学校全自动系统解决方案.docx

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学校全自动系统解决方案

校园全自动录播系统

解决方案

2018年

前言

随着教育信息化的不断改革和计算机多媒体技术的更新与发展。

目前，国家不断推动“一师一优课”“一课一名师”“精品课件”建设项目的开展，使得教育现代化手段不断创新。

教育部领导曾在教育信息化试点工作座谈会谈话指出：

教育信息化的核心理念是信息技术与教育教学实践的深度融合。

简单的硬件设施不是教育信息化，只有把信息技术与教育教学过程结合起来，利用信息技术改造教育教学的过程才是教育信息化。

教育部办公厅关于《2015年教育信息化工作要点》的通知，围绕解决教育改革发展的重大问题，以支撑教育改革、促进教育公平、提高教育质量为重点，全面深化信息技术在教学，管理等方面的应用，为实现教育现代化和构建学习型社会提供有力支撑。

建立基础教育教学信息化专家库，完善资源评估准入机制，鼓励企业系统开发与教材配套的基础性数字教育资源和满足广大师生需求的个性化数字教育资源，形成数字教育资源持续开发应用的新机制，推动各地形成具有本地特色和校本特色的教学资源，实现基础性资源全覆盖，个性化资源日益丰富，新信息时代。

智能化录播系统以将教学现场实况（包括老师的图像和声音，师生交流互动，老师的课件和板书）进行录制和直播。

同时可以和学校的服务器相连形成教学资源库，以便学生课后的复习点播和教师的科研交流。

随着教育信息化的爆炸式发展智能录播系统是当今教育行业必不可少的一部分。

智能录播系统针对现今高教、普教、职教等信息化教学的重点需求，利用先进的网络视频SDI、VGA与HDMI等信号采集编码技术，实现老师的PPT讲稿、多媒体课件、现场多路的音视频信号实时采集压缩，并以标准的流媒体格式实现在网络中的传输、存储、管理、发布，并且自动生成网络教学课件，同步进行网络的点播、广播、直播、存储、后期编辑等多种利用，真实再现课堂教学的全过程，完成全程全自动录播作业，是集图像分析技术、流媒体传输技术、声音降噪技术、视频防抖技术、视频编码技术于一体的先进录播系统；协同控制录制机、摄像机、吊麦、调音台等现代视听设备，通过触摸屏或电子白板，营造出一个高精度屏幕显示；高保真音质的现代化多媒体视听教学环境，实现了人工智能与自动控制的完美结合。

通过软硬件产品的全方位结合，把多媒体高清视频采集进行广泛应用，以信息技术为手段，为建立教育资源共建共享体系，改进教师资源的均衡配置，促进优质教育资源合理分配，解决教育资源。

第一章：

项目的概述和依据

1.1项目概述

为解决学校的优质教学资源共建共享，推进基于课程的互动教学、课程内容建设，通过建设网络教学实时录播系统，完善课程建设过程性评估与教学质量监督管理、精品课程评估，从而减轻教师课程建设强度，加强互动交流，倡导自主学习，培养创新型人才。

随着教育信息化和信息智能化的发展，网络教学实时录播系统已成为现代化教育视频建设的重要组成部分。

学校录播系统建设中充分利用现有资源，建成后不仅具有视频互动的功能，还具有召开大型会议、远程培训、远程视频呈现、远程调度、重要事迹报告等功能。

系统能够实现平滑扩容和升级，将来能够向更高带宽和更高图象质量扩展

学校录播系统利用计算机技术、网络技术、音视频压缩技术、多媒体技术，遵循TCP/IP标准，构成具有广泛应用、支持网络的广播、直播、存贮、后期编辑等多种功能专业录播系统。

1.2设计理念

传统的录播在解决多个教室统一录制管理的实际使用过程中会经常遇到困扰用户的问题:

