高清录播系统整体解决方案.doc
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1、高清录播系统整体解决方案北京文香科技发展有限公司2015年4月11日目录第 1 章.概述5第 2 章.需求分析6第 3 章.整体方案设计73.1系统应用范围83.1.1网络课件制作83.1.2优质课程资源库建设83.1.3远程教学应用83.2系统功能特点83.2.1软件硬件全嵌入式设计83.2.2操作简便,一键录制93.2.3场景智能控制自动录制103.2.4全场景全自动拾音,完美还原现场声音103.2.5多样化录制模式113.2.6三种录制控制方式(全自动/手动/手自一体)123.2.7免插件直播点播及模板化录制13第 4 章.录播教室部署134.14机位录播系统拓扑图134.23机位录播系
2、统拓扑图144.2.1教室布局示意图144.3录播系统组成154.3.1文香嵌入式高清录播主机154.3.2图像跟踪系统184.3.3其他设备22第 5 章.微讲台微课程制作室(微课室)225.1微课的概念225.2微课的本质225.3产品特点:235.4微课室搭建23第 6 章.教学资源管理平台256.1概述256.2教学资源管理平台技术优势256.3教学资源平台产品的效应266.4功能设计276.4.1首页应用276.4.2课程中心286.4.3校园直播296.4.4微课中心296.4.5个人空间(网上备课)306.4.6系统管理功能33第 7 章.录播教室装修方案357.1标准录播教室方
3、案367.1.1天花设计367.1.2四周墙壁367.1.3地面377.1.4窗帘377.1.5灯光设计377.1.6拾音话筒设计417.2简易录播教室装修方案417.3其他427.3.1视频设计的一般要求427.3.2环境设计的一般要求427.3.3线路布线43第 8 章.核心产品选型438.1高清录播主机438.2图像跟踪主机448.3音频处理器448.4高清云台摄像机45第9章设备清单1第 1 章. 概述互联网络的迅速普及,计算机多媒体技术和网络技术的不断更新发展,推动了教学手段的现代化进程。全自动高清录播系统解决的问题就是把一些非常优质的教育资源通过现代化的教学手段,得到共享。而传统的
4、教学以教育者为中心,以传授知识为主。老师与老师之间、老师与学生之间互动不够,资源孤立,教师资源、校本资源浪费严重。而以信息技术为代表的现代化教育技术的应用则表现出明显的先进性、灵活性、可靠性、开放性。现代教育技术是运用现代教育理论和现代信息技术,通过对教学过程和教学资源的设计、开发、应用、评价和管理,以实现教学过程和教学资源的优化的理论和实践。它的内涵包括:一是现代教育技术的目的是实现教育最优化;二是现代教育技术设计的不仅是计算机、网络等现代教育媒体,而是教育过程所有可操作的要素,包括人力资源和技术资源,如教学人员、校本资源、常规教学媒体、教学设施、教学活动等。三是学校还面临如何落实“一师一优
5、课、一课一名师”政策要求,发挥名师课程优势,利用信息化手段,提升教师整体教学技能,并建设优质校本视频资源。将校园网从普通计算机局域网建设成为面向教学、科研、管理等应用的网络,能够传输和处理多媒体信息,使各种类型的多媒体资源能在校园网上灵活应用,并且能一网多用,多网合一,将众多校园独立的应用系统整合起来,是校园网解决方案的发展方向。为满足上述应用需求,北京文香科技发展有限公司自主研发生产设计符合教学资源应用的全自动高清录播系统-它针对现今高教、职教、普教等信息化教学的重点需求,利用纯硬件的VGA采集压缩编码技术实现老师的讲稿、多媒体课件、现场多路的音视频信号实时采集压缩,以标准的流媒体方式实现在
