简易常态录播系统解决方案

互动录播教室解决方案刖言随着计算机多媒体技术、网络传输技术、视频图像采集及处理技术为代表的新技术的不断更新，推动了教学手段现代化的进程。基于网络的音视频录制点播成为学校多媒体教学应用的一项重要需求，国内许多有实力的学校逐渐尝试录播教室的建设，以此来实现对优质教学资源的录制及保存。但是，传统的录播教室建设成本投入较大，建设方案相对复杂，传统录播教室的建设，需要搭建视频服务器、视频编码器、混音器、功放等众多设备,布线及设备安装过于繁琐，工程实施较为复杂。同时，传统的录播系统操作相对复杂，一般都由授课教师亲自制作课件，要求授课教师掌握一些计算机、摄像和课件编辑等专业技术，但就目前而言，许多学校师资力量比较紧张，教师教学任务繁重，如果按照传统的思路去制作课件势必会给教师授课带来额外的负担。**软件从学校的实际需求出发，充分考虑整体普及化建设成本，利用**自身在图像处理、音频采集、自动跟踪等方面的优势，结合多年的教育录播行业经验，推出了一套简单易用、经济实惠、高质量的常态化教学录播系统。该系统可以帮助学校将普通教室作为录播教室，无需精品装修，也可以帮助老师轻松的录制课件，让录播系统真正的常态化使用起来，早日实现“录播班班通”。同时提供集中控制系统帮助电教管理人员对学校多间录播教室进行集中管控，资源管理平台通过网络可面向学生提供课程直播与点播服务，以此实现远程教学，将教学资源最大共享化。**软件在研发常态化教学录播系统之初，即对系统有了明确精准的定位。系统主要是面向中小学、高校、职校等教育机构以及企事业单位培训中心等，以分布式常态化录制的手段将日常课堂教学录制成内容全面的视频课件。追求常态化、易普及、兼容性以及经济性，相比专业的精品录播教室的建设，成本更低，使用更简单，施工更方便，并能兼容利旧已建的教室视音频监控资源，更能为广大学校日常教学所接受。同时系统的建设还将充分考虑兼顾学校在日常监控、电子考场等方面的综合应用，通过共享设备及软件平台，以减少财政的重复投入，降低建设成本。目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、 用户需求分析 41.1需求分析 41.2设计原则 4\o"CurrentDocument"1.3建设必要性 4\o"CurrentDocument"二、系统设计 5\o"CurrentDocument"2.1、系统组成 5\o"CurrentDocument"2.2、 特色功能 5\o"CurrentDocument"2.3、 系统拓扑图 7\o"CurrentDocument"三、 系统详细介绍 7\o"CurrentDocument"3.1、 系统整体模块介绍 7\o"CurrentDocument"3.1.1、 录播系统 7\o"CurrentDocument"3.1.2、 智能图像识别跟踪系统 10\o"CurrentDocument"3.1.3、 音频拾取及声音处理系统 103.2、 系统详细介绍 113.2.1、 录播主机 错误!未定义书签。3.2.2、 图像采集及智能跟踪系统 错误!未定义书签。3.2.3、 声音采集系统 错误!未定义书签。3.2.4、 扩声系统 错误!未定义书签。3.2.5、 互动资源管理平台 错误!未定义书签。3.2.6、 集控管理软件 错误!未定义书签。TOC\o"1-5"\h\z3.3、 方案特点 11四、 配置清单 12五、 设备安装示意图 12一、用户需求分析1.1需求分析1.2设计原则充分利用有限的投资，在保证录播教室先进性的前提下，选用性能价格比最好的设备。•先进性一台设备即可完成视频录制、直播、点播、互动、编辑等操作；采用最新的电子云镜方案，两台枪机即可实现老师特写、老师全景、学生特写、学生全景四路画面的切换。•标准化和开放化视频格式采用H.264国际标准编码格式，录播教室按照国际化建造应用最新的布线方法，根据现有的设备进行合理配套，使得新老设备均能正常使用，为了今后的发展事先预留出应用端口及软硬件升级换代，提供了开放性的解决方案。