●无法实现多间教室同时进行老师、学生的全自动跟踪摄像。

●由于集控式录播系统肩负着对多个教室的录播和管理，均采用高性能的专用服务器，其高昂的价格不但大大增加了用户的预算，且在实际应用过程存在较大风险。

●大部分集控式录播都在采用把各个教室端的各路视频源、VGA源采集传输到控制服务器中，形成多个单个的视频文件，再由后期进行合成和编辑，增加用户工作负担。

智能录播产品正是以《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》为纲要而开发的一套面向教育系统精品课程建设、微格教学建设、微课程、远程教学等重要教学环节的录播设备，能在满足教学常态化的前提下，生成教学实况录像，完整地记录教师在授课中的活动,记录整个课堂的教学过程，实现教师授课、PPT课件等多路音视频信号的自动跟踪、录制和直播、点播功能，并最终将这些声音和画面形成具有极高的再利用价值的音视频文件，以供广大师生及教研管理者课后点播观研、网上共享或上交相关组织完成重要使命。

1.3设计原则

✧前瞻性：

超薄机身一体化硬件设计，易用易维护的嵌入式设计理念，独特的双显卡配置，保证系统先进性。

✧便携性：

体积小巧、携带方便，随时随地满足录播需求，对室内外活动进行录制直播。

✧易用性：

直观的操作界面，简单的操作方法，即使非专业人士仅需简单培训即可快速上手。

✧先进性：

录制生成的课件可支持Ipad、Iphone、Andriod等移动终端播放，很好的考虑到学生未来移动学习的需求，大大提高实际学习成效。

✧高集成：

集视频切换、屏幕采集、视频录制，课堂直播等功能于一身，省去了复杂的连线，避免了各个设备间的数据延迟。

1.4设计标准

1、网络设计和网络设备符合以下标准：

1）IEEE802.310Base-T网络标准；

2）IEEE802.3100Base-TX快速以太网标准。

2、通讯协议标准：

络层和传输层TCP/IP协议并兼容IPX协议，支持PPP和SLIP协议。

3、布线和电气安装标准

1）GB/T50311-2000建筑与建筑群综合布线工程设计规范；

2）ANSIEIA/TIA607民用建筑通讯接地标准；

3）ANSIEIA/TIA-568A商务建筑布线标准；

4）ANSIEIA/TIA-569A商务建筑通道标准；

5）ANSIEIA/TIA-606商务建筑布线系统文档建立标准；

6）EIA/TIATSB-67商务建筑布线系统测试标准；

7）GB50254-50259-96《电气装置安装工程施工及验收设计规范》；

8）GA/T75-94《中华人民共和国公共安全行业标准》；

9）GYJ125-86《厅堂扩声系统声学特性指标标准》

10）GB6510-86《30MHz-1GHz音频和视频信号电缆分配系统》；

11）GBJ《有线电视广播系统技术规范》；

12）GY106-92《民用建筑电缆电视系统工程技术规范》；

13）《民用建筑电气设计标准》。

4、专用产品标准：

1）设计中采用的专用产品，其生产检验过程符合我公司制定的企业产品标准。

2）标准号：

Q/HDZQX001-2002。

1.5设计特点

●采用特有的图像分析技术，根据目标特征进行检测，识别到目标物体的位置，并对该物体进行平滑跟踪。

构图合理：

教师特写镜头、教师全景镜头、学生特写镜头、学生全景镜头﹑板书以及VGA信号等丰富的视频场景。

切换策略合理：

以教师特写镜头为主镜头，其他为辅助镜头进行多个场景之间的自动切换，输出最符合教学现场的教学画面进行同步录制。

跟踪平滑稳定：

系统采用国内最新的图像识别技术来实现摄像系统的自动跟踪，生成精美的教学课件，从而加快了课件资源普及的进程。

●支持多种浏览器，如：

IE、safari、谷歌、火狐等，无需额外安装任何插件，即可播放课件。

●基于各大视频网站的Flash编码压缩技术，通过IE浏览器即可收看直播，数据压缩比例高，数据小，传输速度快。

●全场景全自动拾音，完美还原现场声音：

对于声音系统的建设需要更加的专业和细致，科技充分研究了授课环境的声学特性，采用高科技拾音器吊装设计，实现了声音的完美采集，准确还原教学现场声音。

●简单易用，一键录播

教师上课，可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。

●稳定安全，性价比高

采用了嵌入式系统架构，具备高效能与高稳定度，每个教室只需要配置一台嵌入式录播主机，加上两套智能跟踪摄像机及混音器和拾音器即可，成本相对比较低，高性价比。

1.6应用范围

通过录播教室的摄、录、播、管四个环节满足教育信息化建设对于应用建设的需求，充分将网络建设和应用建设统一起来，彻底摆脱校园网络使用无应用可用的困扰，解决学校长期没有实用于自己的教学资源、学生课后无法温习本堂课的内容等问题。

