好視通遠程互動(dòng)課堂技術(shù)應用

　　1、市場(chǎng)背景

　　1.1、發(fā)展狀況

　　市場(chǎng)現狀：

　　1. 市場(chǎng)需求大，競爭激烈。

　　2. 沒(méi)有形成行業(yè)標準，產(chǎn)品五花八門(mén)，行業(yè)魚(yú)龍混雜。

　　3. 價(jià)格昂貴，使用復雜，功能單一，不利于錄播產(chǎn)品的普及。

　　4. 錄播產(chǎn)品針對學(xué)校和老師的需求較多，并未充分考慮學(xué)生和家長(cháng)的需求。

　　5. 大廠(chǎng)商市場(chǎng)占有率高，中慶、奧威亞、翰博爾、銳取等傳統錄播廠(chǎng)商占據絕大部分市場(chǎng)份額，其它小廠(chǎng)商僅占7%的市場(chǎng)份額，品牌影響力巨大。

　　發(fā)展趨勢：

　　1、 價(jià)格親民化，目前錄播產(chǎn)品造價(jià)過(guò)高的現狀將會(huì )被改變，價(jià)格的降低將導致中小錄播教室市場(chǎng)的爆發(fā)，進(jìn)一步激活市場(chǎng)容量。

　　2、 錄播產(chǎn)品將比拼攝像頭數量，進(jìn)一步走向簡(jiǎn)約化，注重簡(jiǎn)單易用。

　　3、 互動(dòng)功能被重視，用戶(hù)不再關(guān)注精品錄播教室建設，注重簡(jiǎn)約的互動(dòng)錄播教室建設，真正時(shí)間教育資源公平化。

　　4、 主體用戶(hù)不再是學(xué)校和老師，錄播應用更加適應學(xué)生和家長(cháng)，回歸教育的本源，教育為學(xué)生服務(wù)。

　　5、 互聯(lián)網(wǎng)化，教育資源不出校的狀況將改變，學(xué)生通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)可以參與不同老師的課堂。

　　1.1 、市場(chǎng)需求

　　近十年來(lái)，隨著(zhù)數字化教育的迅猛發(fā)展，學(xué)校、政府、企業(yè)都在大力推廣E-earning教育模式，隨著(zhù)國外著(zhù)名大學(xué)哈佛、麻省理工大學(xué)等高清視頻公開(kāi)課在國內產(chǎn)生的巨大反響，眾多國內高校紛紛組織名師錄制高清視頻課程，為廣大學(xué)子提供免費的教育大餐，錄播系統因為能方便而快速的錄制課程，而成為學(xué)校信息化建設的重點(diǎn)。

　　我國幅員遼闊，經(jīng)濟發(fā)展不平衡，所以教育資源極為不平衡，尤其是優(yōu)質(zhì)教育資源短缺，甚至導致了學(xué)區房的出現。因此，最大限度的實(shí)現教育資源的共享已成為現在教育改革的重中之重。這在很大程度上刺激了在線(xiàn)教育的發(fā)展，從而為錄播系統提供了廣闊的市場(chǎng)空間。

　　隨著(zhù)教育部把“以視頻公開(kāi)課為突破口，探索教育資源建設和共享新模式和新機制”列入工作重點(diǎn)，錄播系統在教育領(lǐng)域如何更好的滿(mǎn)足客戶(hù)需求，成為新的市場(chǎng)突破點(diǎn)。

　　根據某調研機構的數據，2014年，錄播在教育領(lǐng)域的滲透率僅為5.5%，而據統計，國內共有各類(lèi)教室332萬(wàn)余間并未安裝錄播系統，由此可見(jiàn)，教育領(lǐng)域潛在市場(chǎng)龐大。

