录播教室技术解决方案.doc

1、一、 录播系统技术方案1. 系统背景 设计背景根据目前教育精品课堂录播教室建设的需求，为解决教育优质教学资源整合，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，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。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、后期编辑等多种专业构建音视频多功能系统方案设计一、 设计原则1)标准化、规范性采用标准网络通信协议，选择符合工业标准的网络设备、通信介质。工程实施遵照国家相关实施标准进行。录播输出的音频图像格式符合网络视频标准，录

2、播系统设备操作使用规范； 2)先进性、成熟性和实用性系统设计既要采用先进技术和系统工程方法，又要注意技术的可行性和实用性,使系统在其整个生命周期内保持一定的先进性。实用性放在首位，先进性与成熟性并重，并符合未来的发展方向。项目中所用的设备及软件平台，应该选择与网络技术发展潮流相吻合的、先进的、有技术保证的产品。3)开放性与标准化原则应用平台应是一个开放的且符合业界主流技术标准的系统平台，对网络的硬件环境，通信环境，软件环境，操作平台之间的依赖小。4)可靠性、稳定性和容错性在考虑技术先进性和开放性的同时，还应从系统结构，技术措施，系统管理等方面着手，确保系统运行的可靠性和稳定性，达到最大的平均无

3、故障时间。5)可扩展性及易升级性为适应应用不断拓展的需要，系统软硬件须有良好的平滑可扩充性。数据交换平台具备与国内、外的相关应用系统或信息平台相互兼容和交流的条件和能力。6)安全性和保密性既要充分考虑信息资源的共享，更要注意信息资源的保护和隔离，应分别针对不同的应用和不同的网络通信环境，采取不同的措施，包括用户安全性、数据安全性、运行安全性等。要求对数据库提供灵活的备份和恢复机制，确保系统发生故障时，及时恢复，不会受到影响。7)可管理性和可维护性为了便于系统的日常运行维护和管理，要求所选产品具有良好的可管理性和可维护性。另外可管理性和可维护性还包括对平台的自身。8) 实用性：一切以用户的应用需

4、求为出发点，科学地、合理地、实事求是地组建一个实用系统。9）性价比：在满足系统性能、功能以及考虑到在可预见期间内仍不失其先进性的前提下，尽量使得整个系统所需投资合理。二、 执行标准JGJ46 81 工业企业通信设计规范 GB50198 94 彩色电视图象质量主观评价方法 GYJ25 86 厅堂扩声系统特性指标 GB4959 95 厅堂扩声特性测量方法 GB/T4197 93 声系统设备互连用连接器的应用 GB/T4197 94 声系统设备互连用联机器的优选配置 GB/15644 95 视听系统设备互连用连接器的应用 GB/15859 1995 视听、视频和电视系统中设备互连优选配接值 GB12

5、060 89 声系统设备一般术语解释和计算方法 JGJ/T16 92 民用建筑电气设计规范 GB50222 95 建筑内部装修设计防火规范ITU-T H.320 基于链路交换网连接 ITU-T H.323 基于 TCP/IP 的分组交换网（以太网、局域网） ITU-T H.120 音频和视频的兼容性 ITU-T G.722 、 G.711 、 G.728 音频信号传输标准 ITU-T H.263 、 H.264 视频编码推荐的标准2. 系统概述 录播教室由多个子系统组成，包括常规多媒体教室子系统（如讲台、中控、展台、笔记本、投影机（或互动平板一体机）等） ；外部环境（灯光系统、吸音处理）子系统

6、；录播子系统等；其中录播系统通常由教室场景图像采集、声音采集、VGA 课件采集、图像自动跟踪、图像控制切换、信号数字化处理、记录、直播、扩声等单元组成一套完整的录播系统。其过程是通过图像、声音、电脑 VGA 信号的采集，把捕捉到的信号进行数字化处理，然后进行记录、网络实时直播、B/S 架构点播和现场扩声。见图：3. 高清录播教室建设根据精品课堂录播教室设计的设备分布配置图 见图 2.1：2.1 录播教室设备安装分布图在教室的正立面安装有：学生特写摄像机 1；学生全景摄像机 2；扩声音箱 3；投影机电子白板（或互动平板一体机） 4。教室的后立面有：教师特写摄像机 5 教师/全景摄像机 6。教室两

