4K 5機(jī)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(xué)校教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程的重要組成部分，旨在充分利用名師名教的先進(jìn)教學(xué)效果，培訓(xùn)一批骨干師資隊伍，實(shí)現(xiàn)校內(nèi)外優(yōu)質(zhì)資源共享；學(xué)校精品課程的大量錄像，還應(yīng)用于課程評估、教學(xué)觀摩、師資培養(yǎng)、論壇實(shí)錄、名師講堂、學(xué)生點(diǎn)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(xué)建設(shè)的新課題問題，因?yàn)檫@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(yán)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(xué)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(biāo)

通過建立現(xiàn)代信息化的教學(xué)系統(tǒng)，將傳統(tǒng)教學(xué)活動與現(xiàn)代信息化教學(xué)方法有機(jī)結(jié)合起來，讓學(xué)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(jìn)教學(xué)模式，改善教學(xué)的方法，促進(jìn)教學(xué)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(jìn)行多種模式的自動整合錄制，自動生成多媒體教學(xué)課件，實(shí)時自動構(gòu)建校本資源庫，供學(xué)生自主網(wǎng)上學(xué)習(xí)。同時，系統(tǒng)實(shí)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(shí)況效果，可對資源文件進(jìn)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(xué)錄像上網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的教學(xué)錄像和課件；另外，全自動圖像跟蹤系統(tǒng)對現(xiàn)場教學(xué)的老師與聽課的學(xué)生進(jìn)行全方位自動攝像跟蹤，現(xiàn)場教學(xué)中老師與學(xué)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(dǎo)播模式使學(xué)校每個老師均可獨(dú)立完成精品課程的錄像和課件制作、編輯處理、發(fā)布等復(fù)雜的后期工作，解決了學(xué)校因?yàn)槿肆Y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(xué)資源建設(shè)、遠(yuǎn)程教學(xué)、實(shí)時直播、精品課程點(diǎn)播、教學(xué)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(biāo)：

n 完成4K精品課程和省級精品課程錄制，建立學(xué)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(dá)到教學(xué)資源共享平衡；

n 通過搭建多間精品互動錄播教室，實(shí)現(xiàn)1對多的互動課堂教學(xué)。

n 增加學(xué)校網(wǎng)絡(luò)信息平臺可用資源的數(shù)量；

n 為教師進(jìn)行自我學(xué)習(xí)、評估評比，教學(xué)能力提高，提供交流學(xué)習(xí)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(xué)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?jǐn)?shù)據(jù)；

n 開放的優(yōu)質(zhì)教育資源為學(xué)生家長提供服務(wù)；

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

n 促進(jìn)教育局教學(xué)信息化建設(shè)的進(jìn)程，統(tǒng)一優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的標(biāo)準(zhǔn)，提升教育信息化水平，從而推進(jìn)義務(wù)教育均衡發(fā)展，提高教育質(zhì)量；

n 利用各種教學(xué)課件，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力；

n 開放的優(yōu)質(zhì)教育資源為學(xué)生提供服務(wù)；

n 建立在線學(xué)習(xí)交流平臺，實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、充分享受優(yōu)質(zhì)資源的佳學(xué)習(xí)環(huán)境。

二、系統(tǒng)優(yōu)勢及特點(diǎn)

? 4K超清

從采集、錄制到輸出全部支持4K分辨率，高清體驗(yàn)

? 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(yuǎn)程互動

內(nèi)置遠(yuǎn)程互動功能，輕松打造超高清遠(yuǎn)程會議、互動課堂

? 本地導(dǎo)播方便易用，錄制所見即所得的高清畫質(zhì)

巔一錄播主機(jī)直接插上顯示器、鼠標(biāo)鍵盤就可以開始導(dǎo)錄播，無需外接電腦。本地導(dǎo)播無延遲，可以避免網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)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(dǎo)播臺，讓錄播操作變得更加簡單