　　1 、解決方案

　　1.1 、方案概述

　　HST-R3互動(dòng)錄播是一款集錄播、互動(dòng)、導播功能于一體的精簡(jiǎn)錄播系統，實(shí)現的老師、學(xué)生和講課PPT信號的全方位記錄;基于國際標準的H264視頻編碼和AAC音頻編碼技術(shù)，把音視頻信號記錄成標準的MP4文件，應用先進(jìn)的圖像分析算法，實(shí)現自動(dòng)導播功能，從而實(shí)現電影模式的錄制，即HST-R3互動(dòng)錄播支持電影模式和資源模式同時(shí)錄制;HST-R3互動(dòng)錄播自帶直播點(diǎn)播功能，采用標準的RTMP流媒體協(xié)議，實(shí)現無(wú)插件播放，用戶(hù)可以通過(guò)IE、火狐、谷歌、safari瀏覽器觀(guān)看直播、點(diǎn)播課件;直播延時(shí)小于1秒;同時(shí)，支持對外推送標準RTMP流，實(shí)現錄播數據接入第三方流媒體平臺;基于好視通視頻會(huì )議技術(shù)，HST-R3互動(dòng)錄播集成了視頻會(huì )議功能，實(shí)現教室與教室音視頻互動(dòng)，PC、移動(dòng)終端等設備與錄播教室的遠程音視頻互動(dòng)，真正實(shí)現遠程教學(xué)。

　　HST-R3互動(dòng)錄播支持2路視頻和1路VGA輸入，HDMI、DVI、VGA視頻輸出;支持1路3.5mm Micin音頻輸入，1路3.5mm 線(xiàn)性輸出(ineout)音頻輸出;內置2T機械硬盤(pán)，滿(mǎn)足常態(tài)化錄課需求。

　　HST-R3互動(dòng)錄播采用inux嵌入式操作系統，更加安全可靠，免于病毒侵害;系統基于B/S架構構建，可以通過(guò)瀏覽器對系統進(jìn)行遠程管理、接收直播點(diǎn)播、下載課件;同時(shí)系統也支持通過(guò)客戶(hù)端軟件遠程控制導播和互動(dòng)，遠程控制攝像頭;除了軟件管理手段，我們還支持導播鍵盤(pán)接入錄播設備，通過(guò)鍵盤(pán)管理和控制錄播。

　　1.2 、系統功能

　　1.2.1 、 視頻采集

　　HST-R3互動(dòng)錄播具備最大3路高清視頻采集能力，包括2路SDI高清信號：老師全景和學(xué)生全景，1路DVI高清信號：教師講課PPT信號;支持的分辨率：1080i/60fps 1080i/50fps 1080P/30fps、720P/60fps(50fps、30fps)、720×576/25fps

　　1.2.2 、 音頻采集

　　HST-R3互動(dòng)錄播支持1路3.5mm線(xiàn)性輸入，通過(guò)超心型指向吊麥、智能混音器，全方位采集教師、學(xué)生、媒體播放或課件聲音。具有自動(dòng)降噪、自動(dòng)增益功能。

　　1.2.3 、 音視頻錄制

　　視頻編碼：標準H.264

　　音頻編碼：AAC

　　錄像格式：MP4

　　錄像質(zhì)量：支持1080P、720P、704x576可選，幀率30fps，25fps可選。錄像碼流可設置。

　　支持最高三路資源和一路導播同時(shí)錄像。

　　錄像控制：支持一鍵啟動(dòng)、停止課堂錄制。

　　支持遠端互動(dòng)信號錄制。

　　1.2.4 、 互動(dòng)授課

　　在上課的過(guò)程中，支持同時(shí)與遠程教室互動(dòng)，進(jìn)行音視頻互動(dòng)授課，包含加入互動(dòng)課堂、請求發(fā)言、指定發(fā)言、拒絕發(fā)言;互動(dòng)過(guò)程中參與互動(dòng)課堂的各方可分為主講教室和聽(tīng)講教室兩種角色，聽(tīng)講教室錄播設備接收主講教室的導播視頻，并解碼輸出到大屏幕，供本教室學(xué)生觀(guān)看;聽(tīng)講教室的學(xué)生可以舉手向主講教室提問(wèn)，當主講教室接受提問(wèn)請求時(shí)，聽(tīng)講教室則可以在互動(dòng)課堂中發(fā)言;同時(shí)，可以廣播聽(tīng)講教室學(xué)生畫(huà)面，這樣每個(gè)教室都可以看到，發(fā)言方與主講教室的互動(dòng)過(guò)程?；?dòng)錄播設備還將記錄整個(gè)互動(dòng)過(guò)程，并且把發(fā)言方學(xué)生信號合成到直播流，這樣，不但課后可以重現互動(dòng)場(chǎng)景，更可以讓所有觀(guān)看直播的用戶(hù)看到整個(gè)互動(dòng)過(guò)程，加強課堂的感染力。

