廣東慧暢科技有限公司 | 精品錄播解決方案

　　第 一 章 系統方案概述

　　一.1 應用背景

　　自2012年全國教育信息化工作電視電話(huà)會(huì )議上提出“建設教育資源公共服務(wù)平臺和教育管理公共服務(wù)平臺，”學(xué)校資源數字化就是教育信息化的任務(wù)之一。在2014年教育信息化工作部署，決定開(kāi)展“一師一優(yōu)課、一課一名師”活動(dòng)，有效的促進(jìn)了學(xué)校資源數字化。2018年，教育部發(fā)布《教育信息化2.0行動(dòng)計劃》，發(fā)揮“一師一優(yōu)課，一課一名師”示范引領(lǐng)作用，同時(shí)提出“百區千校萬(wàn)課引領(lǐng)行動(dòng)”等教育信息化建設任務(wù)，該行動(dòng)需認定百個(gè)典型區域、千所標桿學(xué)校、萬(wàn)堂示范課例，匯聚優(yōu)秀案例，推廣典型經(jīng)驗。培育千所標桿學(xué)校，包括遴選100所高等學(xué)校、300所職業(yè)學(xué)校、1000所基礎教育學(xué)校。萬(wàn)堂示范課例，包括遴選1萬(wàn)堂基礎教育示范課、1000堂職業(yè)教育示范課、200堂繼續教育示范課，推出3000門(mén)國家精品在線(xiàn)開(kāi)放課程，建設7000門(mén)國家級和1萬(wàn)門(mén)省級線(xiàn)上線(xiàn)下高等教育精品課，充分發(fā)揮示范課例的輻射效能。

　　2021年1月教育部發(fā)布的《關(guān)于大力加強中小學(xué)線(xiàn)上教育教學(xué)資源建設與應用的意見(jiàn)》提出“到2025年，基本形成定位清晰、互聯(lián)互通、共建共享的線(xiàn)上教育平臺體系，覆蓋各類(lèi)專(zhuān)題教育和各教材版本的學(xué)科課程資源體系，涵蓋建設運維、資源開(kāi)發(fā)、教學(xué)應用、推進(jìn)實(shí)施等方面的政策保障制度體系。”同年8月教育部辦公廳發(fā)布《關(guān)于開(kāi)展“基礎教育精品課”遴選工作的通知》，以激發(fā)教師教學(xué)熱情、匯集優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源、服務(wù)學(xué)生教師使用、促進(jìn)優(yōu)質(zhì)均衡發(fā)展為工作目標。

　　精品錄播系統因其全自動(dòng)檢測拍攝、多機位自動(dòng)導播功能以及優(yōu)異的錄制效果，極大提升了課程資源數字化效率，近年來(lái)備受教育用戶(hù)的青睞。具有多年的音視頻技術(shù)沉淀，通過(guò)對優(yōu)勢產(chǎn)品的整合，結合用戶(hù)需求，推出精品錄播解決方案，方案不僅注重學(xué)校課程資源數字化質(zhì)量，還圍繞課程資源應用推出了視頻資源應用平臺，將學(xué)校零散課程資源有效匯聚成具有一定規模的校本資源體系，增強了學(xué)校資源管理實(shí)力，擴大了學(xué)校優(yōu)質(zhì)教育資源輻射覆蓋范圍，為區域教育優(yōu)質(zhì)均衡和在線(xiàn)教學(xué)應用打下良好基礎。

　　一.2 痛點(diǎn)分析

　　1.2.1缺少專(zhuān)業(yè)錄制環(huán)境

　　很多學(xué)校只有一間錄播教室或未建精品錄播教室，教師錄制課程資源缺少相應的錄制環(huán)境，錄制效果難以保證，專(zhuān)業(yè)的錄播教室需參考演播室設計標準，對環(huán)境裝修風(fēng)格、色調、燈光、吸音、隔音都有一定的標準要求，優(yōu)質(zhì)的課程內容輔以專(zhuān)業(yè)的錄制環(huán)境可以有效提高課程資源錄制質(zhì)量。