7、侧是学生定位摄像机 7 板书定位摄像机 8 在教室的中间是教师定位摄像机9 另外在教室天花上均匀地分布安装有多支学生拾音话筒 10。所有的外部设备通过线缆 11连到到讲台 12 位置，与中心控制室的机柜设备相连接。设备部署图4. 系统组成整个系统由七个部分构成： 录播子系统：对输入的教师、板书、学生以及 VGA 课件画面进行采集、编码、切换、播出、存储等。 视频采集子系统：全高清采集教师、学生摄像机画面以及授课电脑 VGA 课件画面，支持多路 1080p 全高清视频信号接入 音频采集子系统：捕获老师、学生的音频信号 图像跟踪子系统：捕获、跟踪拍摄老师、板书、学生的特写，以及老师、学生上课的全景

8、视频信号 课件综合编辑子系统：资源模式课件同步剪辑、电影模式课件后期非线性编辑、三分屏课件合成 中控室：通过集控管理平台综合监控、管理各教室的多个摄像机镜头画面；集控端控制各教室在服务器端的课件录制、存储以及点播、直播 多媒体子系统：为教室教学提供多媒体手段的相关设备，比如教学扩声、多媒体讲台、投影、电子白板（或平板一体机） 、中控、数字展台等。 声学灯光工程：拍摄、录影需要良好的灯光照明以及声学环境，此部分为配套的装修工程，包括墙体吸音包裹、天花吸音吊顶、地板防静电防滑处理、门隔音处理、窗户遮光处理等。 德威 EZ-EX5 录播主机德威录播子系统主要由录播主机、录播相关软件构成，用以完成教室

9、里教师音视频、学生音视频以及电脑 VGA 的同步录制、存储； 录播主机录播主机采用高度集成式整体嵌入架构， 多路高清视频同时处理性能稳定， 超薄设计，最多可同时支持 4 路 HD-SDI 视频输入，4 路网络高清视频输入， 1 路 VGA 采集；1 路音频输入，支持视频输出，1 路音频输出。录播软件支持同时录制单流电影模式与多流多画面资源模式。可满足以下场景应用： 精品课程录制：采用电影模式，MP4 （H264/AAC） 网络点直播应用：多分屏样式，FLV(H264/MP3)、WMV(WMV/WMA)支持全平台（PC、平板、手机） ，全浏览器（IE、google、火狐）兼容系统内置智能导播切换

10、系统，系统能自动根据策略设置智能切换。支持多分屏与电影模式课件同时直播，以满足广域网用户和局域网用户同步观摩、收看。 视频采集子系统高清会议摄像机 EZ-HD德威视频采集子系统采用独立录播编码芯片，以及 Inter 图像处理技术，最大程度的优化录制性能，确保录制过程的流畅稳定，四机位特别的引入教师中景摄像机及学生全景摄像机： 教师、板书跟踪拍摄机位：跟拍老师特写，老师板书时可自动对板书特写 学生跟踪拍摄机位：对学生起立特写，多位学生的中景全景拍摄 教师中景机位：采集讲台中景的固定画面摄像单元的特点： 采用 1080P 自有品牌高清会议摄像机、 HD-SDI 接口以方便施工，画面真正全高清，支持

11、1080p。具有背光补偿功能，在强光背景环境中可以看清整个画面。教室里由于投影设备的存在，其拍摄条件相对特殊，老师绝大部分时间都处在强光源的包裹之中，其余的时间则经常穿梭在强弱光之间，一个具有快速背光补偿能力的摄像机会大大提升画面品质。 音频采集子系统音频采集有两个基本要求： 音质清晰洪亮，不失真 使用方便，尽量不佩戴任何东西实现常态化教学北京德威公司多年的教育行业录播系统建设实践经验，为了达到最佳音频采集效果系统使用如下音频系统解决方案：音频采集部署示意图优势：指向性吊麦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