　　1. 支持同時(shí)與多個(gè)遠程聽(tīng)課教室音視頻互動(dòng)。

　　2. 支持同時(shí)與多個(gè)遠程錄播教室互動(dòng)。

　　3. 支持IOS、Android手機端參與互動(dòng)，支持平板電腦參與互動(dòng)。

　　4. 支持丟包恢復機制、根據網(wǎng)絡(luò )帶寬自動(dòng)調節視頻碼流、幀數率，具備斷線(xiàn)自動(dòng)重連功能。

　　5. 互動(dòng)授課畫(huà)面直接通過(guò)錄播輸出到顯示設備。

　　1.2.5 、 導播

　　1、 導播模式：手動(dòng)/自動(dòng)模式。

　　2、 支持網(wǎng)絡(luò )中控導播：教師通過(guò)互動(dòng)錄播控制臺軟件遠程控制錄播系統，進(jìn)行導播模式切換、手動(dòng)導播控制和互動(dòng)過(guò)程控制。

　　3、 專(zhuān)用導播鍵盤(pán)：支持外接專(zhuān)用導播鍵盤(pán)，通過(guò)導播鍵盤(pán)可以控制錄制、直播、手動(dòng)導播、攝像頭云臺控制、互動(dòng)過(guò)程控制。

　　4、 自動(dòng)導播：采用自研圖像分析算法，實(shí)時(shí)分析老師畫(huà)面、學(xué)生畫(huà)面和VGA畫(huà)面，實(shí)現如下導播策略：當學(xué)生起立回答問(wèn)題時(shí)，從老師畫(huà)面切換到學(xué)生畫(huà)面，當學(xué)生回答完畢坐下后，切換會(huì )老師畫(huà)面;當VGA畫(huà)面有翻頁(yè)動(dòng)作是，切換到VGA畫(huà)面，當VGA畫(huà)面靜止時(shí)間超過(guò)5秒后，切換會(huì )老師畫(huà)面。

　　1.2.6 、 直播 點(diǎn)播

　　HST-R3互動(dòng)錄播內建RTMP流媒體服務(wù)器，支持小并發(fā)直播點(diǎn)播，最大支持50點(diǎn)同時(shí)直播點(diǎn)播;采用通用的Fash技術(shù)實(shí)現web播放，可兼容IE、火狐、谷歌、safari等主流瀏覽器，并且客戶(hù)端無(wú)需安裝任何插件就可以觀(guān)看直播點(diǎn)播。

　　直播分發(fā)：HST-R3互動(dòng)錄播還支持RTMP流分發(fā)，可對第三方流媒體服務(wù)器如FMS、Nginx、red5推動(dòng)RTMP媒體流，從而實(shí)現直播分發(fā)功能。

　　1.2.7 、 web管理

　　HST-R3互動(dòng)錄播內建web服務(wù)器，可以通過(guò)瀏覽器遠程管理錄播設備。

　　1. 后臺管理系統：網(wǎng)絡(luò )配置、錄播配置、升級、日志管理、視頻參數配置、互動(dòng)配置、文件上傳配置、時(shí)間同步。

　　2. 課件管理：支持課件的修改、點(diǎn)播、下載、刪除操作。

　　1.2.8 、 導播鍵盤(pán)管理

　　HST-R3互動(dòng)錄播配備導播鍵盤(pán)，導播鍵盤(pán)通過(guò)串口與錄播設備通信，通過(guò)導播鍵盤(pán)可以一鍵啟停錄制/直播、手動(dòng)導播、云臺控制、互動(dòng)過(guò)程控制。

