4K 5機位精品錄播系統(tǒng)方案

一、概述

1.1 建設(shè)背景

國家“十二五”規(guī)劃明確指出“信息技術(shù)對教育發(fā)展具有革命性影響，必須予以高度重視”。國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2011-2020年）指出“信息技術(shù)對教育改革發(fā)展具有革命性影響”。

精品課程建設(shè)是學校教學質(zhì)量與教學改革工程的重要組成部分，旨在充分利用名師名教的先進教學效果，培訓一批骨干師資隊伍，實現(xiàn)校內(nèi)外優(yōu)質(zhì)資源共享；學校精品課程的大量錄像，還應(yīng)用于課程評估、教學觀摩、師資培養(yǎng)、論壇實錄、名師講堂、學生點課、評課、重修課程、評職評優(yōu)。 課程資源建設(shè)自然成了各高校教學建設(shè)的新課題問題，因為這對錄課技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、錄課成本、編輯時效提出了嚴峻的挑戰(zhàn)，技術(shù)往往在此時起關(guān)鍵作用。課程精品課堂錄播系統(tǒng)，推向市場，意味著教學核心業(yè)務(wù)的信息化，意味著我國教育技術(shù)登上嶄新的臺階——教育技術(shù)以課程建設(shè)為中心。

1.2 建設(shè)目標

通過建立現(xiàn)代信息化的教學系統(tǒng)，將傳統(tǒng)教學活動與現(xiàn)代信息化教學方法有機結(jié)合起來，讓學校真正成為教育資源建設(shè)的領(lǐng)跑者，真正做到教育信息化的目的：改進教學模式，改善教學的方法，促進教學質(zhì)量。

巔堂科技精品課堂錄播系統(tǒng)將授課電腦PPT畫面、教師授課和師生互動場景以及教師板書等場景進行多種模式的自動整合錄制，自動生成多媒體教學課件，實時自動構(gòu)建校本資源庫，供學生自主網(wǎng)上學習。同時，系統(tǒng)實現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的多畫面直播，保證清晰的課堂畫面和音視頻精確同步的實況效果，可對資源文件進行后期編輯，提高課程資源使用的靈活性。

通過建設(shè)精品課堂錄播系統(tǒng)，能制作出完全符合國家教育部《精品課程教學錄像上網(wǎng)技術(shù)標準》的教學錄像和課件；另外，全自動圖像跟蹤系統(tǒng)對現(xiàn)場教學的老師與聽課的學生進行全方位自動攝像跟蹤，現(xiàn)場教學中老師與學生的音視頻采集完全自動化完成，不需要后臺管理人員參與；全自動導播模式使學校每個老師均可獨立完成精品課程的錄像和課件制作、編輯處理、發(fā)布等復雜的后期工作，解決了學校因為人力資源不足而無法順利開展精品課程工作的問題；通過系統(tǒng)的建設(shè)，完成對教學資源建設(shè)、遠程教學、實時直播、精品課程點播、教學資源的統(tǒng)一管理。

錄播系統(tǒng)的建設(shè)，主要完成以下目標：

n 完成4K精品課程和省級精品課程錄制，建立學校/骨干教師課程庫；

n 搭建相互觀摩、借鑒的網(wǎng)絡(luò)平臺，達到教學資源共享平衡；

n 通過搭建多間精品互動錄播教室，實現(xiàn)1對多的互動課堂教學。

n 增加學校網(wǎng)絡(luò)信息平臺可用資源的數(shù)量；

n 為教師進行自我學習、評估評比，教學能力提高，提供交流學習的平臺；

n 積極做好教師個人知識管理，專家引領(lǐng)、同伴互助，提高教科研能力；

n 全面提升學校的軟硬件的信息化環(huán)境；

n 為教育均衡化發(fā)展提供決策支持數(shù)據(jù)；

n 開放的優(yōu)質(zhì)教育資源為學生家長提供服務(wù)；

n 為學校發(fā)展積累豐富的教育教學資源，形成學校優(yōu)質(zhì)資源和特色資源；

n 促進教育局教學信息化建設(shè)的進程，統(tǒng)一優(yōu)質(zhì)教學資源的標準，提升教育信息化水平，從而推進義務(wù)教育均衡發(fā)展，提高教育質(zhì)量；