　　1.2.2資源數字化效率低

　　由于自動(dòng)檢測拍攝系統不能適配每一位教師的教學(xué)習慣，學(xué)校錄制課程資源通常是由電教老師手動(dòng)導播配合授課老師錄制，錄制后還需視頻剪輯和添加字幕等后期制作，占用了教師大量課后時(shí)間。

　　1.2.3資源體系難建立

　　現在教師錄制精品課大多數是為了參加“一師一優(yōu)課、一課一名師”的評課活動(dòng)，參加活動(dòng)的精品課程為示范課程，學(xué)校匯聚的課程資源都是零散資源，未對應章節和知識點(diǎn)進(jìn)行錄制，教學(xué)資源缺少特色，導致學(xué)校很難建立圍繞課程體系的優(yōu)質(zhì)校本資源。

　　1.2.4資源應用難普及

　　資源管理平臺和錄播設備中的視頻資源在參加過(guò)評課活動(dòng)之后使用率很低，平臺缺少相應的運營(yíng)管理機制，學(xué)校部署的平臺大多數只是對課程資源的分類(lèi)管理和校內直播，資源應用模式處于探索階段，資源應用頻率較低。

　　一.3 需求分析

　　一.3.1 教學(xué)管理者需求

　　精品錄播教室投入較大，建設后的先進(jìn)性、易用性，教師使用后的評價(jià)都是管理者的關(guān)注點(diǎn)。除此之外，還有能否提高教師教學(xué)能力，能否提高教研能力，是否可以利用錄播教室實(shí)現教學(xué)方式的變革，在國內能否做為示范案例，錄制的課程能否獲獎等。教學(xué)管理者需要建立學(xué)校數字化課程體系，打造數字化未來(lái)學(xué)校。

　　一.3.2 教師需求

　　教師日常工作量較大，使用錄播教室錄制課程前需要提前抽出時(shí)間反復練習，需要提前約好錄播教室的空閑時(shí)間，除此之外還需要全班學(xué)生的配合才能錄制好一堂優(yōu)質(zhì)課，錄制后還需要編輯視頻，按一師一優(yōu)課平臺的要求轉碼視頻，進(jìn)行上傳。錄制視頻給老師增加了大量的工作，教師最需要的是能提高效率的錄制工具，剪輯工作量小，錄制效果好。

　　一.3.3 電教老師需求

　　電教老師是學(xué)校信息化設備的主要管理人員，由于電教老師大多數都有授課任務(wù)，所以操作、維護設備的時(shí)間很少，電教老師迫切需要免維護、遠程控制、操作簡(jiǎn)單的錄播系統，教師最好都可以自己錄課，自己能操作設備，視頻編輯量要小，能減輕電教老師的工作量或提高工作效率。

　　一.3.4 系統需求

　　1)嵌入式設計

　　采用嵌入式架構，錄播主機安全穩定，低故障率，低功耗。

　　2)多路高清視頻同步錄制

　　能同時(shí)錄制多路1080P/30fps信號，對多路全高清視頻信號并發(fā)處理，采用先進(jìn)的H.264視頻編碼方式同時(shí)生成高質(zhì)量的1080p全高清mp4文件，為后期制作課程資源提供素材。

　　3)智能檢測拍攝技術(shù)

　　智能檢測拍攝技術(shù)，有效保證拍攝畫(huà)面構圖美感，錄制過(guò)程使用鏡頭切換代替傳統鏡頭搖擺跟拍效果，避免鏡頭跟丟，避免觀(guān)看者頭暈。

　　4)先進(jìn)的音頻處理技術(shù)

　　將教室內多路音頻信號進(jìn)行混音處理，對環(huán)境音進(jìn)行降噪處理，有效抑制嘯叫，有效消除回聲，對人聲自動(dòng)增益處理，以達到音頻錄制效果的最優(yōu)化。

　　5)教學(xué)互動(dòng)技術(shù)