6、网络中的传输、管理、控制,支持网络的点播、广播、直播、存储、后期编辑等多种利用。第 2 章. 需求分析XXX学校需要在教学大楼某个教室部署一套4机位全自动高清录播系统、一套3机位自动跟踪录播、一套微课制作室系统以及部署教学资源管理平台;通过建设高清录播教室以及资源平台,为我校不断的生成优质的教学资源,并可开展“一师一课”的教学活动;通过该项活动促进我院校教师素养提高、教学水平提升和教学研究的发展。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。第 3 章. 整体方案设计通过建设教学资源平台以及高清录播教室,有效促进教育核心信息化进程中,改善原有
7、教学模式,释放大量的管理人员繁重的工作,合理设计教学单元,实现教学资源的整合及再利用,由此我们在本次项目中推荐我司自主研发设计的“教学视频资源管理平台”作为整个教育资源整合的核心系统平台:它能实现教学案例的多人评价,实现系统管理、资源管理、多级平台部署、教学资源点播、课程直播、教研互动、在线课堂点评、教学课堂发布等一系列应用功能;如上图所示:在学校计算机信息中心机房中部署文香教学资源管理平台以及在教学大楼中分别部署高清录播教室、微课室等高清录播系统。每个高清录播室或微课室都做为学校教学资源的制造中心,为教学资源管理平台提供源源不断的优质教学视频资源,为学校的师生提供在线教学、远程教学培训、在线
8、教研等应用功能;3.1 系统应用范围3.1.1 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删减、合成、索引等编辑,也可导入非线编平台进行专业编辑。方便用户教与学的综合应用,优质精品课件的评比等等。3.1.2 优质课程资源库建设可以为学校进行优质课资源库建设,同时也可为课件上传提供开放式管理平台。教师上课完成时,录制的课件会自动生成,可直接上传到服务器;配合个人资源库管理权限,进行资源分类/多级目录创建/课件预览/课件删除等操作。3.1.3 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。通过北京文香全自动课程录播系
9、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。3.2 系统功能特点北京文香凭借雄厚的技术力量和对录播系统录播的深刻理解,推出了单板结构的嵌入式高清录播系统,整合了智能控制技术、音视频采集编解码压缩技术等先进技术,为用户提供完美的高清录播系统产品。本系统具有以下特性:3.2.1 软件硬件全嵌入式设计单板结构嵌入式一体机,采用全嵌入式操作系统、性能稳定可靠、高质量的音视频编码,系统具备本地和网页两种配置方式,安装调试更加灵活;同时处理2-5路1080P/60的全高清视频输入,支持多画面切换、录制、手动/
10、自动图像跟踪,并具备多点直播,点播预览等独特功能。嵌入式板卡集成了SDI转换模块,VGA转换模块,VGA及HDMI输出模块,音视频编解码DPS模块,高性能逻辑处理器等多个复杂模块,整体化程度高,运行效率高。并且避免了插拔件造成的品质不均、故障点多、机箱结构复杂等问题。多路1080P 50fps/60fps并发处理:能同时处理并发的1080P 50fps/60fps信号,能够自如应对多路108060全高清视频信号并发处理,采用先进的H.264.High.Profile视频编码方式生成最高质量的1080p全高清mp4文件。3.2.2 操作简便,一键录制教师上课可通过控制面板上的按钮,教师可实现一键
11、式操作,轻松“开始”“停止”课堂教学视频录制。亦可通过网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。3.2.3 场景智能控制自动录制文香科技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,教师与学生无需佩戴、操作任何设备,实现跟踪拍摄。并根据教学实践中的各种情况,系统内置各种智能策略,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。在录制过程中,摄像