n 利用各種教學課件，激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的自主學習能力；

n 開放的優(yōu)質(zhì)教育資源為學生提供服務(wù)；

n 建立在線學習交流平臺，實現(xiàn)學生自主學習、充分享受優(yōu)質(zhì)資源的佳學習環(huán)境。

二、系統(tǒng)優(yōu)勢及特點

? 4K超清

從采集、錄制到輸出全部支持4K分辨率，高清體驗

? H.265編碼

采用H.265編碼，4K錄制和直播時，更低帶寬、更低存儲空間占用

? 遠程互動

內(nèi)置遠程互動功能，輕松打造超高清遠程會議、互動課堂

? 本地導播方便易用，錄制所見即所得的高清畫質(zhì)

巔一錄播主機直接插上顯示器、鼠標鍵盤就可以開始導錄播，無需外接電腦。本地導播無延遲，可以避免網(wǎng)絡(luò)導播對視頻的壓縮和解碼的步驟，真正做到所見即所得的高清畫質(zhì)。

? 液晶觸控導播臺，讓錄播操作變得更加簡單

巔一TOP-11J液晶觸控導播臺是一款錄播導播切換設(shè)備，它既有中控設(shè)備、導播鍵盤的導播控制功能，又有本地液晶顯示和觸控導播的功能，專為錄播系統(tǒng)設(shè)計。觸控導播臺不僅體積小，而且安裝和操作方便?？梢元毩惭b在講臺上，方便老師獨立操作拍攝；也可以安裝在導播集控室，方便導播人員快速導、錄、播。

導播臺自帶11.6寸高清液晶顯示屏，可顯示和觸控錄播導播界面。接入錄播主機導播界面后，導播人員可以在液晶屏上進行視頻的導播切換以及參數(shù)的設(shè)置，完全和錄播主機本地接入顯示器和鼠標操作一樣。集成了導播鍵盤云臺操作功能，用戶節(jié)省成本，更加快捷的進行云臺攝像機的控制和直播畫面的切換。

? 全自動跟蹤

全自動跟蹤系統(tǒng)，自動識別老師、學生動作，控制云臺攝像機進行自動跟蹤拍攝。

· 跟蹤準確

高超的人體特征圖像識別技術(shù)與多邊形跟蹤區(qū)域技術(shù)的有機結(jié)合，能對人物特征進行準確的識別和跟蹤；能在噪音、電磁、紅外線的干擾下正常工作，抗干擾性強。

· 畫面流暢

跟蹤畫面平滑、舒適、流暢，不卡頓、不抖動，媲美人工手持拍攝跟蹤效果。超過其他同類產(chǎn)品。

· 簡易教學

跟蹤教學的整個過程中，教師、學生無需佩戴、點擊、觸摸額外的設(shè)備，管理人員也無需對跟蹤系統(tǒng)進行任何干預(yù)，實現(xiàn)教學過程的簡易。

· 安裝簡易，調(diào)試方便

無需額外的輔助攝像頭即可實現(xiàn)對教師的跟蹤?；贗P網(wǎng)絡(luò)、實時場景畫面進行調(diào)試。減少使用輔助攝像頭和基于網(wǎng)絡(luò)的調(diào)試可以極大的降低安裝、調(diào)試的工作量。

? 智能導播

導播系統(tǒng)通過跟蹤的觸發(fā)以及教師計算機的操作或圖像的變化完成6個場景、5個機位的自動切換，在無人值守的情況下，完成電影模式課程的全自動拍攝。

? 實時直播

· 系統(tǒng)采用B/S訪問架構(gòu)，支持跨瀏覽器、跨操作系統(tǒng)平臺直播功能，無論用戶

使用的是Windows操作系統(tǒng)還是Mac OS，均可使用相應(yīng)瀏覽器接受教學直播。

· 用戶可通過所有流行的瀏覽器登錄接收直播，瀏覽器包括IE、火狐、Safari、360、

QQ等。

· 點播時用戶可以通過搜索關(guān)鍵字信息查找需要點播的文件。

三、系統(tǒng)設(shè)計方案

3.1系統(tǒng)配置

1）攝像機部分

配置2臺定位跟蹤攝像機，5臺4K超高清云臺攝像機，主要用于教師特寫、教師全景、學生特寫、學生全景、板書拍攝的高清視頻信號的采集，通過HDMI和網(wǎng)絡(luò)傳輸至錄播主機中，進行高清視頻采集、圖像合成、編碼。

