1、校园录播系统方案设计 一 建设原则精品课程是指具有特色和一流教学水平的优秀课程，是教育部教学质量与教学改革工程的重要建设内容，每年都组织有精品课程评估与审核。精品课程建设体现了现代教育思想，符合科学性、先进性和教育教学的普遍规律，具有鲜明特色。录播系统大量运用于各类培训机构，方便自动将培训的内容录制成课件，永久保存。它恰当运用了现代教学技术、方法与手段，显著提高了教学效果，具有示范性和辐射推广作用。建设录播系统的目的是方便院系快捷的获取学校及上级所需的精品课程、同时结合系统一系列的功能，提高教学教研水品。录播系统越来越趋于常态化，但是如何快速、有效地解决多视频输入，单视频输出，以及视频与视频之
2、间切换问题，一直是教育工作者面临的一个问题。传统录播是采用很多硬件支撑来实现的，例如，调音台、切换台、监视器、录制计算机等，这种方式不仅成本高、输入输出信号源也有诸多限制，由于携带设多太多，携带不方便。我公司根据用户的实际需要出发，详细研究如何解决用户的实际困难，推出了全自动录播系统。全自动录播系统代替传统硬件设备，把所需要的功能集中在一个系统平台上。该系统实时采集多媒体视频、音频、VGA、文本、图片等数据并录制保存到主机中。实现多路视频信号源、视/音频文件和计算机画面之间的切换。全自动录播系统是基于方便安装、方便操作的思路，为用户带来便利的同时，该系统可方便运用在不同的环境，节约了成本。整个
3、系统前端视频采集采用专业摄像机，通过视频信号线与主机相连，用户只需要简单连接好设备，开启录播软件，系统自动进入录制状态。结束时，选择“下课”，课件自动生成。“录播主机等设备”与“摄录设备”都存放在专业录播移动机柜中。一.1 总体要求 会议录播室内教师区域根据实际面积，均匀布置三基色灯光，增加实际灯光效果和饱和度，最大化发挥高清摄像机拍摄效果。使用厚重双层防静电窗帘替代原有普通窗帘，能最大化保证室内静音效果。 老师及学生不需要佩戴任何辅助设备，自动实现自动跟踪拍摄。教师、学生采用一体化双机位图像识别跟踪摄像系统，准确跟踪主讲老师，跟踪平滑、稳定。学生发言区域内有站立发言学生后，自动切换学生跟踪摄
4、像机跟踪拍摄。 教师拍摄画面、学生拍摄画面、主讲老师电脑VGA画面可根据实际教学情况自动切换窗口。 录制模式丰富，授课老师根据自己的喜好可选择任意一种录制模式。五种录制模式可供选择，“电影模式”“画中画模式”“三画面模式”“资源模式”“互动模式”。 录播系统在录制的过程中自动地将现场画面进行网络直播，能通过校园网直播到全校任意教室，也可通过教科网或城域网直播到学校以外的地方。做到班班通、远程互动教学。 具备远程导播功能，管理员在任何有网络地方可远程控制整套系统运行。可远程开启系统、关闭系统、暂停等操作，可以远程监看、控制云台镜头。 录制结束后，自动保存录制课件，并自动FTP上传学校指定点播服务
5、器，发布在网上，可供师生点播观看。 音频自动采集，建设中综合考虑实际情况，采用8套指向型麦克风均匀采集室内音频，通过话筒混音器处理后进入系统录制。 提供简易剪切编辑软件，可对录制好的课件进行剪辑。一.2 实现目标 制作精品课件：按照精品课程建设要求，学校可以不使用专业的演播设备就轻松便捷制作精品教学课件。 网络观摩：学校领导、教师在线直播观看授课情况，起到网络教学观摩的作用。传统听课，时常召集许多老师到现场听课，课堂人员非常多且拥挤，给上课的老师和学生造成一定的影响，配置录制系统后，听课老师可以单独在任意有网络的教室网络观摩。 新老师培训：任何教师培训机构和学校通过此套系统方便进行老师的培训工
6、作，参与培训的老师通过实况自动录像可清楚了解自身授课的过程及不足点。 教学教研：优秀教师教学是学校的宝贵资源，以往老师下课后，教师上课内容和过程都没有保存下来，造成资源浪费。各地教研组及教研单位可通过此套系统方便教学教研。 课程回顾：对于重要录制过的课程，自动发布校园网，学生可点播回顾。二 功能要求二.1 教师图像识别跟踪拍摄（非红外、超声波跟踪技术）由于传统的红外跟踪技术和超声波雷达探测对环境有特别要求，很多外界因素导致跟踪的不稳定性，不适用于教学录播系统。故本系统要求采用先进的图像识别自动跟踪技术，采用一体化高度集成双机位识别摄像机，一台球机含集成运动跟踪摄像机、固定分析摄像机和控制云台。