　　具備先進(jìn)的互動(dòng)技術(shù)，支持公有云互動(dòng)和私有云互動(dòng)，靈活應對多種網(wǎng)絡(luò )基礎環(huán)境，支持雙流互動(dòng)和同屏互動(dòng)，音視頻互動(dòng)的同時(shí)還能使用板書(shū)互動(dòng)，有效增強互動(dòng)教學(xué)教研效果。

　　6)極簡(jiǎn)操作設計

　　人性化交互界面，操作邏輯同步日常生活應用，易理解，易操作，兼具美感和操控感。

　　一.4 總體目標

　　重新定義精品錄播系統，優(yōu)化系統結構。采用先進(jìn)的檢測算法和音頻處理技術(shù)，在保證音視頻錄制效果的前提下，提高前后端設備集成度，增強教學(xué)資源錄制效果，成為大批量教學(xué)資源錄制最有效工具。

　　建設學(xué)校課程資源體系，加速學(xué)校資源數字化。利用精品錄播系統打造基礎數字化課程資源，基礎數字化課程體系是將國家規定的各學(xué)習領(lǐng)域體現共同基礎要求的學(xué)科課程進(jìn)行資源數字化，基礎數字化課程強調學(xué)生基本素質(zhì)的形成和發(fā)展。逐漸形成數字化特色課程體系，特色課程是具有一定開(kāi)放性的課程，旨在培育學(xué)生的主體意識、完善學(xué)生的認知結構、提高學(xué)生的自我規劃和自主選擇能力。

　　部署教學(xué)資源應用平臺，利用在線(xiàn)教學(xué)擴大優(yōu)質(zhì)資源輻射覆蓋范圍。各錄播教室的教學(xué)視頻資源與教學(xué)視頻應用云平臺之建立無(wú)縫對接機制，能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò )自動(dòng)向平臺上傳視頻資源。提供視頻資源直播、點(diǎn)播等應用服務(wù)，有效對資源進(jìn)行分類(lèi)管理，快速建立課程體系，提供便捷登錄方式和多終端訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)，建成在線(xiàn)課堂應用，打造未來(lái)學(xué)校。

　　建成網(wǎng)絡(luò )教研應用環(huán)境，通過(guò)參與網(wǎng)絡(luò )教研和同步備課活動(dòng)，提高教師專(zhuān)業(yè)發(fā)展。區域教育局可通過(guò)互動(dòng)系統，隨時(shí)隨地開(kāi)展區域網(wǎng)絡(luò )教研活動(dòng)，同時(shí)支持音視頻互動(dòng)、課件共享應用。教研員可以通過(guò)互動(dòng)系統進(jìn)行遠程聽(tīng)課，解決教研員需要長(cháng)途奔波到各學(xué)校進(jìn)行聽(tīng)課的困擾。

　　開(kāi)展專(zhuān)遞課堂互動(dòng)教學(xué)模式。通過(guò)互動(dòng)功能，能靈活開(kāi)展各種互動(dòng)教學(xué)活動(dòng)。充分利用名師資源，開(kāi)展互動(dòng)教學(xué)專(zhuān)遞課堂活動(dòng)，解決教育資源不均衡帶來(lái)的困擾。

　　第 二 章 總體思路

　　二.1 設計原則

　　本方案設計遵循技術(shù)先進(jìn)、功能齊全、性能穩定、節約成本的原則，構建一個(gè)功能全面、使用方便、運行穩定、圖像清晰的常態(tài)錄播系統。并綜合考慮施工、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、全面的;設計方案具有科學(xué)性、合理性、可操作性。遵循以下原則：

　　1) 實(shí)用性

　　系統的規劃要高起點(diǎn)，功能要更切合實(shí)際，重在應用，堅持以需求為主導，落腳于滿(mǎn)足需求，從實(shí)際需求出發(fā)，深入開(kāi)展業(yè)務(wù)調研， 保證系統順暢使用，易于維護。在先進(jìn)、可靠和充分滿(mǎn)足系統功能的前提下，體現高性?xún)r(jià)比。