●精美网络课件制作

系统能自动生成可供网络点播的网络课件，后期可对录像文件进行保存、管理及后期利用。

●优质课程资源库建设

可以为学校进行优质课资源库建设，通过建设优质课程资源库，整合学科教研资源，建立教学视频互动教学模式，利用教学网络实现师生共享网上优质资源。

●远程教学应用

随着网络技术的运用普及，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。

通过嵌入式自动课程录播系统，用户可以进行课件的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。

用户可以随时随地进行观摩、学习，不再受空间和时间的限制。

●微格教学

教师的教学技能训练一直是学校关注的重点，以往通过上教室现场听课的方式无法正确客观地对教师进行评

估，已经无法满足学校的需求。

针对学校的需求，通过录播系统，可将授课教师的授课过程录制下来，并可进行回放，供授课教师和教学专家进行分析，同时，远程教学专家通过远程的观看，也可实时的参与到对本次授课的分析中，实现本地/远程的教学分析组合，从而方便的实现学校教师的在职培训，促进教师队伍教学水平的提高。

●幕课教学

世界上席卷起“慕课”的风潮，在远程教育教学、高校中传播甚广，而“慕课”如地震海啸般从高等教育逐渐涌向基础教育，对中国基础教育将产生新的变革。

“慕课”是继班级授课制以来最

重要的教育方式变革，与高等教育的课堂有很大不同，基础教育的“慕课”是和“翻转课堂”的概念联系在一起的。

●多校区互动，网络大课堂

通过网络，在本校或不同校际间形成以授课教室为中心的教学大课堂，在授课过程中，授课教师可以主动提问大课堂学生，并与学生进行互动，大课堂内的其他班级可以观看到互动的全过程；同时，授课教师也可选择接受大课堂的学生提问，从而使得教学过程更加生动，内容更加丰富，制作的课件更具应用。

●企事业单位培训、专家报告、重要会议录制

在企事业单位里，各种培训、专家的报告、重要的会议越来越多，各种如手工记录、人工录音和人工录像的原始模式已经无法满足需求。

随着信息技术数字化、网络化进程的不断深入，通过录播系统进行全方位的录制，能够真实地记录各种会议的全过程，并作为历史资料永久保存下来，可以方便用户在会后进行资料查询和播放。

第二章：

系统方案简介

2.1系统示意图

2.2系统设备分布图

2.3各子系统功能

2.3.1图像识别智能跟踪系统

对于自动录播系统,其最大的特点是录制过程无人值守,因此要求系统能自动拍摄/自动捕捉画面/自动切换图像,所有这些功能均集成在录播主机，由一套主机完成图像识别智能跟踪。

图像识别智能跟踪系统采用智能图像分析算法、精确跟踪教师的走动，教师无需佩戴任何辅助设备，真正做到常态化；学生采用高度识别判断，通过学生行为自动判断学生起立动作，当学生起立时，向学生跟踪摄像机发出指令，实现自动跟踪，对场景、人物完成推拉、特写等拍摄动作；跟踪过程无缝覆盖所有区域、无死角，且不受光线的干扰和影响。

2.3.1.1教师图像分析自动跟踪

教师智能跟踪摄像机集全高清全景摄像机和全高清定位摄像机于一体，安装在教室后方，覆盖讲台区域，通过教师智能跟踪摄像机在讲台区域设置有效跟踪区域，当教师在讲台的有效工作区域内活动时，进行图像信息的分析，自动识别教师的位置，发出跟踪控制命令，自动对教师进行跟踪拍摄。

2.3.1.2学生图像分析自动跟踪

学生智能跟踪摄像机安装黑板一侧，覆盖学生区域，当学生站起来时，学生智能跟踪摄像机进行图像信息的分析，自动识别学生站起的位置，发出跟踪控制命令，摄像机对学生进行跟踪拍摄。