•可靠性和可用性选用高可靠的产品和技术，充分考虑系统在程序运行时的应变能力和容错能力，确保整个系统的安全和可靠•灵活性和兼容性选用符合国际发展潮流的国际标准的软硬件技术，设备选型考虑多用途，不同的视频设备及原有设备提供良好的兼容性•实用性和经济性从使用性和经济性出发，着眼于近期目标和长期的发展，选用先进的设备，进行最佳性能组合，利用有限的投资构造一个性能最佳的多功能录播系统•扩展性和升级能力录播设备具有良好的扩展性和升级能力，选用具有良好升级能力和可扩展洗的设备；支持多种视频格式、多种接口设备和多媒体的实际应用。1.3建设必要性教育课程的录制和编辑；搭建实时和非实时的远程互动教学系统；通过网络可进行大面积的教学直播课程，缓解师资压力；数字化存储优秀教师的教学成果；方便建立课件管理及点播系统二、系统设计2.1、 系统组成**常态化互动录播系统主要由壁挂式互动录播一体机、智能导播软件、智能图像分析模块、视频采集、音频采集设备及集中控制管理软件、资源管理平台软件、互动平台软件等构成。在标准的教室里，需要安装2个摄像机分别对教师授课过程及学生听课过程进行视频图像采集。同时，在老师区域和学生区域分别安装全向高灵敏度拾音器，用于课堂教学的声音完整地进行采集。另外，在前端教室还需要安装一台壁挂式互动录播一体机，该设备既支持本地图像及声音采集设备的接入，也能通过网络接收远端教室的音视频信号，同时也支持各类教学资源（教学ppt等）的VGA信号接入和，通过对各类信号的整合，该设备可实现对课堂教学的全过程录制、直播、远端互动教学等，同时可生成高质量的教学视频课件，通过资源管理平台将资源进行综合发布。2.2、 特色功能同步录制系统可将本地音视频、远端音视频及本地计算机屏幕同步录制到单个文件中，亦可单独录制成多个文件。支持多路信号任意组合，最高支持四路网络信号、四路互动信号、一路高清信号任意组合录制。支持三种模式切换：多流多画面、单流单画面及单流多画面。在多流多画面录制模式下，支持5画面同步录制；在单流单画面模式下，支持4选1的导播切换；在单流多画面模式下，支持画中画、双分屏、三分屏、多分屏画面同步录制。实时直播系统可通过网络将现场的视频、音频及计算机屏幕进行实时直播，支持RTMP/RTSP/TS三种不同类型的直播；支持RTMP/TS同时进行直播；单机支持200路以上并发，资源平台或学校自有平台均可调用直播链接，进行大规模直播讲堂。实时互动系统既可实现局域网内多点互动，延时1秒以内；亦可在广域网内实现多点互动功能，延时1秒左右；无需增加任何终端设备，真正实现录播、互动一体化。后期点播系统内置VOD点播功能，录制结束时即可实现在线点播，用户以浏览器即可回放录制好的影音及图文内容。高动态的高清电脑屏幕系统通过高清接口进行数字化高清电脑屏幕采集，采用高性能DSP芯片，进行高清信号编码，采集画面可达到60帧/秒，输出1920*1080高清高动态电脑画面。严谨、全面的用户管理系统支持多级用户分组及权限管理功能，可进行权限的灵活分配。全方位的文件管理系统可对录制好的文件进行管理，可进行微课制作、删除、下载、点播、上传指定FTP服务器等操作；用户经授权后可通过WEB界面将文件下载到本地电脑。智能化教学电脑画面采集系统支持自动采集教学电脑画面，无需在电脑上安装任何插件。老师操作电脑即可实现屏幕的自动切换录制。智能、灵活的自动跟踪系统采用智能图像分析算法，无须佩带特殊物品或领夹话筒即可实现主讲教师及学生的图像识别跟踪，支持多种策略设定及多种区域划分，满足不同应用场合的需要。无需工作人员的配合，即可实现多视频的全自动跟踪拍摄。智能化自动导播系统可支持全自动的导播方式，采用人性化的策略设计（可自定义），可在主讲视频、听众视频或主讲电脑屏幕中进行全自动的画面导播切换，切换工作可由系统全自动完成，而不需要操作人员的帮助。人性化在线导播系统可支持网络、本地的人工在线导播方式。管理员通过网络登陆WEB远程导播界面、VGA输出的本地导播画面及专用桌面操作面板的形式，即可对现场的主讲视频、听众视频及主讲电脑屏幕中进行在线监看及导播切换一键化操作系统通过专属控制面板，可实现“上课”“下课”一键化操作，简化管理工作。