　　2) 安全性

　　整個(gè)系統采用成熟的、穩定的、完善技術(shù)設備，選用的設備自身應具有較高的安全可靠性，關(guān)鍵設備或關(guān)鍵部件應采取備份冗余設計，同時(shí)選用安全機制完善、安全級別較高的系統軟件，使用具有可靠功能的專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )安全產(chǎn)品，能夠保證系統的全天候長(cháng)期穩定安全運行。

　　3) 擴展性

　　系統設計中考慮到今后技術(shù)的發(fā)展和使用的需要，具有更新、擴充和升級的可能，系統規模和功能易于擴充，系統配套軟件具有升級能力。同時(shí)在設計中留有冗余，以滿(mǎn)足今后的發(fā)展要求。方案中設備的控制容量上保留一定的余地，以便在系統中改造新的控制點(diǎn);系統中還保留與其他計算機或自動(dòng)化系統連接的接口;也盡量考慮未來(lái)科學(xué)的發(fā)展和新技術(shù)的應用。

　　4) 開(kāi)放性

　　系統的建設采用標準化、模塊化設計并嚴格遵守相關(guān)技術(shù)的國際、國內和行業(yè)標準，以確保系統之間的開(kāi)放透明性和系統之間的互連互通?？紤]到整個(gè)系統是分期建設的，系統建設時(shí)，對有擴展要求的子系統，在建設和選用設備時(shí),應在對未來(lái)業(yè)務(wù)的增長(cháng)和擴容進(jìn)行科學(xué)預測基礎上進(jìn)行余量設計,預留擴容和發(fā)展的空間。

　　二.2 設計標準

　　解決方案的設計主要依據國家政策、相關(guān)法律規章、國家和行業(yè)相關(guān)標準、相關(guān)研究成果等資料進(jìn)行規劃設計，具體如下：

　　1)《第十四個(gè)五年規劃和2035年遠景目標綱要》

　　2)《中國教育現代化2035》

　　3)《教育信息化2.0行動(dòng)計劃》

　　4)《關(guān)于加強“三個(gè)課堂”應用的指導意見(jiàn)》

　　5)《教學(xué)視聽(tīng)設備及系統維護與操作的安全要求》   GB12641-2007

　　6)《多媒體教學(xué)環(huán)境設計要求》              GB_T 36447-2018

　　7)《建筑物電子信息系統防雷技術(shù)規范》    GB50343-2004

　　8)《智能建筑工程質(zhì)量驗收規范》 GB50339-2013

　　9)《演播室數字電視編碼參數規范》 GB/T 14857-1993

　　10)《音頻、視頻及類(lèi)似電子設備 安全要求》 GB 8898-2011

　　11)《工業(yè)、企業(yè)通信接地設計規范》 GBJ79-85

　　12)《國際綜合布線(xiàn)六類(lèi)信道標準》 ISO/IEC11801

　　13)《交換、控制技術(shù)要求》 GB/T 28181-2011

　　14)《建筑與建筑群綜合布線(xiàn)系統工程驗收規范》 GB/T50312-2000

　　15)《電子計算機場(chǎng)地通用規范》 GB/T 2887-2000

　　16)《計算機軟件開(kāi)發(fā)規范》 GB8566-1988

　　17)《信息技術(shù)、軟件包質(zhì)量要求和測試》      GB/T 17544-1998

　　二.3 設計思路

　　結合國家及地方政策，當前市場(chǎng)環(huán)境現狀及需求分析，解決方案的設計將圍繞課程錄制、集中監管、資源存儲、資源共享等應用，打造完整的一體化教育信息化生態(tài)系統，通過(guò)系統實(shí)現日常教學(xué)、教學(xué)管理、資源積累、資源多方應用等多個(gè)方面的應用，從而滿(mǎn)足教育局主管單位學(xué)校、老師、學(xué)生、家長(cháng)等的不同需要。最終實(shí)現課堂資源數字化、教學(xué)管理集中化、教學(xué)過(guò)程透明化、教學(xué)資源共享化。

　　解決方案設計思路：

　　打造課程資源“制作/更新--應用--分享--管理”于一體的循環(huán)應用模式;

