思拓維 | 校園虛擬演播室建設方案

　　校園虛擬演播室方案概述

　　基本概況

　　隨著(zhù)信息社會(huì )的到來(lái)，校園電視技術(shù)不斷發(fā)展，正越來(lái)越深刻地改變著(zhù)我們的生產(chǎn)方式、生活方式、工作方式和學(xué)習方式。從實(shí)踐層面，加強校園電視臺及虛擬演播室建設，更好的利用視覺(jué)媒體的優(yōu)勢，廣泛參與學(xué)校的各項活動(dòng)，提升活動(dòng)的水平，更好的影響教育對象，推動(dòng)校園文化的外顯;廣開(kāi)途徑，創(chuàng )建多元化的播放平臺，做好宣傳工作，打破時(shí)間和空間的限制，提升研究與實(shí)踐水平，推進(jìn)校園文化的形成。在此同時(shí)，規范秩序文化建設，推進(jìn)精神文明建設，促進(jìn)校園文化的積淀與升華，完成一支隊伍的建設，發(fā)掘新的增長(cháng)點(diǎn)，形成雙贏(yíng)的局面。

　　進(jìn)入21世紀，校園電視技術(shù)不斷發(fā)展，正越來(lái)越深刻地改變著(zhù)我們的生產(chǎn)方式、生活方式、工作方式和學(xué)習方式。校園電視為我們新世紀的教育改革提供了有效地手段。為了適應未來(lái)社會(huì )對人才的需求，必須加快教育改革的步伐，將校園電視引入校園文化的構建過(guò)程中。把校園電視作為推進(jìn)校園文化建設的重要動(dòng)力和有效手段。

　　現代教育構建校園文化，一定離不開(kāi)校園電視這一已經(jīng)深深影響并改變教育傳統體制的文明成果，而校園電視作為降低教育成本，提高教育效益的手段之一，如何將校園電視臺及虛擬演播室應用于推進(jìn)校園文化建設的過(guò)程中，對于從更高層次上把握校園電視在教育中突出的作用，進(jìn)一步擴大校園電視在教育中所涉及的范圍和領(lǐng)域，具有重大的意義。

　　建設目的

　　本項目建設目的是加強學(xué)校的互動(dòng)教學(xué)應用，構建校園文化， 推動(dòng)校園精神文明建設，拓展師生校園生活樂(lè )趣而開(kāi)展的。通過(guò)虛擬演播室的建設，我們能做到 ：

　　1、通過(guò)加強校園電視臺的規范建設、形成校園電視制作的相關(guān)秩序文化，從而形成推進(jìn)校園文化建設的相關(guān)策略。

　　2、通過(guò)加強校園電視臺虛擬演播室的建設，打破時(shí)間、空間、視角的限制，促進(jìn)校園文化建設的外顯，豐富師生的精神生活，潛移默化的影響教育對象，推進(jìn)校園文化的發(fā)展。

　　3、積累校園文化建設的相關(guān)資源，豐富校園文化的表現力，形成文化的積淀與提升。

　　4、通過(guò)課題研究，推進(jìn)師生對校園文化的認同感，形成共同的價(jià)值觀(guān)，并促進(jìn)校園電視人的成長(cháng)。

　　5、在線(xiàn)輔導課程應用，開(kāi)展課外活動(dòng)應用, 借助“虛擬演播室系統”，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )的直播、傳送、記錄、評價(jià)等多種功能，實(shí)現在虛擬環(huán)境下對課堂 節目活動(dòng)的高清再現的，完成各學(xué)科情景互動(dòng)教學(xué)實(shí)驗教室建設、精品課程錄制、校園電視臺建設。

　　在教學(xué)過(guò)程中引入或創(chuàng )設生動(dòng)具體的虛擬場(chǎng)景，可以提供直觀(guān)生動(dòng)的活動(dòng)現場(chǎng)，通過(guò)液晶一體機或投影再現的學(xué)生在虛擬場(chǎng)景中的表演,可以讓學(xué)生通過(guò)視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)去感受場(chǎng)景，產(chǎn)生聯(lián)想，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣。參與表演的學(xué)生可以身臨其境的學(xué)語(yǔ)言，使用“虛擬演播室系統”教學(xué) , 學(xué)生覺(jué)得有話(huà)可說(shuō)，有戲可演，可以全身心投入課堂中。