12、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。1） 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。2） 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 10-15DB指向性吊麦北京德威采用的是下垂式轻质吊麦，通过卡扣机构，直接固定在天花上，施工简单对房间装修破坏性小，整体性效果更好。数字音频处理器具备声控自动开闭功能、自动压限、降噪功能，根据音源的位置和声音的大小自动打开相应的 1

13、 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 多维图像分析跟踪系统图像分析跟踪主机德威图像跟踪分析系统采用多维图像分析及模式识别技术、阈值分割与边缘检测跟踪算法，确保跟踪画面流畅稳定，跟踪目标定位精准，画面切换实时正确。系统主要由三个部分构成： 云台控制：控制摄像机进行变焦及方向转动 分析镜头：采集学生区域、教师区域、板书区域图像信息反馈到多维图像分析跟踪主机进行分析处理 图像分析系统：分析教师、学生的行为，然后驱动摄像机云台产生跟踪动作，并反馈指令给录播子系统，使其根据跟踪策略进行画面智能切换。多维图像分析跟踪系统特点：录制的结果画面稳定、采用硬切换的

14、方式，无镜头推拉摇移的过程画面避免了因被跟踪对象背景频繁变化所引起的观看者长时间观看造成的视觉疲劳。系统独特的引入了中景镜头，通过中景镜头的导播切换：教师移动时，系统自动切换到中景镜头，教师到位停止后自动切换回特写镜头；有效避免教师移动过程中的镜头推拉摇移等过程画面 课件综合编辑系统德威录播系统提供了功能强大的课件综合编辑系统，既可满足已有视频、PPT 资源的三分屏课件合成、也可以满足录制后课件的后期剪切及非线性编辑综合编辑子系统主要由以下三部分组成1、资源模式课件的同步剪辑 资源模式课件进行同步切除、片段导出、多课件合并，对课件重新编码压缩，导出为SCORM 标准课件2、电影模式课件的非线性

15、编辑 以资源课件作为素材对电影课件进行修正和进一步非线性编辑加工，输出完美精品课程：支持资源素材到电影课件的垃圾镜头替换；支持实时字幕、透明台标、片头片尾的添加，片头片尾支持图片、视频等格式；支持后期配音；支持软切换，确保多轨音视频精确同步，切换支持多种特效转场3、三分屏课件合成可将电影课件与讲稿合成为 SCORM 标准的三分屏课件，方便直接进行网络发布。 一键式控制系统控制面板多媒体教室标准设备系统，采用一键式控制，统一开关整套系统，在老师上课的时候只需要在面板上操作录制，暂停，停止按键，即可对录播系统进行控制，方便简化了录播系统的操作，对任课教师来说，操作更为方便。5. 录播系统功能介绍北

16、京德威全自动跟踪录播系统有七大典型功能，分别是：定位跟踪、高清采集、智能导播、智能混音、录制存储、直播发布、课件综合编辑。 定位跟踪跟踪分析技术及算法德威定位跟踪系统采用专有的多维图像分析及模式识别技术和阈值分割与边缘检测跟踪算法，绝对保证主体精确分析、图像精准切换、画面优质稳定。多维图像分析及模式识别技术：依据教师、学生、板书不同拍摄目标采用专有主体分析摄像机，将整个教室空间进行多维度的区域划分，可准确探测到区域内主体运动变化，通过多种模式综合判定摄像机画面的精确切换；多维度区域划分阈值分割与边缘检测跟踪算法：依据各教室的不同场景（宽高不同）可灵活设定各区域的阈值范围；依据各主体的实际情况（