7、自动跟踪特定目标，跟踪过程不受外界干扰，采用先进的智能图像处理和伺服控制技术，摄像机云台运动非常平稳，不会出现剧烈地晃动，能够将目标牢牢锁定在图像中央。被跟踪的目标无需佩带任何传感器，使用简便可靠。系统同时具备板书特写拍摄功能，当教师书写板书时，系统自动控制拍摄摄像机自动切换板书特写画面，切换平稳，板书拍摄清晰，教师停止书写板书后，系统自动控制拍摄摄像机切回教师场景。功能特点 ： 一体化集成设计，高度集成运动跟踪摄像机、分析识别摄像机及控制云台，采用高速DSP数字图像处理和伺服控制算法。 先进的DSP图像分析算法来检测跟踪运动目标，稳定性好。目标丢失时间可设置，目标丢失后动作可选回到预置点/保
8、持原位。 自动锁定跟踪目标，跟踪过程不受外界环境光源等影响。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； 1. 2. 2.1. 二.2 学生图像识别跟踪拍摄（非红外空间网格或安装电子元器件技术）由于传统的红外空间网格极易受到光线、温度等外界因素干扰，导致误判、跟踪紊乱和丢失跟踪目标。如采用座椅安装电子元器件技术则需要每个学生座椅都要安装电子元器件、且每个电子元器件都要对应摄像机设置预置位，实施繁琐，故障率高，适用性差。基于以上原因，故要求本系统采用高级图像分析算法自动智能分析站立回答问题学生，并准确跟踪拍摄，跟踪稳定、安全。经我公司科研人员研发，推出国内最领先的图像识别学生自动跟
9、踪系统，能够自动对正在发言的学生进行定位并采用特写跟踪拍摄。当学生站立进行发言回答问题时，识别跟踪系统将自动调用学生跟踪摄像机对正在发言的学生进行跟踪拍摄。当多位学生发言时，系统自动跟踪首先发言学生，其中一位发言结束，系统会自动变换拍摄另外一位发言学生。跟踪平滑，稳定，设计合理。一个学生站立回答问题时,系统自动拍摄发言学生特写画面,具备镜头推拉摇椅效果,最真实贴近人工拍摄效果.当学生坐下时,画面自动切换成老师画面。功能特点 ： 采用先进的图像行为识别算法及人脸识别技术准确检测学生的起立和坐下。 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； 不受
10、外围环境影响，跟踪准确稳定。 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； 具有自动变倍功能，能根据目标的远近自动调整摄像机的倍数。 一体安装，即装即用，无需任何复杂的调试和设置； 跟踪过程非常平稳，视频无明显晃动； 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； 采用RS-485总线控制，通信协议和波特率可调； 各个跟踪相关参数灵活可调； 支持视频信号电源同步、外同步，方便与其他视频信号切换； 采用人性化设计，使用方便； 二.3 课件录制要求前端摄像机采用两台高清摄像机，录制设备支持两路高清采集；教师机电脑VGA屏幕采用软件采集方式，通过即编无折损压缩传输技术，VGA
11、采集分辨率达到1280*1024,30帧/秒, VGA画面采集清晰，图像基本无损耗。录制的课件有效分辨率达到1280*720，30帧/秒。可实时将老师授课场中教师音视频、学生音视频及教师电脑屏幕自动录制，进行合乎逻辑的场景策略编辑并生成国家标准课件，自动保存并上传指定服务器。录制的课件格式要求为国家标准ASF课件格式。二.3.1 高帧率录制 在2M-4Mbps码流下录制的分辨率达到1280*720P、30帧/秒（通过Windows Media Player播放检测）。资源模式录像要求观看者能自主切换主次画面，视频文件采用H.264压缩格式，以保证同样清晰度的情况下比普通MPEG4节约30-40