2）教學電腦畫面采集

老師授課用的電腦（或教學一體機）通過高清HDMI或者VGA視頻線傳輸至錄播主機中。

3）音頻處理部分

音頻處理：教師和學生的語音信號通過領(lǐng)夾話筒和吊頂拾音話筒拾取，輸入到數(shù)字音頻處理器，通過均衡、降噪和混音等處理，輸出1路立體聲音頻，1路向錄播主機提供音頻輸入信號。

4）導播部分

錄播主機外可接一臺大屏顯示畫面，通過錄播控制屏即可進行導錄播操作。液晶觸摸導播臺可以鑲嵌在講臺或者安裝在管理員導播間。

精品錄播主機通過登入互動服務(wù)器與遠程的錄播教室進行互動教學。支持1對3或者1對多等多種方式互動，主講教室具有完全控制發(fā)言及視頻分享權(quán)限。

通過上述設(shè)備的完美銜接，終將整個教學過程中的高清錄播教室內(nèi)所有場景（教師特寫、教師全景、學生特寫、學生全景、板書、電腦畫面）全部錄制下來生成標準MP4文件，教師或?qū)W生可通過錄播主機直播點播或教學資源平臺進行直播點播，又或是后期編輯制作精品課程資源。

整個錄制過程為保證教師自然上課狀態(tài)，教師學生全程無需佩戴任何輔助設(shè)備即可進行課程錄制。

精品教室內(nèi)設(shè)備包括巔一4K錄播主機TOP-T50、老師和學生特寫攝像機TOP-VX61、教師和學生定位相機、板攝像機、TOP-10J 11寸液晶控制面板、交互式電子白板、觀摩室互動大屏液晶顯示器、液晶觸控導播臺、音頻采集及處理系統(tǒng)等。

n   跟蹤系統(tǒng)采用人臉識別及位差分析技術(shù)，教師身上無需佩戴任何裝置，即可實現(xiàn)五個攝像機的（老師特寫、學生特寫、老師全景、學生全景、板書、電腦PPT）自動跟蹤拍攝，實現(xiàn)教師學生教學互動的全自動錄制。

n   聲音的采集在教室內(nèi)安置1-8支指向麥克風對教師和學生進行拾音,老師和學生無需攜帶設(shè)備即可完成聲音采集。

n  精品錄播主機、數(shù)字音頻處理主機、功放、電源時序器等設(shè)備部署于觀摩室24U機柜中，使得整個教室美觀整潔。

3.2圖像識別跟蹤系統(tǒng)

圖像跟蹤攝像系統(tǒng)主要由三大部分組成：教師定位跟蹤系統(tǒng)攝像機（以下簡稱教師機）；學生定位跟蹤系統(tǒng)攝像機（以下簡稱學生機），老師學生全景及板書拍攝。其主要功能及應(yīng)用如下：

1、 教師定位跟蹤系統(tǒng)攝像機：

(1) 可以根據(jù)教師的動作幅度、移動速度等做出分析判斷，結(jié)合人臉的高度位置，對攝像機同時進行轉(zhuǎn)動、俯仰和推拉綜合精細控制，從而實現(xiàn)教師小幅度范圍運動，攝像機不動作，大幅度運動才跟蹤。并能根據(jù)人臉的高度，智能調(diào)整攝像機的俯仰高度，因此不同高度的教師上課時，人臉在攝像機中總能保持合適的高度。

(2) 教師機綜合了人臉檢測跟蹤和運動分析兩種手段，實現(xiàn)了教師在各種姿態(tài)下的鎖定跟蹤，即使教師轉(zhuǎn)身面對黑板而背對教師機時，也能持續(xù)鎖定教師，而不會受到其他運動目標的干擾。

(3) 教師特寫畫面，用戶可根據(jù)實際情況進行調(diào)節(jié)，設(shè)定適當?shù)漠嬅娲笮『彤嬅娓叨?。當跟蹤區(qū)域內(nèi)有教師移動時，教師機可跟隨教師移動進行跟蹤拍攝，整個過程畫面平滑清晰，

(4) 當教師走下講臺時，講臺上沒有目標，老師機通過網(wǎng)絡(luò)給錄播主機發(fā)送老師走下講臺的命令碼，錄播根據(jù)導播策略自動切換為學生全景鏡頭。