　　1.2.9 、 錄播控制臺遠程管理

　　HST-R3互動(dòng)錄播自帶互動(dòng)錄播控制臺軟件，可在web首頁(yè)下載安裝，互動(dòng)錄播控制臺軟件可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )遠程控制錄播設備，包括導播控制、攝像頭云臺控制、互動(dòng)過(guò)程控制、設置臺標/字幕，更能實(shí)時(shí)查看互動(dòng)錄播的各路視頻以及參與互動(dòng)的遠程各方視頻。

　　1.2.10 、錄制課件上傳備份

　　HST-R3互動(dòng)錄播支持課件上傳功能，可以通過(guò)FTP方式把文件上傳到第三方FTP服務(wù)器備份，同時(shí)可以把課件上傳到資源平臺或者第三方流媒體服務(wù)器，從而實(shí)現課件的分享能力提升，對外提供更好規模的點(diǎn)播服務(wù)。

　　HST-R3互動(dòng)錄播支持自動(dòng)上傳和手動(dòng)上傳兩種上傳方式，自動(dòng)上傳是指錄制完成后，系統把錄制的課件上傳到用戶(hù)配置的FTP服務(wù)器。

　　1.2.11 、遠程管理API

　　HST-R3互動(dòng)錄播提供基于HTTP標準的遠程管理API接口，方便資源平臺對錄播設備的管理，以及第三方平臺集成互動(dòng)錄播功能。具體可以提供錄播設備系統信息、獲取錄播狀態(tài)、直播控制、錄制控制、導播控制、重啟、上傳參數設置、資源模式參數、攝像頭控制、請求巡課、互動(dòng)控制、上傳控制接口。

　　2 、典型業(yè)務(wù)應用

　　2.1 、課堂記錄

　　互動(dòng)錄播可實(shí)現對課堂的全方位記錄，同步記錄老師信號、學(xué)生信號和老師授課PPT，形成電影模式和資源模式錄制文件，采用同步播放技術(shù)，重現課堂授課場(chǎng)景

　　2.2 、 遠程互動(dòng)課堂

　　互動(dòng)錄播通過(guò)在線(xiàn)直播技術(shù)，實(shí)現學(xué)生遠程參與課堂，即使學(xué)生因為特殊情況不能到教室上課，也可以通過(guò)平板、手機、電腦遠程聽(tīng)課。更進(jìn)一步，學(xué)生可以選擇其喜歡的老師的課程，遠程學(xué)習。

　　2.3 、 教學(xué)評估

　　在沒(méi)采用錄播技術(shù)前，學(xué)校的教學(xué)評估工作是評課老師到受評老師授課現場(chǎng)聽(tīng)課，根據授課情況給予評價(jià);而采用錄播技術(shù)后，評課老師無(wú)需到授課現場(chǎng)，只需觀(guān)看課堂錄像就可以對受評老師給予評價(jià)。

　　3 、系統架構

　　互動(dòng)錄播采集數據后對各路音視頻進(jìn)行單獨編碼處理，視頻采用H264編碼，音頻采用AAC編碼，然后記錄成MP4文件;錄制成資源模式文件。

　　對多路視頻作導播處理，形成單路導播流，然后編碼，跟編碼后的音頻數據一起，進(jìn)行錄制處理，錄制成電影模式文件;同時(shí)把導播流數據推動(dòng)到本地流媒體服務(wù)器，對外提供直播服務(wù)，更進(jìn)一步，如果對接了資源平臺服務(wù)器，則把導播流推送到資源平臺服務(wù)器，讓資源平臺服務(wù)器對外提供導播流直播服務(wù)。

　　在互動(dòng)錄播設備以主講身份加入互動(dòng)課堂的情況下，互動(dòng)錄播設備還要把導播流和音頻流發(fā)送給互動(dòng)服務(wù)器，互動(dòng)服務(wù)器再把數據分發(fā)到聽(tīng)講教室錄播設備或者其它聽(tīng)課終端;如果此時(shí)存在廣播聽(tīng)講視頻，互動(dòng)錄播設備則把廣播聽(tīng)講視頻與本地導播視頻合成成一路互動(dòng)導播視頻，這樣，觀(guān)看直播的用戶(hù)就能觀(guān)看到教學(xué)互動(dòng)過(guò)程;此時(shí)，錄制的電影模式文件記錄的也是互動(dòng)導播視頻，這樣，課后就能重現互動(dòng)授課過(guò)程。