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

導(dǎo)播臺自帶11.6寸高清液晶顯示屏，可顯示和觸控錄播導(dǎo)播界面。接入錄播主機(jī)導(dǎo)播界面后，導(dǎo)播人員可以在液晶屏上進(jìn)行視頻的導(dǎo)播切換以及參數(shù)的設(shè)置，完全和錄播主機(jī)本地接入顯示器和鼠標(biāo)操作一樣。集成了導(dǎo)播鍵盤云臺操作功能，用戶節(jié)省成本，更加快捷的進(jìn)行云臺攝像機(jī)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(xué)生動作，控制云臺攝像機(jī)進(jìn)行自動跟蹤拍攝。

· 跟蹤準(zhǔn)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(jī)結(jié)合，能對人物特征進(jìn)行準(zhǔn)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(qiáng)。

· 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(xué)

跟蹤教學(xué)的整個過程中，教師、學(xué)生無需佩戴、點(diǎn)擊、觸摸額外的設(shè)備，管理人員也無需對跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行任何干預(yù)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)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(shí)現(xiàn)對教師的跟蹤?；贗P網(wǎng)絡(luò)、實(shí)時場景畫面進(jìn)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(dǎo)播

導(dǎo)播系統(tǒng)通過跟蹤的觸發(fā)以及教師計算機(jī)的操作或圖像的變化完成6個場景、5個機(jī)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(shí)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(xué)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(diǎn)播時用戶可以通過搜索關(guān)鍵字信息查找需要點(diǎn)播的文件。

三、系統(tǒng)設(shè)計方案

3.1系統(tǒng)配置

1）攝像機(jī)部分

配置2臺定位跟蹤攝像機(jī)，5臺4K超高清云臺攝像機(jī)，主要用于教師特寫、教師全景、學(xué)生特寫、學(xué)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(jī)中，進(jìn)行高清視頻采集、圖像合成、編碼。

2）教學(xué)電腦畫面采集

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

3）音頻處理部分

音頻處理：教師和學(xué)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(jī)提供音頻輸入信號。

4）導(dǎo)播部分

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

精品錄播主機(jī)通過登入互動服務(wù)器與遠(yuǎn)程的錄播教室進(jìn)行互動教學(xué)。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(xué)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(xué)生特寫、學(xué)生全景、板書、電腦畫面）全部錄制下來生成標(biāo)準(zhǔn)MP4文件，教師或?qū)W生可通過錄播主機(jī)直播點(diǎn)播或教學(xué)資源平臺進(jìn)行直播點(diǎn)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(xué)生全程無需佩戴任何輔助設(shè)備即可進(jìn)行課程錄制。

精品教室內(nèi)設(shè)備包括巔一4K錄播主機(jī)TOP-T50、老師和學(xué)生特寫攝像機(jī)TOP-VX61、教師和學(xué)生定位相機(jī)、板攝像機(jī)、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(dǎo)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(shí)現(xiàn)五個攝像機(jī)的（老師特寫、學(xué)生特寫、老師全景、學(xué)生全景、板書、電腦PPT）自動跟蹤拍攝，實(shí)現(xiàn)教師學(xué)生教學(xué)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(fēng)對教師和學(xué)生進(jìn)行拾音,老師和學(xué)生無需攜帶設(shè)備即可完成聲音采集。

n  精品錄播主機(jī)、數(shù)字音頻處理主機(jī)、功放、電源時序器等設(shè)備部署于觀摩室24U機(jī)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(jī)（以下簡稱教師機(jī)）；學(xué)生定位跟蹤系統(tǒng)攝像機(jī)（以下簡稱學(xué)生機(jī)），老師學(xué)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(jī)：

(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(jī)同時進(jìn)行轉(zhuǎn)動、俯仰和推拉綜合精細(xì)控制，從而實(shí)現(xiàn)教師小幅度范圍運(yùn)動，攝像機(jī)不動作，大幅度運(yùn)動才跟蹤。并能根據(jù)人臉的高度，智能調(diào)整攝像機(jī)的俯仰高度，因此不同高度的教師上課時，人臉在攝像機(jī)中總能保持合適的高度。

(2) 教師機(jī)綜合了人臉檢測跟蹤和運(yùn)動分析兩種手段，實(shí)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(jī)時，也能持續(xù)鎖定教師，而不會受到其他運(yùn)動目標(biāo)的干擾。

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

(4) 當(dāng)教師走下講臺時，講臺上沒有目標(biāo)，老師機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)給錄播主機(jī)發(fā)送老師走下講臺的命令碼，錄播根據(jù)導(dǎo)播策略自動切換為學(xué)生全景鏡頭。