　　建設依據及原則

　　GB8898-2011 《音頻、視頻及類(lèi)似電子設備安全要求》

　　GB16796-2009 《安全防范報警設備安全要求和試驗方法》

　　GB17859-1999 《計算機信息系統安全保護等級劃分準則》

　　GB50057-2010 《建筑物防雷設計規范》

　　GB50198-2011 《民用閉路監控電視系統工程技術(shù)規范》

　　GB50348-2004 《安全防范工程技術(shù)規范》

　　GA308-2001 《安全防范系統驗收規則》

　　GA/T74-2000 《安全防范系統通用圖形符號》

　　GA/T75-94 《安全防范工程程序與要求》

　　GA/T367-2001 《視頻安防監控系統技術(shù)要求》

　　GA/T368-2001 《入侵報警系統技術(shù)要求》

　　GA/T379-2002 《報警傳輸系統串行數據接口的信息格式和協(xié)議》

　　GA/T388-2002 《計算機信息系統安全等級保護操作系統要求》

　　GA/T388-2002B     《計算機信息系統安全等級保護管理要求》

　　GA/T390-2002 《計算機信息系統安全等級保護通用技術(shù)要求》

　　YD/T1171-2001 《 IP網(wǎng)絡(luò )技術(shù)要求--網(wǎng)絡(luò )性能參數與指標》

　　建設原則

　　本方案設計根據實(shí)際需求，遵循技術(shù)新、架構合理、安全可靠、功能齊全、易管理、易維護并節約成本的原則;綜合考慮施工、維護及操作因素，并將為今后的發(fā)展、擴建、改造等因素留有擴充的余地。本系統設計內容是系統的、完整的;同時(shí)該設計方案具有科學(xué)性、合理性、可操作性。遵循以下設計原則來(lái)構建本系統。

　　實(shí)用性原則

　　校園電視臺虛擬演播室便攜錄播系統能將教學(xué) (活動(dòng))場(chǎng)景中教師、學(xué)生的視、音頻信號結合計算機虛擬動(dòng)態(tài)場(chǎng)景等所有信號同步錄制、直播;設備操作簡(jiǎn)單，推、拉、搖、移、仰、俯均可由授課教師自主控制。真實(shí)再現授課 ( 活動(dòng) )情景，實(shí)時(shí)生成采用 標準壓縮 的流媒體文件，能自動(dòng)以文件形式保存，并能進(jìn)行后期編輯;能通過(guò)網(wǎng)絡(luò )實(shí)現遠程直播，能達到播放流暢、控制方便;并能實(shí)現以下功能需求：

　　(1)虛擬背景素材和錄制節目存儲功能：包括圖片、視頻、音樂(lè )、歌曲(原聲、伴奏、歌詞)的收集、整理、歸檔、存儲，

　　(2)視頻片段的剪輯、合成。

　　(3)3D/2D畫(huà)面的轉換。

　　(4)現場(chǎng)字幕的實(shí)時(shí)添加。

　　(5)便攜錄播在線(xiàn)觀(guān)摩功能：能夠自主收看實(shí)時(shí)直播的教學(xué)視頻授課情況，以達到遠程聽(tīng)課，互相觀(guān)摩教學(xué)的需要。并可以在校園網(wǎng)、城域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)上，提供教學(xué)在線(xiàn)觀(guān)摩和點(diǎn)播等功能。

　　(6)便攜錄播提供直播、回放功能，系統在進(jìn)行直轉播時(shí)如果網(wǎng)絡(luò )發(fā)生網(wǎng)絡(luò )故障，故障排除系統會(huì )自動(dòng)重連。

　　(7)三個(gè)課堂提供互動(dòng)功能，可以根據事先定好的對話(huà)腳本，實(shí)現真人與虛擬人物對話(huà)。

　　(8)在開(kāi)始上課(講座 )前，教師只需登陸虛擬演播室系統管理軟件，即可輸入授課教師姓名，課程名稱(chēng)，課標及內容簡(jiǎn)介等文字介紹，在直播或錄制過(guò)程中自動(dòng)添加到輸出畫(huà)面中，給學(xué)生必要的信息提示。達到高質(zhì)量錄制效果。

　　(9)系統能夠全自動(dòng)錄制，生成的課件支持標準的流媒體格式文件，適用于各種學(xué)習管理平臺。

　　(10)系統具有開(kāi)放性 、 可擴展性。

　　經(jīng)濟性與實(shí)用性原則

　　在可靠和充分滿(mǎn)足系統功能的前提下，體現高性?xún)r(jià)比。便攜錄播采用經(jīng)濟實(shí)用的技術(shù)和設備，充分利用現有資源，綜合考慮系統的設計、建設、升級和維護。充分考慮用戶(hù)實(shí)際需要和教育信息化發(fā)展趨勢，根據用戶(hù)現場(chǎng)環(huán)境，設計符合用戶(hù)要求的系統配置方案，通過(guò)嚴密、有機的組合，實(shí)現性能價(jià)格比，以便節約工程投資，同時(shí)保證系統功能實(shí)施的需求，經(jīng)濟實(shí)用。