　　建設精品課程錄制環(huán)境，結合教室環(huán)境進(jìn)行聲學(xué)和燈光設計，增強錄制效果，結合教師授課習慣，支持便攜手動(dòng)錄制和無(wú)感知自動(dòng)錄制;

　　充分結合國家及地方性政策，發(fā)揮“一師一優(yōu)課，一課一名師”示范引領(lǐng)作用，同時(shí)遵循“百區千校萬(wàn)課引領(lǐng)行動(dòng)”任務(wù)，推進(jìn)優(yōu)質(zhì)資源課程的持續生產(chǎn)，成為大批量教學(xué)資源錄制最有效工具;

　　建設區域課程資源體系，加速學(xué)校資源數字化，形成數字化特色課程體系，建成在線(xiàn)課堂應用，打造未來(lái)學(xué)校;

　　極簡(jiǎn)應用操作，功能按需設計，重點(diǎn)加強人機交互體驗，促進(jìn)和激發(fā)教師和學(xué)生用戶(hù)使用興趣，促進(jìn)平臺應用;

　　互聯(lián)互通的應用環(huán)境，將區域內各校的錄播教室有機連接，建成區域互聯(lián)互通的音視頻授課環(huán)境，為“一校帶多點(diǎn)、一校帶多校”的教學(xué)和教研組織模式提供應用環(huán)境;

　　靈活的部署方式，采用多級架構設計思路，針對不同的主體單位部署配套管理與應用平臺，以滿(mǎn)足不同的需求;

　　可常態(tài)應用的教研功能，平臺具有聽(tīng)課評課應用模塊，支持實(shí)時(shí)的討論式評價(jià)和模板打分式評價(jià)，促進(jìn)線(xiàn)上線(xiàn)下混合式教研新模式;

　　開(kāi)放式軟件架構設計，在實(shí)現基礎應用的同時(shí)也考慮接口的開(kāi)放，以滿(mǎn)足更上層應用軟件的集成調用。

　　第 三 章 系統總體設計

　　三.1 應用架構

　　應用架構按照多級架構設計，總體設計將面向教師、學(xué)生、家長(cháng)、教學(xué)管理者等不同用戶(hù)，圍繞教學(xué)資源應用，以課程為核心，覆蓋學(xué)校應用，將課程資源體系化，應用模式常態(tài)化。教室是指錄播教室，包括精品錄播教室、常態(tài)錄播教室等，主要負責視頻課程錄制，學(xué)校端需要構建校級應用機制，主要負責對錄播教室的管理、教學(xué)資源編輯優(yōu)化、校內資源應用等。

　　圖1校級應用架構圖

　　三.2 系統拓撲

　　針對教學(xué)場(chǎng)景和教室環(huán)境進(jìn)行了高清攝像機和音頻設備的優(yōu)化升級。新一代精品錄播系統集成度更高，圖像檢測攝像機較上一代攝像機檢測更精準，畫(huà)質(zhì)更清晰。音頻采集系統采用專(zhuān)業(yè)級指向吊麥配合音頻處理器，保證音頻效果。錄播主機通過(guò)HDMI信號實(shí)時(shí)采集教學(xué)一體機授課畫(huà)面，教學(xué)過(guò)程全保留。錄播系統配套觸控鍵盤(pán)，采用可視化操作界面，直觀(guān)易操作，錄制課程一觸即達。課程錄制后會(huì )自動(dòng)上傳至平臺對應的教師賬號中，教師可通過(guò)平臺進(jìn)行編輯和管理。

　　圖2 系統拓撲圖

　　三.3 核心應用

　　精品錄播應用系統由錄制系統、直播系統、點(diǎn)播系統、互動(dòng)系統組成。

　　錄制系統對教學(xué)畫(huà)面進(jìn)行多機位多角度拍攝，自動(dòng)切換各機位畫(huà)面進(jìn)入導播界面，導播系統自動(dòng)合成錄制，整個(gè)拍攝過(guò)程省去人工導播的操作，為教師節省視頻后期制作的大量時(shí)間。