12、机组会根据老师的具体位置和操作进行智能定位,自动跟踪教师的教学过程,并在录制过程中,将教师画面切换至录播界面的主画面;当老师走到黑板书写板书时,镜头自动切换到板书摄像机,并平滑跟踪老师板书的过程,能够清晰地看到教师的板书内容;操作PC键盘鼠标时,摄像机自动切换到PC课件画面;运用展台进行实物展示时切换到展台内容;学生提问时摄像机主动切换到学生特写等。通过自动跟踪式摄像及录播界面的主画面切换,能够让学生最直观地看到教学过程中的关键环节,全方位展示教学现场。系统内置的智能跟踪拍摄和切换策略实现了教学场景与电影语言的融合,让自动跟踪、拍摄、切换完全符合教学实践的同时更加贴近专业的人工拍摄,就像“专业
13、摄像师在拍摄”。系统对教学实践中的多种典型转场环节(从讲课到板书、操作电脑、教师走进学生中、师生互动、一个或多个学生回答问题、学生上台板书等等),设计了细致全面的策略,智能化的进行跟踪速度的调整、特写及远近景的切换、淡入淡出等特技的使用,避免了垃圾镜头,让影像更加符合视觉习惯。3.2.4 全场景全自动拾音,完美还原现场声音声音效果是录播课程质量的重要指标,一定程度上,声音效果比图像效果更加重要,对于声音系统的建设需要更加的专业和细致,北京文香公司充分研究了授课环境的声学特性,自主设计开发了全场景自动调音台,配合强指向性话筒吊装设计实现了声音的完美采集,准确还原教学现场声音。3.2.5 多样化录
14、制模式3.2.5.1 电影模式(单流单画面)遵从人的视觉习惯,以课堂授课过程为主线,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的流媒体进行录制或网络直播。有机整合教师讲课、学生互动、课件展示、板书等授课实况,有效降低了网络带宽占用,便于网络应用和传播。为更好的展现课堂教学现场,我们在录制课件(计算机、笔记本、展台等外部信号)的同时将主讲教师的画面自动叠加(可配置项)在课件录制屏幕中,在多个场景的切换之间我们运用了一些直切、淡入淡出等特技效果,为避免画面的呆板,我们通过丰富的策略,将学生听课画面、板书的画面穿插在录制过程,最终呈现给用户的是一堂
15、最为接近人工拍摄习惯的课程。3.2.5.2 多分屏全景模式(单流多画面)将课堂现场多路视频信号(教师特写、教师全景/板书、学生特写、学生全景)与VGA信号,直接实时采集压缩成单流多画面的流媒体,支持IE和通用播放器播放,支持网络实时直播。网络带宽占用小,便于实时快速制作网络课件。我们更提供了适应宽屏幕显示设备的1366768等多种分辨率。全景模式可采用16:9规格录制,特别适用于宽屏设备播放。3.2.5.3 资源模式(多流多画面)将课堂现场多路视频信号(教师特写、教师全景/板书、学生特写、学生全景)与VGA信号,分别实时采集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,也可以直接打包成
16、一个文件,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。3.2.5.4 自动索引在录制课程之前,系统可通过教师的PPT标题可自动/手动建立索引,将以标题列表和进度条索引点两种方式同时呈现,在形成网络教学资源后,带有自动索引文件的视频课件,可通过文香教学资源平台上进行播放,教师和学生可通过双击索引可快速跳转到相应的学习内容。3.2.5.5 双码流同步录制电影模式(单画面)和多分屏模式同步录制,即同时录制生成两个视音频文件,便于课程资料的保存备份以及精品课程资源编辑,满足客户的不同需要。3.2.6 三种录制控制方式(全自动/手动/手自一体)本套全自动课程录播系统,不仅提供全自
17、动的录制模式,还提供手动控制的录制模式,并且提供手动/自动一体控制模式。3.2.6.1 自动录制手段自动跟踪录制模式,操作简单,仅需要在上课的时候,由做好准备的授课教师轻按“开始/录制”按键,即可录制,所有摄像机的跟踪、机位切换均自动完成。3.2.6.2 手动录制手段系统提供的自动模式,在某种场合下,可能不适应用户的需要,或者用户更要一种人工的录制方式,在此套系统中,我们也考虑了手动的录制手段,并且作为控制者,也可以方便的在手动、自动两种手段之间自如切换。3.2.6.3 手/自动一体录制模式通过录播软件的设置,勾选自动跟踪手动切换的选项就能实现手自动一体录制,这样就能使自动跟踪机和人工导播同时