12、空间，也有利于点播。二.3.2 录制模式 录播系统提供了丰富的录制模式。系统要求支持五种录制模式：单画面单文件模式（电影模式）、多画面单文件模式、画中画模式、多画面多文件模式（资源模式）和互动模式。系统支持资源模式任何搭配前三种模式同时录制，前三种录制模式录制的文件保存在高清录播工作站中，同时支持自动上传至指定服务器通过通用播放器及Internet Explorer 浏览器即可播放；资源模式录像文件保存在教师机中，前三种录制模式录制文件为ASF格式。多画面单文件录制模式下，录制主次场景可根据实际授课过程进行合乎逻辑的自动切换。 电影模式(ASF格式)：录制成单文件单画面，老师 学生VGA画面自
13、动切换。 画中画模式(ASF格式):大小画面叠加在一起，主次画面可选择。 多画面单文件模式(ASF格式):同步录制教师学生VGA画面，并且大小主次窗口自动切换，三个画面形成一个独立的标准ASF课件。 资源模式(多文件)：教师、学生、VGA画面录制生成单独一个文件，通过播放器进行播放，专用播放器支持事后对录制课件的操作，包括双击放大画面，支持PPT索引，可操作性强。 互动模式：异地教室和本地教室同时互动上课，并且录制下来，可实现优秀教育资源的共享。二.3.3 画面智能切换智能录播系统通过智能化控制模块，在录制课件过程中，教师画面、学生画面、教师VGA画面可以根据教学实际情况自动切换。在教学录制中
14、，当主要拍摄主讲老师时，主画面为主讲老师画面。当主讲老师正常讲解计算机教学课件时，主画面为教师计算机屏幕画面。当学生发言时，主画面为学生发言画面。二.3.4 自动生成PPT索引文件电影模式、资源模式、多画面单文件模式和画中画模式及标准ASF模式下录制，系统会根据教师课堂操作的PPT教案，自动生成以PPT标题为内容的索引，在点播的过程中可以点击索引名称可以自动跳转到相应的章节，可以方便快捷的选择需要观看的章节。二.3.5 自动生成片头片尾系统会按照操作界面填写基本信息，自动将授课教师姓名、课件名、学校名称等信息配合片头文件添加到录制的课件的前面，生成片头。课件录制结束后，系统也会自动将各信息生成
15、片尾自动加载在课件尾部。二.3.6 简单方便的操作教师/学生无须配带任何感应器，整个录制过程完全智能化、自动化。教师在输入好名字、课程名等信息后，只需要轻点一下上课，就开始录制；当课程结束时，教师只需要轻点下课，完成录制。系统会根据教师输入教师名字及课程名称自动生成片头，也可以把这些信息显示在录制文件的每一帧画面里面。录制过程中可以暂停，恢复录制后，继续接在之前的录像文件录制，录制完成后只产生一个录像文件。当教师需要长时间给学生演示课件时，我们可以锁定教师电脑的VGA画面显示，直到锁定解除。录制暂停功能：上课过程中如出现意外情况，教师可以暂停录制。恢复录制后，继续接在之前的录像文件录制，录制完
16、成后只产生一个录像文件。 教师VGA画面锁定功能：当老师播放一段视频或长时间演示PPT页面给学生看时，可以锁定教师电脑画面为主画面，不把其他画面切换进来，直到解除锁定。 操作简单：教师只需输入教师名字及课件名称，然后按“开始上课”即可开始录制与直播，上课过程无须任何人做任何干预。二.3.7 自动上传与发布课件录制结束后，系统自动向云管理平台上传录制文件，自动发布生成点播，观看者登入网站即可网络点播观看。二.4 网络直播教学网络直播教学是通过网络和流媒体技术，将录播教室内实时上课的场景（视频、音频以及教学计算机屏幕）实时编码压缩，并流媒体服务器进行数据分发。终端用户借助于网络和普通计算机即可实时