17、各年级身高不同）可灵活设定拍摄主体阈值范围；依据各画面的不同活动方式（教师移动幅度大小）可灵活设定活动区间阈值范围；通过边缘检测跟踪算法可准确识别各区域之间互动场景转换，实现上课师生之间互动的精确判断 独特的四机位策略教师、老师场景采用特写、中景交替切换采取硬切换镜头的方式、彻底杜绝推拉摇移等垃圾镜头的出现。四机位部署及跟踪策略：1）采用教师跟踪+ 中景机位、学生跟踪+学生特写机位机位2） 板书时，自动对板书进行放大3） 教师移动过程准确切换到教师中景，教师停止回到特写画面4） 教师在讲台小幅移动（幅度可设定）不跟踪；教师移动幅度较大，切换到教师中景5） 学生与教师同台时，自动调整为教师中景6

18、） 学生起立自动特写，坐下自动切回教师特写7） 多学生起立参与互动，自动调整为全景 1080P 全高清视频画面采集德威录播系统采用 inter 的 GPU 图像加速处理、Intel IPP 并行算法，最多可同时支持 8 路1080P 信号的输入德威视频采集特别的算法处理和编码压缩技术可确保多路高清视频同时录制时系统稳定，画面清晰流畅视频采集源不仅可以接入高清摄像机，还支持网络视频源、VGA 网络信号甚至来自专业导播系统的输出。 录制存储1. 自动实时记录教师、学生以及计算机屏幕讲稿等所有视、音频信号，支持三分屏、画中画、电影模式等十多种课件模版。录制三分屏、四分屏模式时能够抽提课件PPT、DO

19、C 中的标题自动生成课件索引。2. 录制出的视频文件为标准格式：WMV、FLV、MP4。视频文件支持传统标准的视频播放器进行播放，并支持第三方传统的视频编辑软件进行编辑。3. 视频采集部分：支持标清、高清 1080p 录制，支持多码流录制。可通过网络采集远程视频，并支持来自导播系统的视频流。4. 音视频采集模版根据实际使用情况预设有：宽带直播，标清录像配置，720p 高清录像配置，1080p 全高清录像配置等四种模版，并可以根据实际应用情况对录制视频、音频的详细参数进行自定义设置。5. 录制过程中，能实时监看视频画面、音频，并可对教师端远程协助。6. 通过静音检测，对声音故障给出提示。在录制开

20、始和过程中，出现声音采集不到时，会做出提示。7. 系统录制课件时可自动生成片头、片尾、LOGO 、图标、水印。支持透明图片做校标。8. 系统支持导出为 SCORM 标准课件、单个 EXE 课件文件。 智能导播导播主界面 导播主要功能音视频预览最多支持 6 通道画面，画面可来自采集卡、视频文件、图片、VGA 信号以及网络视频流（vga 网络流、 IP 摄像头、编码器等） ，若是视频文件，可控制播放进程。VGA 信号通道可进行远程桌面控制。视频支持云台控制。画面切换使用功能键 F1-F6 或鼠标对画面进行切换输出，切换时支持特效（擦除、滑行、溶解、伸缩、画中画）转场。提供根据 vga 变化的智能导

21、播，也支持跟踪摄像机的自动跟踪、画面特写等情况的自动切换。实时字幕可以实时的插入和编辑字幕，设置字幕滚动播出。同时具有台标时钟发生器的功能。支持系统时间和台标显示，台标支持透明 PNG。字幕支持批量导入、实时提交播出。数字混音提供数字调音台，可对直播主通道控制，也可以对各通道音频单独控制，实现混音效果，可以实时监听。可以根据需要手动设置切换到图片自动静音，或是直接手动静音。以利于直播过程中对突发情况的控制。视频编码 视频画面支持多种编码方式：WMV7/H264，输出文件格式支持WMV/FLV/MP4直播录像编码后的视频可进行同步直播到校园网内或者经过转发系统同步在internet 网上进行直播，发布码流可根据网络情况进行调节。直播的同时可进行录像。 自动导播策略