1）跟踪系统可自动探测、跟踪运动目标，实现对运动目标的自动跟踪，确保录像画面连续、稳定、平滑。

2）跟踪系统支持特写、全景等景别自动切换，图像定位系统自定义切换策略，完美展现授课过程中的每一个细节。

3）跟踪范围不受限制，可以覆盖整个教学活动的所有范围，无盲区；跟踪时，系统自动对被跟踪目标进行近距离拍摄，让跟踪对象始终成为画面重点，符合人物拍摄要求，从而避免了采用感应区域定位方式跟踪时所产生的跟踪对象不能特写的问题跟踪摄像工作可由系统全自动完成，而不需要操作人员的帮助，整个跟踪过程非常贴近人工拍摄；跟踪过程不受被跟踪者移动速度快慢影响，避免了采用红外等感应方式容易被遮挡从而造成丢失的问题。

2.3.1.3图像定位采集模块

系统设有两台摄像机，一台为一体化教师摄像机（拍摄教师全景和特写）、一台为一体化学生摄像机（拍摄学生全景和特写），其他视频信号还可以自行定义，比如板书摄像机，用户在应用上有更加灵活的选择。

智能录播主机分别与摄像机连接，并自动适应摄像机的分辨率，支持1080P、1080I、720P等。

2.3.1.4行为识别模块

准确捕捉演讲者（教师、学生）的位置变化，通过对人物行为识别分析，智能驱动一体化云台摄像机对演讲者进行跟踪拍摄。

2.3.1.5智能切换应用模块

根据具体的事件智能分析，触发切换拍摄角度最佳的摄像机镜头，对场景、人物完成推拉、特写等拍摄动作，结合具体的拍摄场景能够实现多个活动过程的识别跟踪。

2.3.1.6跟踪管理模块

对于自动录播系统,其最大的特点是录制过程无人值守,因此要求系统能自动拍摄/自动捕捉画面/自动切换图像，自动跟踪画面中每个行为动作，并且跟踪流畅，平滑。

2.3.2音频拾取及声音处理模块

音频系统主要实现教师授课时的语音信号和学生上课时回答问题或讨论的语音信号通过调音台全息的采集下来，并实时传送至课件录制系统完成课件实时录制。

2.3.3录播中心子系统

2.3.3.1流媒体直播应用模块

系统内置WEB服务器和流媒体服务器，系统通过网络进行远程直播，可以将教室现场的音视频和VGA信号编码为流媒体进行网络直播。

直播出去的画面可以是单幅画面，也可以是画中画，也可以是多图画面。

系统可以支持老师画面、学生画面和老师PPT电脑画面同屏显示；支持PPT目录索引功能。

系统支持IE浏览器直播观看，支持windowsplayer和其他播放器观看功能；同时系统也支持IOS和android系统，可以在平板电脑和手机等移动设备上观看。

系统支持全高清1080P@60（1920*1080@60）；VGA信号采集支持高达1920*1440@60的输入信号处理能力。

视频编码格式：

H.264/MPEG-4（符合教育部视频公开课标准【教高司函（2011）105号】）视频：

MP4、音频：

AAC；适合通用播放器或嵌入式网页播放方式。

编码码流：

48Kbps～10Mbps可调。

系统支持P2P模式。

带直播用户，没有数量的限制。

2.3.3.2导播应用模块

智能导播平台内嵌于录播主机当中，无需管理者再另外管理和维护导播主机。

导播平台可实现自动导播和手动导播，并可进行自动导播和手动导播相互切换，最大可支持6路导播。

录播系统具有较好的人机操作控制界面，导播界面直观、简洁、明了，易操作，可对所有必控项目进行有效控制，实现视频监视，切换，云台控制，音频调整，直播/录制、暂停、直播监视等功能：

功能特点：

1、通过软件实现对所有必控设备的控制;

2、控制过程简单方便，可添加特效、字幕、LOGO、OSD信息;