　　靈活性與可擴展性 原則

　　網(wǎng)絡(luò )系統是一個(gè)不斷發(fā)展的系統，因此應具有良好的擴展性，能夠根據信息化地不斷深入發(fā)展，方便地擴展網(wǎng)絡(luò )覆蓋范圍、擴大網(wǎng)絡(luò )容量和提高網(wǎng)絡(luò )各層次節點(diǎn)的功能。具備支持多種通信媒體、多種物理接口的能力，提供技術(shù)升級、設備更新的靈活性。

　　系統能夠通過(guò)增加服務(wù)器等軟硬件設備，方便、平滑的對系統容量進(jìn)行擴容， 具備較高的可擴展能力。

　　高安全性原則

　　根據國家對網(wǎng)絡(luò )與信息系統安全性的基本要求，該系統在設計初期將符合國家有關(guān)信息與信息系統安全的法律和法規，滿(mǎn)足教育系統內部及適用環(huán)境對該系統提出的安全性要求，采用標準加密算法與系統內部私有協(xié)議相結合的方式防止出現系統數據泄密、音視頻資源被盜用等安全問(wèn)題 。

　　方案設計

　　根據需求，我公司自主研發(fā)生產(chǎn)的虛擬演播室系統，它作為本次項目建設的核心組建部分;方案的設計思路，主要由貴學(xué)校提出的系統建設需求以及結合我公司多年的系統建設經(jīng)驗，綜合設計如下：

　　系統 部署設計

　　虛擬演播室系統架構示意圖

　　部署說(shuō)明

　　根據上述圖示可得知，按照用戶(hù)的要求，將教室室進(jìn)行了劃分，它由虛擬合成部分與觀(guān)摩部分組成，我司在設計系統功能的同時(shí)考慮教室與觀(guān)摩室的設備部署，并在保證建設成本的基礎上實(shí)現用戶(hù)的需求;

　　系統功能說(shuō)明

系統結構示意圖

　　虛擬演播室系統介紹

　　虛擬演播室系統便攜錄播實(shí)時(shí)渲染生成三維虛擬場(chǎng)景或實(shí)景圖像,同時(shí)系統主機對攝像機現場(chǎng)拍攝的教師、學(xué)生在藍色或者綠色摳像表演區中的表演影像進(jìn)行摳像處理，將教師、學(xué) 生的表演影像從藍色或綠色的背景中分離出來(lái)。接著(zhù)，系統主機再對經(jīng)過(guò)摳像處理后的表演影像與圖形渲染服務(wù)器輸出的三維虛擬場(chǎng)景或實(shí)景圖像進(jìn)行數字化的實(shí)時(shí)合成，便攜錄播實(shí)現兩者天衣無(wú)縫的融合，將合成好的視頻影像輸出到流媒體發(fā)布系統傳輸出去，或輸出到大屏或投影儀中供現場(chǎng)教學(xué)使用。

　　虛擬演播室系統便攜錄播，可以在師生現表演的同時(shí)自動(dòng)生成實(shí)況錄像，完整地記錄在虛擬場(chǎng)景中互動(dòng)的活動(dòng)，不僅包含現場(chǎng)實(shí)況，還包含過(guò)程中教師使用的任何虛擬課件，并把他們按照發(fā)生的時(shí)間、順序、流暢剪輯，自動(dòng)編輯、手動(dòng)編輯;便攜錄播生成有價(jià)值的實(shí)況錄像，同時(shí)以流媒體的方式在網(wǎng)絡(luò )中直播、保存起來(lái)，以供廣大師生、管理者實(shí)時(shí)收看，課后點(diǎn)播觀(guān)研。

　　虛擬演播室系統，適用于各校精品課程的建設，也適用于那些人為技巧性強的學(xué)科建設，便攜錄播。還適合那些需要廣泛使用多媒體技術(shù)手段的學(xué)科建設。 便攜錄播該系統擴大了教學(xué)獲益的學(xué)生范圍;鼓勵教師間相互學(xué)習觀(guān)摩，促進(jìn)教學(xué)業(yè)務(wù);幫助管理者及時(shí)了解一線(xiàn)教學(xué)狀況，直接幫助學(xué)校提高教學(xué)質(zhì)量，從而在根本上提升學(xué)校的核心競爭力。