2、 學生跟蹤系統(tǒng)攝像機:

(1) 只識別學生區(qū)域?qū)W生起立和坐下動作，自動排除學生區(qū)域移動的目標。當學生起立時回答問題時，學生機識別檢測到學生區(qū)域有起立動作，通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送學生起立的命令碼給錄播，同時學生特寫鏡頭進行旋轉(zhuǎn)和拉伸的特寫就位。錄播收到學生起立命令碼后，自動切換學生全景圖像到直播通道，3秒后等學生特寫鏡頭就位后再切換為學生特寫圖像，這樣避免了特寫攝像機旋轉(zhuǎn)和拉伸的垃圾鏡頭。當多個學生站立時，學生機會自動給起立學生間距較好的特寫鏡頭，也可使用全景鏡頭。當學生依次坐下時，鏡頭給仍然站立的學生特寫。當全部學生坐下時，講臺上有老師，則發(fā)送命令碼給錄播自動切換到教師特寫鏡頭。

(2) 學生機是實時分析定位教室內(nèi)學生動態(tài)而進行移動拍攝的，學生機全景鏡頭可以輔助老師機全景鏡頭檢測講臺區(qū)域。當講臺區(qū)域沒有目標時，學生機全景鏡頭識別和分析到學生區(qū)域有非起立動作狀態(tài)目標時，跟老師機進行通訊，老師機經(jīng)過算法確認后給錄播主機發(fā)送老師走下講臺命令碼。以下為教室內(nèi)的學生區(qū)域全景畫面.

(3) 當有學生起立回答問題時，學生攝像機的特寫鏡頭會自動旋轉(zhuǎn)、俯仰和拉伸，對學生進行特寫。

(4) 當學生區(qū)域有兩個人同時起立回答問題時，畫面會自動進行焦距調(diào)節(jié)，將兩個人同時鎖定在畫面當中。

(5) 當三個學生起立或多個學生同時起立回答問題時，學生攝像機會自動將多個目標鎖定在畫面中，如起立的學生位置相距很遠，則切換為學生全景；

3、 板書跟蹤:

板書跟蹤由板書檢測器和板書攝像機組成，板書攝像機安裝在教室后端，進行板書內(nèi)容特寫拍攝，一般為可數(shù)字變焦的槍機或者云臺攝像機。

當教師板書時，檢測器進行分析判斷，并發(fā)送相應(yīng)的板書開始或者板書結(jié)束信號，錄播主機收到信號后切換為板書攝像機的圖像。

3.3智能導錄播系統(tǒng)

智能導播系統(tǒng)主要用于教師授課、教師板書、學生答問、實物展示、計算機畫面、其它教學課件等多個教學場景與教學課件之間自動調(diào)度和切換，還可直接監(jiān)視和控制多路視頻信號。調(diào)度與切換完全以實際教學為基準，總是能在恰當?shù)臅r刻將畫面切換到需要的場景，準確表達教者的意圖，習者的需要，智能化與人性化的完美結(jié)合，更加貼近人工導播，達到“專業(yè)級影像制作”效果。

特色功能

? 智能切換

廣電導錄播系統(tǒng)與圖像定位結(jié)合自動導播切換教師視頻和學生視頻，可添加多種自定義導播規(guī)則，提供豐富的策略選擇，靈活使用，豐富課件效果。既可自動切換又可手動切換。

? 多種策略

廣電導播系統(tǒng)的跟蹤與切換策略完全以實際教學為基準，采用多種不同跟蹤與切換策略，總是能在恰當?shù)臅r刻將畫面切換到需要的場景，準確表達教者的意圖，習者的需要，智能化與人性化的完美結(jié)合，更加貼近人工導播，達到“專業(yè)級影像制作”效果。

? 智能PC切換

可根據(jù)主講者講稿內(nèi)容進行智能的PC策略切換，根據(jù)內(nèi)容多少，系統(tǒng)能夠恰逢其時的進行切換，符合人們?nèi)粘．斨械拈喿x習慣。

? 直播、點播

廣電錄播系統(tǒng)支持直播、點播功能，通過瀏覽器實時觀看主播直播畫面（電影模式畫面或可自定義為其它通道畫面）,可在Android、IOS系統(tǒng)的多種移動終端設(shè)備或電腦上通過瀏覽器點播直播畫面。

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