3、在输出所有信号前可进行预览；

4、支持鼠标点击跟踪，滚变焦等快捷功能；

5、导播策略丰富，采用多种不同切换策略，能根据需要切换画面，智能化、人性化，贴近人工导播。

2.3.3.3点播应用模块

课程建设的最终目的是为了建设更多更好的精品资源库，让更多的人来共享这些精品资源并从中获益。

共享这些资源的最好的办法就是建立一个精品课堂资源播放中心；即在授课教师授课的同时，通过摄像采集、课件录制系统把课堂内容录制成图文并茂的精品课件录制在录播主机上，供网络上的用户随时随地进行点播观看,或者由录播主机上传至视频资源管理服务器中,并自动生成播放列表，实现课程类别组织管理、课件添加、删除、编辑等功能，能够按照多级目录进行分类，供网络上的用户进行点播观看。

2.3.3.4录制模块

系统自带海量硬盘，可存储大量流媒体文件。

系统通过编码和转换形成标准的MP4文件格式，进行保存。

同时系统可根据IP地址和路径进行自动上传。

系统支持“电影模式”和“多图模式”同时录制。

支持单流多画面录制和多流多画面录制，多流多画面模式录制的每一路视频可以单独完整的保存，为后台编辑提供全面的资源素材。

2.3.3.5交互交流模块

系统支持点对点的相互交流功能。

远端解码支持高达1080P@30的分辨率。

2.3.3.6编辑应用模块

系统支持添加片头﹑片尾功能。

在录制前，中，后均可添加，并且后期制作也可添加。

支持LOGO和字幕的自定义设置。

有8个预设台标支持角标和教师信息，时间等设置。

系统支持后期剪辑、整合和码流的重置。

2.3.3.7资源管理模块

录播系统在高教系统的应用，通过学校搭建的教学资源管理平台，对前端精品课室录播系统上传的视频资源进行分类管理，从而实现以下功能：

（1）录播设备接入

支持录播设备参数设置，不限制接入的录播设备的数量，对于接入的设备，可完全融入平台，无缝点播、直播和交互，并可实现录播设备状态的监控

（2）课件管理

课件管理主要包括课件的上传、删除、修改、分类及设置等基本功能

（3）资源管理

可以对教室资源、老师资源及要上传公开的视频进行统一管理

（4）课表管理

为设置自动录制的时间地点而存在的，自动录制后的视频文件将会存储到教室资源中所对应的资源文件夹中支持自定义课表设置，数据库采用多层级设计，支持用户个性定义课程树结构。

（5）直播信息管理

直播公告是对直播状态的展示。

直播信息管理包括直播公告及直播课标的管理；直播公告包括直播的基本信息、标题、主讲人、课程、地点、开始时间、已经现在的状态；用户可以自主定义直播课表，每个列表代表的半个学年，某个学期的课表，其内容会根据学年和学期的共同限制在前台的直播界面中显示

（6）视频点播

对录播系统上传的课程视频，可进行常规视频编辑制作，经审核后由指定管理人员在网上发布，系统实现对资源的自动分类。

系统支持第三方设备所录制和制作视频的上传。

（7）系统管理

平台采用前台门户呈现、后台系统管理的分网站管理的方式，系统管理模块于后台运行，不对外公开，降低系统管理的安全隐患。

系统管理是对整个控制系统运行基本数据设置的管理，包括用户管理、角色设置、系统设置。

✧用户管理

系统管理员能进行用户组的设置，维护用户组的设置情况，包括用户组的新增、修改、删除等功能。

并可以将用户分配到用户组中。

✧角色设置

提供针对各个组织机构及各种应用系统，设定和划分多权限角色、角色组的功能。

同时，对于角色的权限管理，还允许角色拥有一种或则多种权限模型，并可以对角色的权限进行动态的增加、删除、修改等操作。

✧系统设置

提供系统配置功能，包括数据目录树建立、录播设备参数设置等功能

（8）搜索功能

用户可以按多种条件搜索系统内的资源，资源搜索可按年级、科目、课程类型、授课老师等条件筛选，也可以通过输入知识点或者教学环节的关键字进行模糊方式搜索。

第三章：

全自动录播技术详情

3.1全自动录播系统方案总述

嵌入式录播系统包括了音视频采集系统、自动跟踪系统、自动导播系统、课程录制系统、网络直播系统等，各个子系统协同工作，实现课件录制、直播、点播、摄像智能跟踪定位、智能导播等功能模块，真正实现一键式操作完成。