　　虛擬演播室系統管理軟件平臺

　　虛擬演播室系統軟件平臺涵蓋了以下功能模塊：

　　1、多場(chǎng)景分類(lèi)管理模塊：簡(jiǎn)潔的界面，不同場(chǎng)景的多維分類(lèi)管理更具直觀(guān)性。使得預覽、調用場(chǎng)景更加方便快捷。

　　2、場(chǎng)景元素實(shí)時(shí)調整模塊：背景視頻、背景圖片、背景音樂(lè )可實(shí)時(shí)更改，讓場(chǎng)景更加多變。改變了一個(gè)場(chǎng)景只能單一應用于一個(gè)對話(huà)情景，教師通過(guò)對場(chǎng)景元素的簡(jiǎn)單更改，就可以應用于不同的對話(huà)情景。

　　3、便攜錄播色鍵摳像模塊: 可有效去除背景色及背景上的陰影，無(wú)顏色溢出或空間影響，可使表演者很好地和虛擬背景結合在一起.

　　4、便攜錄播實(shí)時(shí)字幕播控模塊 : 內置字幕機模塊, 可實(shí)時(shí)地編輯滾動(dòng)字幕和臺標、 LOGO 的編輯、修改、疊加。

　　5、便攜錄播特效鏡頭生成系統 : 系統可以虛擬出6個(gè)虛擬機位，可對 6個(gè)虛擬攝像機位進(jìn)行快速切換。大限度減少系統使用的復雜性 , 增加節目拍攝的便捷性。

　　6、便攜錄播背景視頻控制模板: 可任意更換添加背景視頻,并可實(shí)時(shí)控制背景視頻暫停與播放。

　　7、實(shí)時(shí)信號預監系統：  系統界面提供實(shí)時(shí)輸入信號預監框，可對實(shí)時(shí)輸入信號進(jìn)行預監。

　　8、實(shí)時(shí)信號錄制系統：可以實(shí)時(shí)在系統硬盤(pán)上以MPEG2 、MPEG4文件格式錄制課件。

　　9、特效管理應用系統：獨有的特效功能可在輸出畫(huà)面中實(shí)時(shí)添加修改特色的美化效果，可使輸出視頻畫(huà)面更加絢麗多彩。

　　10、3D 實(shí)時(shí)背景編輯模塊：可任意添加和更換3維虛擬場(chǎng)景中的 3維部件。便攜錄播設備

　　11、便攜錄播設備輸入信號調整模塊：可任意調整外部信號源在場(chǎng)景中的位置、大小、相對比例比例等。

　　12、虛擬大屏播控系統：系統同時(shí)支持在實(shí)景視頻畫(huà)面中添加虛擬大屏以及在虛擬摳像畫(huà)面中添加虛擬大屏。虛擬大屏在畫(huà)面中的位置、大小可以由教師實(shí)時(shí)修改。

　　導播主畫(huà)面示意圖

　　適應學(xué)校要求的虛擬場(chǎng)景庫

　　演播室環(huán)境裝修的合理化建議

　　1、室內裝修

　　房間內的裝飾應盡量簡(jiǎn)樸，墻壁顏色應盡量選用中性，非白色的色調，如淺灰、淺藍等。摳像藍箱需選用摳像漆、摳像地毯和摳像布，藍箱的轉角應有弧度。

　　拼裝式藍箱結構示意圖

　　藍箱制作說(shuō)明

　　a、制作藍箱結構框架

　　b、于結構框架、地面、后墻面、側主面部分邊長(cháng)為25cm 的正方形平板連接， 各個(gè)拐角面用半徑為 50cm 的弧形板連接，三個(gè)平面的交叉處用半徑為 1m 的球 形體連接，形成無(wú)死角、無(wú)燈光陰影的藍箱結構

　　c、藍箱高出地面5cm ，用斜面專(zhuān)用鋼板過(guò)渡連接地面，既保護藍箱立面又美 觀(guān)大方。

　　d、用膩子處理個(gè)板塊連接縫。

　　e、刷專(zhuān)業(yè)進(jìn)口藍摳像漆

　　室內盡量選取墻壁為淺色調，淺色墻壁的反光會(huì )有效提高人物面部的亮度，使得水平照明和垂直照明的接近，提高灰度級別，達到提高攝像質(zhì)量的目的。

　　盡量使用室內照明，以免室外和室內光線(xiàn)的色溫不一致造成偏紅或偏藍色調;同時(shí)，燈管的選用需要顯色性85% 以上的燈管，這樣可以更好的還原物體的顏色。