　　如果互動(dòng)錄播設備以聽(tīng)講身份加入互動(dòng)課堂，互動(dòng)服務(wù)器在特定的情況下，會(huì )向互動(dòng)錄播設備請求學(xué)生數據，這時(shí)，互動(dòng)錄播設備需要把本地學(xué)生全景數據發(fā)送到互動(dòng)服務(wù)器，互動(dòng)，互動(dòng)服務(wù)器再把數據分發(fā)到其它聽(tīng)講教室錄播設備或者其它聽(tīng)課終端和主講教室。即聽(tīng)講教室視頻廣播，參與互動(dòng)的錄播設備把導播流視頻和聽(tīng)講教室廣播視頻同時(shí)輸出到本地視頻顯示設備，如投影機、電視機、顯示器。把互動(dòng)課堂中的音頻數據解碼輸出到調用臺，音頻數據經(jīng)調音臺處理后，輸出到功放進(jìn)行播放。

　　互動(dòng)錄播服務(wù)器把錄制好的視頻文件上傳到資源平臺服務(wù)器，資源平臺服務(wù)器對外提供課件點(diǎn)播服務(wù)。

　　3.1 、HST-R3互動(dòng)錄播邏輯結構

　　HST-R3互動(dòng)錄播設備采集老師全景、學(xué)生全景和老師授課PPT三路視頻信號，同時(shí)，教室內的吊麥拾音后輸入混音器，經(jīng)過(guò)混音器的混音處理后，形成一路音頻數據，然后輸入調音臺處理，調音臺對音頻做消回音、降噪、增益等處理后輸入互動(dòng)錄播設備，這樣錄播設備就完成了對教室內音視頻數據的全方位采集;采集數據后進(jìn)行錄制和直播處理，參與互動(dòng)課堂后，錄播設備會(huì )把互動(dòng)課堂中的主講視頻和廣播聽(tīng)講視頻同時(shí)輸出到投影機、電視機等圖像顯示設備，同時(shí)把互動(dòng)課堂中的音頻數據解碼輸出到調用臺，音頻數據經(jīng)調音臺處理后，輸出到功放進(jìn)行播放。

　　4 、關(guān)鍵技術(shù)

　　4.1 、基于圖像分析的自動(dòng)導播技術(shù)

　　HST-R3互動(dòng)錄播采用基于圖像分析技術(shù)實(shí)現自動(dòng)導播，不需要額外的導播臺硬件，降低系統成本;此技術(shù)包含老師運動(dòng)檢測算法、學(xué)生運動(dòng)檢測算法和PPT翻頁(yè)檢測算法;老師運動(dòng)檢測算法檢測老師在講臺區域的橫向運動(dòng);學(xué)生運動(dòng)檢測算法首先需要通過(guò)人臉識別技術(shù)識別學(xué)生，然后采用運動(dòng)檢測技術(shù)檢測學(xué)生的起立坐下動(dòng)作;PPT翻頁(yè)檢測算法通過(guò)運動(dòng)檢測技術(shù)來(lái)識別PPT課件是否翻頁(yè)。根據上述圖像分析算法，實(shí)現如下導播策略，默認狀態(tài)下保持在老師畫(huà)面，在檢測到學(xué)生起立動(dòng)作時(shí)，切換到學(xué)生畫(huà)面，在檢測到學(xué)生坐下動(dòng)作時(shí)切換到老師畫(huà)面，在檢測到PPT翻頁(yè)時(shí)切換到PPT畫(huà)面，如果PPT在5秒內無(wú)動(dòng)作，則切換回老師畫(huà)面。

　　4.2 、H264編碼技術(shù)

　　HST-R3互動(dòng)錄播采用國際標準編碼算法H.264來(lái)對視頻編碼，此算法有壓縮率高、圖像質(zhì)量好、通用性強等特點(diǎn)。在同等圖像質(zhì)量下，相比其它編碼算法只需要更少的帶寬支持，這使得視頻更加適應于網(wǎng)絡(luò )傳播;H.264編碼算法被多個(gè)平臺所支持，故H.264編碼的視頻能夠很好的適應跨平臺播放的需求。