微课剪辑系统系统内嵌简易微课剪辑系统，通过WEB远程导播系统可直接对录制好的视频进行简单的编辑，无需安装任何插件2.3、系统拓扑图图：**互动录播系统拓扑图三、系统详细介绍3.1、 系统整体模块介绍3.1.1、 录播系统**录播主机采用一体化硬件设计，稳定可靠、操作便捷，同时集数据采集、视音频编码、导播软件内嵌、数据处理发布、存储、管理等功能于一体。录播系统包含多个功能模块：录播管理模块、流媒体直播应用模块、点播应用模块、导播应用模块、流媒体编辑模块、资源管理模块、实时视音频互动模块等。通过各功能模块的应用实现智能导播、直播、点播、控制、互动、编辑及系统综合管理等。、高清图像采集模块系统采用两台4K电子云镜枪机及录播主机组成图像拍摄和信号采集，两台摄像机即可实现4画面拍摄。录播主机对4路摄像机拍摄画面同时采集、编码，通过导播应用处理，生成用于直播和点播的流媒体信号。、导播控制应用模块**实时导播软件内嵌于录播系统中，无需安装任何插件，开机即用；导播平台将多路RTSP网络流、VGA信号输入及输出监视画面集中显示，实现视频监视、切换、云台控制、录制/暂停、直播等功能图：导播控制界面导播控制界面直观、简洁、明了。上方图像为直播输出及预监画面；下面分别为本地摄像机信号、远端互动信号、本地VGA信号。通过鼠标即可完成录播系统功能操作。输出图像流畅平滑，无抖动、花屏等现象，切换过程无缝，衔接自然，支持淡入淡出等14中转场特效，支持单分屏、双分屏、画中画、多分屏等多种页面显示效果，支持自定义页面布局，支持一键应用标题、字幕、片头片尾的OSD信息，支持鼠标拖动字幕位置。、视频录制模块图：视频录制模块系统支持自定义录制格式，FLV/MP4可选，支持电影模式和资源模式同步录制，生成多个视频文件，支持单流单画面、单流多画面、多流多画面同步录制，支持自动清理磁盘文件。现场直播，授课教师在讲课的同时，局域网内用户登录到录播主机上，即可观看授课教师的直播课堂内容。直播并发，即采用转发服务器实时直播并发，可减少录播主机对外直播的负担，并保证视频实时性和直播转发的稳定可靠，达到多点同时收看视频的效果。图：课堂直播模块系统内置小型流媒体直播服务器，单机并发最大支持200路，同时支持RTMP、TS、RTSP直播流地址进行直播推送。、实时互动模块**互动录播系统内嵌实时互动系统，无需外置MCU互动终端，即可实现本地/远端双向音视频互动应用。图：互动应用模块互动系统最大支持一拖四实时互动教学，即一间主讲带四间听讲；任意互动教室都可做为主讲或听讲，延时小于1s。、系统管理模块**后台管理模块基于B/S架构，使用浏览器即可实现直播管理、点播管理、互动管理、视频编辑、用户权限管理等功能。图：后台控制模块、学生行为分析系统人脸识别做为生物识别技术的一种，由于其无侵害性和对用户最自然、直观，成为最容易被授受的生物特征识别方式。评价系统结合现有教学走班考勤需求、摒弃人脸考勤机逐一识别时间长无法广泛应用。研发基于超小像素人脸识别技术，针对课堂中的教学个体进行实时甄别，达到不扰乱教学，考勤不耗时的目的。图：学生行为分析系统3.1.2、智能图像识别跟踪系统先进的光流轨迹算法智能跟踪4.0系统核心算法采用人体行为识别光流轨迹理论，结合稀疏编码算法，模拟人体视网膜对光的流迹感应，大幅度提升机器视觉的准确率，跟踪效果更加精准。•高精度背景建模全新侦测技术以800万高清摄像机图像分析为依据，采用多种先进算法融合，采用全息图像建模分析技术，自动探测、分析、驱动跟踪多个运动目标，实现对教学主体的准确跟踪，教学行为的全景与特写完美呈现。基于DSP的目标实时处理和跟踪采用高速浮点的DSP芯片，基于阀值分割与边缘检测的对象轮廓提取算法，来模拟目标的实时跟踪，可以在实际应用中满足实时性的要求，跟踪性能优越。基于神经网络的目标跟踪利用多方向递归神经网络来建立分析模型和挖掘对整体跟踪有用的可靠信息，解决预测误差累积和跟踪漂移问题。3.1.3、音频拾取及声音处理系统音频系统为实现课堂现场拾音、处理、合成及输出工作