　　2、燈光及光源

　　光源應該是非直射三基色燈或日光燈，不宜采用自然光照明。若有大的窗子，可用厚的窗簾遮蓋。

　　用三基色燈(色溫在 4000K左右 )。日光燈可每隔一米排列一支，避免在同一室中混合使用白熾燈和日光燈，也應避免使用工作在 30～50HZ 的節能日光燈。建議光照度為 400LUX 以上。

　　對于采用投影儀的講臺區域，應采用分區管理不同的光照區域，一般在投影屏幕的前面設置可調光源，并避免強光穿透投影儀和投影屏幕之間的投影區域。同時(shí)，在講臺上方可設置一個(gè)燈光區域，在四周的天花板上設置適當的筒燈，以調節講臺的光線(xiàn)，使之更柔和，亮度更均勻。

　　3、線(xiàn)路布線(xiàn)

　　應為專(zhuān)業(yè)設備提供一個(gè)電源插座，不要和其它外圍設備，特別是大功率設備， 如空調、音箱等共用一個(gè)電源插座。電源線(xiàn)和網(wǎng)絡(luò )傳輸線(xiàn)應布到終端設備放置的地方，而且應使用導管或墻內布線(xiàn)，保護線(xiàn)纜及人身安全;強電和弱電不能夠并行布線(xiàn)，以免產(chǎn)生電源干擾，如環(huán)境不允許，則需要做屏蔽保護。

　　考慮到網(wǎng)絡(luò )的應用，在講臺的桌面上或地面上可安裝適量的網(wǎng)絡(luò )信息插座和相應的220V 電源插座，以方便網(wǎng)絡(luò )應用。對于采用投影儀的區域，考慮在天花板上安裝投影儀，因此需在天花板的相應位置安裝一個(gè) 220V/10A電源插座，另外，對 LCD投影儀應考慮預埋一根復合視頻電纜、一根HDMI電纜以及一根控制線(xiàn)纜。

　　4、視頻設計的一般要求

　　具有攝像系統的室，影響攝像畫(huà)面質(zhì)量的一個(gè)重要因素，是會(huì )場(chǎng)四周的景物和顏色，以及桌椅的色調。一般忌用“白色”、“黑色”之類(lèi)的色調，這兩種顏色對人物攝像將產(chǎn)生“反光”及“奪光”的不良效應。所以無(wú)論墻壁四周、桌椅均采用淺色色調較適宜，如墻壁四周米黃色、淺綠、桌椅淺咖啡色等?？梢钥紤]在室內擺放花卉盆景等清雅物品，增加室內整體高雅，活潑，融洽氣氛，對促進(jìn)會(huì )議效果很有幫助。

　　從觀(guān)看效果來(lái)看，攝像機等放像設備的布局常放置在相對于與會(huì )者中心的位置，各與會(huì )者到攝像機的水平視角應不大于 60度。

　　5、環(huán)境設計的一般要求

　　室內的溫度、濕度應適宜，通?？紤]為15 ～25℃的室溫， 60 %～80%濕度較合理。設備對溫度、濕度都有較高的要求，保持室內的合適溫度、合適濕度是保證系統可靠穩定運行的基本條件。為保證室內的合適溫度、合適濕度，室內內可安裝空調系統，以達到加熱、加濕、制冷、去濕、換氣的功能。室內要求空氣新鮮，每人每時(shí)換氣量不小于 18m3。環(huán)境噪聲級要求為40dB(A)，以形成良好的環(huán)境。若室內噪聲大，如空調機的噪聲過(guò)大，就會(huì )大大影響音頻系統的性能，其它會(huì )場(chǎng)就難聽(tīng)清該會(huì )場(chǎng)的發(fā)言。

　　6、供電系統設計的一般要求

　　為保證室內供電系統的安全可靠，以減少經(jīng)電源途徑帶來(lái)的電氣串擾，應采用三套供電系統。便攜錄播一套供電系統作為照明供電;第二套供電系統作為整個(gè)終端設備、控制室設備的供電，并采用不隔斷電源系統 (UPS);第三套供電系統用于空調等設備的供電。

　　接地是電源系統中比較重要的問(wèn)題。便攜錄播控制室或機房、室內所需的地線(xiàn)，宜在控制室或機房設置的接地匯流排上引接。如果是單獨設置接地體，接地電阻不應大于 4 ;設置單獨接地體有困難時(shí)，也可與其它接地系統合用接地體，接地電阻不應大于 3 。必須強調的是，采用聯(lián)合接地的方式，保護地線(xiàn)必須采用三相五線(xiàn)制中的第五根線(xiàn)，與交流電流的零線(xiàn)必須嚴格分開(kāi)，否則零線(xiàn)不平衡電源將會(huì )對圖像產(chǎn)生嚴重的干擾。

　　案例裝修效果圖