嵌入式录播系统支持多路高清视频源同步录制，同时可以通过网络同步直播课件、提供学生课后学习、复习，而且为后期老师听课评课，提供了很好的课件资源。

另外，通过资源管理平台，可以很好的解决教学以及管理中的时间、空间、课件长期安全保存以及网上点播、重复利用等实际问题。

3.2全自动系统结构图

3.3全自动系统设备介绍

3.3.1嵌入式录播主机

参数介绍：

1、超薄机身一体化硬件设计、易用易维护的嵌入式系统。

2、输入接口：

5路HD-SDI、1路3G-SDI、2个DVI（HDMI/VGA）、1个双声道音频输入。

3、输出接口：

SDI视频输出、双声道音频输出。

4、其他接口：

2个千兆网络接口、2个RS-232控制接口、1个RS-485控制接口。

5、具有单流（电影模式加多图模式）和多流（多图模式）录制功能，支持单流多流同时录制，并且各通道视频文件单独完整保存。

具有23个视频通道。

6、视频支持高清1080P@60（1920*1080），编码格式为标准流媒体文件格式：

MP4，视频格式：

H.264，支持双通道音频采集，音频：

AAC，适合通用播放器或嵌入式网页播放方式，编码码流：

48Kbps～20Mbps可调。

7、支持手/自动导播及自动生成文件索引，支持添加片头、片尾、字幕，角标，教师信息，时间等。

8、直播/录制支持双分辨率（可以同时支持1080P、720P、D1、CIF中任意两个分辨率的组合），避免网络播放二次转码带来的清晰度损失，直播/录制支持单流或多流模式。

9、支持跨网段、广域网的直播和点播，支持用户的分级别管理，用户认证后才能观看相应级别的直播节目。

支持视频会议功能，可远程互动。

3.3.2智能跟踪定位摄像机

参数介绍：

1、图像传感器：

1/2.8"ExmorCMOS,327万像素

2、焦距：

f=4.7mm-94.0mm

3、光学变焦：

22倍

4、数字变焦：

12倍

5、最小工作距离：

10mm～1,000mm

6、视场角：

55.4°～2.9°（1080P模式）

7、聚焦系统：

自动，手动，PTZ触发、一键触发

8、最低照度：

0.5lux（彩色），0.095Lux（黑白）

9、白平衡：

自动，室内，室外，一键触发，手动，自动跟踪

10、曝光控制：

自动，手动，快门优先，光圈优先，亮度优先

11、信噪比：

≥50dB

12、视频输出接口：

HD-SDI（2路）,CVBS（2路）

13、高清：

1080p/60，1080p/50，1080p/30，1080p/25，1080i/60，1080i/50，720p/60，720p/50，720p/30，720p/25

14、标清：

NTSC,PAL

3.3.3智能混音器

参数介绍：

1、性能指标：

数字信号处理，反馈抑制（AFC）：

传声增益提升幅度：

9-12dB；自适应背景降噪（ANS）：

信噪比提升：

18dB；自动增益控制（AGC）：

增益控制幅度：

-12dB-+12dB；

2、频率响应：

20Hz—20kHz（±3dB）；

3、麦克风（MIC）输入：

10通道平衡麦克风输入，卡侬（XLR）插座，带幻象供电；

4、输入电平：

-55dBu--14dBu；

5、输入阻抗：

2千欧姆；

6、SPK处理输出：

双通道输出，RCA立体声和XLR两种插座，输出电平：

0dBu，输出阻抗：

560欧姆；

7、混音（MIX）处理输出：

单通道输出，RCA立体声插座，输出电平：

0dBu，输出阻抗：

560欧姆；

3.3.4拾音器

参数介绍：

1、背极式驻极体

2、指向性:

全指向

3、频率响应:

50Hz～16kHz

4、灵敏度:

-38dB±3dB（0dB=1V/Paat1kHz）

5、输出阻抗:

200Ω±30%（at1kHz）

6、使用电压：

9～52V幻象电源

3.3.5录播中控

参数介绍：

1