18、使用,从而降低录课人员的工作强度,及时跟踪课堂的老师和学生,并且提高课件录制镜头切换的精度。3.2.7 免插件直播点播及模板化录制录播系统生成的音视频流,支持免插件、直播和点播。同时全自动课程录播系统采用录制参数、录制流程、基础信息等可预设成为录制模板,用户可通过资源平台进行数据同步实现快速模板化录制,录课时根据授课教师的登录信息自动调用平台中的个人空间模块课程数据自动生成片头、片尾,其中的内容包括讲课教师、上课地点、内容简介等,形成完整的优秀课件;第 4 章. 录播教室部署4.1 4机位录播系统拓扑图4机位录播系统拓扑图4.2 3机位录播系统拓扑图4.2.1 教室布局示意图4.3 录播系统组
19、成根据用户的要求,需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、
20、一体化液晶电视等设备。从录播教室的功能需求中,用户自行选择建设4机位全自动跟踪录播系统或3机位的自动跟踪录播系统。4.3.1 文香嵌入式高清录播主机内嵌智能导播平台软件,提供智能化导播界面,具有教师、学生、板书、全景等相应场景预览,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。支持2-4路高清3G-SDI视频输入接口;B/S导播模式本地导播模式直播模块录制模块片头片尾字幕LOGO4.3.2 图像跟踪系统图像跟踪主机:内嵌图像空间分析软件系统,通过图像空间分析采集技术以及图像采集摄像机,可将整个教室空间全景化,无盲区,实现
21、准确定位,教师与学生无需佩戴、操作任何设备,实现跟踪拍摄。图像行为分析系统是实现全自动录播的核心模块。系统采用全自动智能拟人工拍摄,授课老师、学生无需佩戴任何跟踪设备,整个拍摄过程无需人工干涉。系统采用独创的人体行为分析、二位立体空间(专利技术)定位和摄像跟踪技术,根据常态化课堂教学的行为,采用机器学习的高级决策方式,分别从目标追踪识别、运动预测模型、目标自动聚类识别、人体姿势分析、人脸识别、景深检测、图像重建等多种图像分析手段进行智能判别,实时控制摄像设备对各种教学场景进行合理有效平滑的拍摄,完整的记录整个教学活动过程。4.3.2.1 模块化智能分析系统系统实现对教师区、学生区、板书区等多个
22、应用场景进行模块化智能分析,并控制摄像设备进行自动化拟人摄像。先进的智能图像分析技术教师无需佩戴任何定位装置,不受光线、声音、电磁等外在环境影响,这种方式技术最先进,对人体健康不会产生影响。采用HOG(overlapping histogram of oriented gradients)、多级金字塔(multi-resolution pyramid)、人脸追踪(face tracking)、kalman运动预测模型、SVM(support vector machine)等先进技术实现人物精确定位检测。先进的全面防抖动技术在拥有“宽场景画面防抖技术”的同时,支持创新的“窄场景画面防抖技术”。宽
23、场景画面防抖技术:可对教师在某个自定义的数值范围内的移动进行忽略,保持摄像机固定拍摄,以保证画面的流畅及稳定,避免出现画面跳动、遥移等现象窄场景画面防抖技术:在1.82.4米的窄场景中,在03m/s的移动速度下,人物精确跟踪,不抖动,不丢失。并在精确跟踪教师的同时,完全避免大幅度肢体动作造成的镜头抖动问题,解决了多年的业界难题,实现该领域的一个重要突破。误判拍摄主体 准确识别主体4.3.2.2 控制系统教学建模采用非线性速度自适应控制系统,保证拍摄灵敏度、平滑度、柔和度、精确度更趋近于手工拍摄。支持多级全自动缩放取景拍摄模式:教师图像行为分析:当教师在讲台区域快速走动时,系统会自动以全景进行拍
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