　　直播系統可以通過(guò)網(wǎng)頁(yè)進(jìn)行實(shí)時(shí)預覽，應用場(chǎng)景包括活動(dòng)直播、課程直播、會(huì )議直播等。錄播系統錄制視頻時(shí)可以同時(shí)開(kāi)展直播，即保存了視頻資源，又擴大了視頻資源的播出范圍，通過(guò)平臺增加直播并發(fā)能力，能幫助直播學(xué)校擴大影響力。

　　點(diǎn)播系統分為課程和錄像兩種模式。在錄播主機中課程模式按錄制合成后的教學(xué)視頻進(jìn)行點(diǎn)播，課程視頻也會(huì )上傳至平臺教師課程管理中，進(jìn)行深度應用。在錄像模式中，可以查詢(xún)每路攝像機錄制的畫(huà)面，為課程視頻后期制作提供素材。

　　互動(dòng)系統是錄播主機結合螢石云互動(dòng)技術(shù)在教育領(lǐng)域的應用，通過(guò)教學(xué)助手發(fā)起互動(dòng)成為主講教室，聽(tīng)講教室自動(dòng)加入互動(dòng)課堂，輕松實(shí)現音視頻互動(dòng)，在我國的互動(dòng)課堂和網(wǎng)絡(luò )教研方案中被廣泛應用，有效解決區域優(yōu)質(zhì)資源不均衡和線(xiàn)下教研活動(dòng)聚集難的問(wèn)題。

　　三.4 特色優(yōu)勢

　　1)檢測算法前置

　　檢測攝像機內置深度學(xué)習檢測算法，無(wú)需外置檢測主機，檢測攝像機支持根據教師和學(xué)生的變化，自適應地調整畫(huà)面，能過(guò)濾窗簾抖動(dòng)、光線(xiàn)等干擾因素，學(xué)生檢測相比傳統錄播檢測準確度大幅提高，能呈現最佳自動(dòng)錄制效果。

　　2)雙板書(shū)檢測

　　基于板書(shū)檢測算法，?？稻蜂洸ハ到y使用1臺教師檢測攝像機可以實(shí)現3臺傳統檢測定位設備相同功能，實(shí)現教師檢測的同時(shí)，還可以對左板書(shū)和右板書(shū)進(jìn)行檢測，相比傳統精品錄播性?xún)r(jià)比更高。

　　3)師生雙畫(huà)面

　　錄播主機支持師生雙畫(huà)面導播邏輯，當教師提問(wèn)學(xué)生時(shí)，系統支持設置單畫(huà)面導播和師生雙畫(huà)面導播，能為用戶(hù)呈現不同的自動(dòng)錄制效果。

　　4)可視化觸控導播體驗

　　系統采用觸控導播鍵盤(pán)，搖桿操作與觸控操作完美結合，極大的增強了用戶(hù)體驗，可視化操作，讓錄制精品課一觸即達。

　　5)全高清錄制

　　圖像采集子系統視頻編碼采用目前國際上領(lǐng)先的H.264高清編碼方式，系統采用若干臺1080P高清云臺攝像機，錄播主機同時(shí)采集教師課件信號，經(jīng)導播控制進(jìn)行自動(dòng)錄制，錄制畫(huà)質(zhì)可達到1080P。

　　第 四 章 應用介紹

　　四.1 精品錄播應用

　　精品錄播系統由視頻采集子系統、音頻處理子系統、自動(dòng)檢測拍攝子系統、導播子系統組成，多個(gè)子系統相互協(xié)作，自動(dòng)錄制教學(xué)過(guò)程，生成教學(xué)資源。

　　四.1.1 應用概述

　　精品錄播系統為保證畫(huà)面的還原度，每個(gè)畫(huà)面都采用獨立高清攝像機進(jìn)行拍攝，配置專(zhuān)業(yè)音頻采集設備完成教學(xué)過(guò)程中的聲音采集，通過(guò)圖像識別檢測拍攝技術(shù)，實(shí)現全自動(dòng)跟拍錄制，快速生成教學(xué)資源，為教師錄制優(yōu)質(zhì)課和精品課程資源提供專(zhuān)業(yè)高效的錄制空間，為教師提供教學(xué)反思、觀(guān)摩教學(xué)等應用基礎環(huán)境。