　　4.3 、RTMP流媒體直播點(diǎn)播技術(shù)

　　HST-R3互動(dòng)錄播采用流行的RTMP流媒體技術(shù)實(shí)現直播點(diǎn)播功能，此技術(shù)為Adobe公司實(shí)現，是現行行業(yè)標準，相比其它流媒體技術(shù)擁有延長(cháng)小的特點(diǎn)?？蛻?hù)端采用Fash播放技術(shù)，而Fash插件被眾多瀏覽器廣泛支持，故，采用RTMP流媒體技術(shù)，能得到更多瀏覽器的兼容，包括IE、火狐、谷歌等流行瀏覽器。

　　5 、系統特征及優(yōu)勢

　　5.1 、設計特點(diǎn)

　　易用性

　　易施工，在客戶(hù)現場(chǎng)，只要安裝施工說(shuō)明書(shū)把3路視頻接到對應接口，把攝像頭控制線(xiàn)接入對應接口，連接好視頻顯示設備和音頻輸入輸出設備，啟動(dòng)互動(dòng)錄播，通過(guò)web訪(fǎng)問(wèn)錄播設備默認地址，修改成用戶(hù)指定的IP地址后，就可以開(kāi)始錄課，而不需要復雜的配置。

　　易管理，采用web遠程管理方式，隨時(shí)隨地，只要與錄播設備的網(wǎng)絡(luò )通信暢通，就可以對其進(jìn)行管理。

　　易使用，提供導播鍵盤(pán)控制，實(shí)現一鍵上課、一鍵下課，極大的方便老師操作;同時(shí)提供遠程控制客戶(hù)端，操作員可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )遠程控制錄播設備，從而實(shí)現對課堂的面干擾。

　　穩定性

　　采用嵌入式inux操作系統，更加安全可靠，無(wú)病毒侵害之憂(yōu);

　　采用工業(yè)級硬件設備，能夠7*24小時(shí)穩定運行;

　　完善的測試過(guò)程管理，保證軟件穩定性，實(shí)現7*24小時(shí)不宕機。

　　高性能

　　HST-R3互動(dòng)錄播采用先進(jìn)的軟件技術(shù)，實(shí)現傳統錄播廠(chǎng)商需要三臺設備完成的工作，集錄播主機、導播臺、互動(dòng)終端三臺設備于一體，一方面提高了硬件利用率，另一方面大幅降低了成本。

　　標準支持

　　支持RTMP流媒體直播點(diǎn)播協(xié)議

　　支持H264視頻編碼標準

　　支持AAC音頻編碼標準

　　支持MP4視頻標準格式

　　支持標準http協(xié)議

　　支持Scorm1.2課件標準

　　可擴展性

　　對外提供標準http接口，可供二次開(kāi)發(fā)，與第三方平臺集成。

　　5.2 、系統優(yōu)勢

　　多功能一體化

　　HST-R3互動(dòng)錄播集錄播、導播、互動(dòng)三功能于一體，大幅降低了硬件成本，降低了系統復雜度，無(wú)論在施工過(guò)程，還是在用戶(hù)日常使用和維護過(guò)程，都大幅簡(jiǎn)化的工作，節省了時(shí)間成本。

　　多樣化管理接口

　　HST-R3互動(dòng)錄播提供基于web的遠程管理、基于客戶(hù)端的遠程管理、基于導播鍵盤(pán)的本地管理三種管理方式，為錄播管理提供了靈活性，進(jìn)而提高錄播設備在不同場(chǎng)景下的可用性。

　　標準化

　　HST-R3互動(dòng)錄播無(wú)論視頻編解碼、流媒體、課件、管理接口都采用最流行的國際標準，大幅增加HST-R3互動(dòng)錄播的兼容性，提高可用性，更適應與其它第三方平臺對接。

　　高穩定性

　　采用嵌入式inux操作系統和工業(yè)化硬件平臺，大幅提高系統的穩定性，MPBF>5000小時(shí)