17、收看教学场景，与在教室上课完全一致。采用高效的流媒体传输系统，使得其在普通网络上即可非常流畅的传送直播数据，其开放的体系结构和可扩展的设计理论上可以支持批量的终端用户。直播与录制采用不同的压缩格式，直播采用H.264，录制采用MPEG4-ASF格式（以便用通用播放器播放）；直播支持双码流，即同一路图像可以发送两路清晰度不同的图像，带宽充足的用户可以连接高清图像，带宽不足的用户可以连接普通图像。直播控件直播时延时小于0.6秒。其他直播方式，延时为1-5秒。 支持网络用户通过IE浏览器实时观看录播教室内容的直播,支持单画面电影模式画中画模式多画面模式直播。 支持进行直播时网络发生故障，故障排除后系
18、统自动重连。 支持3G手机直播,分辨率支持320*240;640*480;800*480。 系统支持INTERNET直播。 系统直播时校园网局域网不限并发数。 二.5 网上课件点播 可以将录制的课件通过手工或自动的方式上自动上传到点播服务器，并在后台管理系统中生成点播列表。经过授权的终端用户通过IE浏览器登录到统一的点播平台，便可根据需要点播相应的课程，随时随地的看自己想看的课件，从而从根本上扩展了课堂教学的概念。管理员、教师、学生在PC上能通过WEB（IE）浏览器进行多种形式的点播，收看端无须安装特殊软件，收看者自主缩放、切换画面，快进、快退课件。点播时没有用户数限制，可以跨网段接收，可支持
19、宽带、窄带等不同带宽，适应局域网、城域网、广域网的应用。系统支持INTERNET点播并发数无限扩展。支持管理员远程管理资源管理平台系统，后台根据不同要求，嵌入直播、点播模块。二.6 教育资源云平台管理 录制课件的网络直播、点播极大的丰富方便了优秀教育资源的共享和流传，但是我们也要保护教师们的劳动成果，保护学校的知识产权；同时也为了更好地对优秀资源进行管理，我们需要一个云平台的管理。 管理权限功能：管理员可给不同的用户设置不同的用户名、口令以及权限，包括登录权限、接收直播权限、点播权限及观看评语信息等权限。 分类管理功能：系统可对录制下来的课程资源按照院、系、学科、课程等进行分类，方便后期点播调
20、用。同时，用户可根据讲课教师姓名、课程名称、章节索引名称等内容对资源进行关键字检索，能通过关键字直接查找并播放相关章节的课程； 支持直播负载均衡功能。二.7 智能导播控制智能导播控制软件支持多通道画面预览功能,含教师画面、学生画面、VGA画面导播控制。智能导播控制软件可远程操作整个录播系统,可对整个录播系统进行远程控制,具备自动和手动录制切换,录制过程中可远程操作暂停。可通过导播远程操作摄像机云台旋转和变倍变焦。自动模式下，画面智能切换；手动模式下只需要在单击一个按钮就可以对课堂录像中教师画面、学生画面、电脑VGA画面进行合理镜头切换, 并且可以实现画中画控制，主画面及画中画的图像可以进行任意
21、组合，实现完整录像。在同一节课中，可以任意切换自动拍摄模式或人工拍摄模式。通过智能导播控制，使录制的课件更加完美。远程设置：录播系统的所有配置参数除了教师可以控制以外，可以通过远程控制系统对所有的参数进行设置或调整。可远程配置上课信息，老师无需操作任何设备及软件，上课即可录制。二.8 自动上传与发布课件录制结束后，系统自动向资源管理平台上传录制文件，自动发布生成点播，观看者登入网站即可网络点播观看。二.9 音频采集要求录制一堂优秀的精品课不只有高清晰度的视频，还要有高保真的录音效果才是完美，而在录播系统中声音的录音采集往往被忽略，或使用调音台等音频设备，实际操作非常复杂，在教学现场，要如实地记
22、录老师讲课和学生互动声音场景，就需要一套专业的、完善的、操作简单的音频解决方案才能采集到高质量的声音。音频要求： 八路麦克风具备声控自动开闭功能，根据音源的位置和声音的大小自动打开相应的1只或2只话筒，可有效的减少环境噪音的拾入，提高录音的清晰度，保证教室内均匀拾音，同时采用无痕、无噪切换开关，避免了内部噪音的产生。 采用自动压限技术，保证在不同距离内讲话，拾音的音量大小一致，同时也解决了现场声音过大时录制音频失真，和录制信号过大的问题。 使用强指向性话筒，采用语音滤波电路，可以降低人声外的频率成分，提高信噪比，保证声音清晰干净。 采用先进的降噪技术，可有效的降低环境噪声的录入，可降低环境噪音。
