型号
数量
单位
单价
总价
备注
1
高清录播主机
HAPPOK/324
1
台
2
录播系统
HAPPOK/EM600－S
1
套
3
远程导播
HAPPOK/EM600-CB
1
套
4
录播中控
HAPOOK/EM600-C
1
台
5
跟踪主机
HAPPOK/EM600-H
1
台
6
跟踪系统
HAPPOK/EM600-ITS
1
套
7
定位分析摄像机
HAPPOK/EM600-HF
4
台
8
资源管理平台
HAPPOK/EM600-Z
1
套
9
数字音频处理器
HAPPOK/EM600-VD
1
台
10
吊麦
海之声JMC-420
6
支
11
跟踪云台摄像机
HAPPOK/EM600HD-P
2
台
12
全景高清摄像机
HAPPOK/EM600HD
2
台
13
功放
声海/SOUNDHAIDS-120
1
台
14
互动终端
Hapook/EM600-M
1
台
15
音箱
声海/SOUNDHAIAT-310
1
对
16
电源时序器
誉进SLY-8A
1
台
17
精品安装
对教室的天花、地
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