2、 學(xué)生跟蹤系統(tǒng)攝像機(jī):

(1) 只識別學(xué)生區(qū)域?qū)W生起立和坐下動作，自動排除學(xué)生區(qū)域移動的目標(biāo)。當(dāng)學(xué)生起立時回答問題時，學(xué)生機(jī)識別檢測到學(xué)生區(qū)域有起立動作，通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送學(xué)生起立的命令碼給錄播，同時學(xué)生特寫鏡頭進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和拉伸的特寫就位。錄播收到學(xué)生起立命令碼后，自動切換學(xué)生全景圖像到直播通道，3秒后等學(xué)生特寫鏡頭就位后再切換為學(xué)生特寫圖像，這樣避免了特寫攝像機(jī)旋轉(zhuǎn)和拉伸的垃圾鏡頭。當(dāng)多個學(xué)生站立時，學(xué)生機(jī)會自動給起立學(xué)生間距較好的特寫鏡頭，也可使用全景鏡頭。當(dāng)學(xué)生依次坐下時，鏡頭給仍然站立的學(xué)生特寫。當(dāng)全部學(xué)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(xué)生機(jī)是實(shí)時分析定位教室內(nèi)學(xué)生動態(tài)而進(jìn)行移動拍攝的，學(xué)生機(jī)全景鏡頭可以輔助老師機(jī)全景鏡頭檢測講臺區(qū)域。當(dāng)講臺區(qū)域沒有目標(biāo)時，學(xué)生機(jī)全景鏡頭識別和分析到學(xué)生區(qū)域有非起立動作狀態(tài)目標(biāo)時，跟老師機(jī)進(jìn)行通訊，老師機(jī)經(jīng)過算法確認(rèn)后給錄播主機(jī)發(fā)送老師走下講臺命令碼。以下為教室內(nèi)的學(xué)生區(qū)域全景畫面.

(3) 當(dāng)有學(xué)生起立回答問題時，學(xué)生攝像機(jī)的特寫鏡頭會自動旋轉(zhuǎn)、俯仰和拉伸，對學(xué)生進(jìn)行特寫。

(4) 當(dāng)學(xué)生區(qū)域有兩個人同時起立回答問題時，畫面會自動進(jìn)行焦距調(diào)節(jié)，將兩個人同時鎖定在畫面當(dāng)中。

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

3、 板書跟蹤:

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

當(dāng)教師板書時，檢測器進(jìn)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(jī)收到信號后切換為板書攝像機(jī)的圖像。

3.3智能導(dǎo)錄播系統(tǒng)

智能導(dǎo)播系統(tǒng)主要用于教師授課、教師板書、學(xué)生答問、實(shí)物展示、計算機(jī)畫面、其它教學(xué)課件等多個教學(xué)場景與教學(xué)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(shí)際教學(xué)為基準(zhǔn)，總是能在恰當(dāng)?shù)臅r刻將畫面切換到需要的場景，準(zhǔn)確表達(dá)教者的意圖，習(xí)者的需要，智能化與人性化的完美結(jié)合，更加貼近人工導(dǎo)播，達(dá)到“專業(yè)級影像制作”效果。

特色功能

? 智能切換

廣電導(dǎo)錄播系統(tǒng)與圖像定位結(jié)合自動導(dǎo)播切換教師視頻和學(xué)生視頻，可添加多種自定義導(dǎo)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(dǎo)播系統(tǒng)的跟蹤與切換策略完全以實(shí)際教學(xué)為基準(zhǔn)，采用多種不同跟蹤與切換策略，總是能在恰當(dāng)?shù)臅r刻將畫面切換到需要的場景，準(zhǔn)確表達(dá)教者的意圖，習(xí)者的需要，智能化與人性化的完美結(jié)合，更加貼近人工導(dǎo)播，達(dá)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(jìn)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(jìn)行切換，符合人們?nèi)粘．?dāng)中的閱讀習(xí)慣。

? 直播、點(diǎn)播

廣電錄播系統(tǒng)支持直播、點(diǎn)播功能，通過瀏覽器實(shí)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(diǎn)播直播畫面。

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