　　精品錄播系統與常態(tài)錄播系統的區別：精品錄播為保證優(yōu)異的音視頻錄制效果，每路畫(huà)面均采用單獨高清攝像機采集畫(huà)面，音頻錄制使用指向麥加音頻處理器的專(zhuān)業(yè)配置，指向麥可減少音源雜音的錄制，音頻處理器可實(shí)現更全面的音頻處理功能。精品錄播系統主要針對錄制優(yōu)質(zhì)課、精品課資源的教學(xué)活動(dòng)，常態(tài)錄播主要針專(zhuān)遞課堂、同步課堂、直播課堂等遠程教學(xué)場(chǎng)景。因此，精品錄播教室需要配套聲學(xué)、光學(xué)的裝修改造來(lái)提升錄制效果。

　　精品錄播教室分為教學(xué)區、學(xué)生區、觀(guān)摩區，教學(xué)區主要是講臺區域，用于教師授課;學(xué)生區是學(xué)生就坐學(xué)習的區域;觀(guān)摩區在教室后面，是獨立于教室的空間，用于聽(tīng)課觀(guān)摩和導播操作，教室與觀(guān)摩室中間配置一塊單透玻璃和兩塊觀(guān)摩屏、一對有源音箱，在觀(guān)摩室聽(tīng)課教師既不影響教師正常授課又能更好的了解教室授課情況。

　　圖3 五機位精品錄播場(chǎng)景示意圖

　　四.1.2 應用組成

　　視頻采集子系統視頻編碼采用目前國際上領(lǐng)先的H.264 High Profile高清編碼方式，系統采用五臺1080P高清云臺攝像機，分別拍攝教師特寫(xiě)、教師全景、學(xué)生特寫(xiě)、學(xué)生全景、板書(shū)特寫(xiě)，同時(shí)接入教師電腦課件信號，經(jīng)導播控制進(jìn)行自動(dòng)/手動(dòng)錄制，錄制畫(huà)質(zhì)可達到高清1080P。

　　音頻處理子系統采用AAC編碼方式，教師和學(xué)生的語(yǔ)音信號通過(guò)指向麥、無(wú)線(xiàn)話(huà)筒拾音，并經(jīng)過(guò)音頻處理器進(jìn)行去噪、回聲消除等處理，最終所有的音頻均傳送到錄播主機中進(jìn)行編碼處理，生成標準MP4文件，保存在錄播主機中，供后期再次編輯或上傳到平臺進(jìn)行點(diǎn)播。

　　自動(dòng)檢測子系統采用兩臺高清攝像機，通過(guò)攝像機圖像識別分析功能對教師和學(xué)生行為進(jìn)行分析、識別，錄播主機根據預置的檢測切換邏輯控制多鏡頭的切換，最終實(shí)現課堂教學(xué)的全自動(dòng)畫(huà)面跟拍錄制，真實(shí)完整還原教師講授、學(xué)生提問(wèn)等教學(xué)場(chǎng)景。

　　導播子系統分為自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)三種模式，自動(dòng)導播時(shí)主機根據檢測算法切換邏輯進(jìn)行自動(dòng)錄制合成教學(xué)資源，半自動(dòng)和手動(dòng)需要手動(dòng)控制導播鍵盤(pán)，通過(guò)導播鍵盤(pán)實(shí)現云臺控制和鏡頭切換，手動(dòng)控制錄播系統完成課程錄制。

　　第 五 章 系統詳細設計

　　五.1 視頻采集子系統

　　五.1.1 系統設計

　　圖4 高清云臺攝像機

　　視頻采集系統實(shí)現教師特寫(xiě)攝像機、教師全景攝像機、學(xué)生特寫(xiě)攝像機、學(xué)生全景攝像機、板書(shū)特寫(xiě)、電腦課件畫(huà)面的圖像采集。

　　高清攝像機采用高質(zhì)量CMOS傳感器，可實(shí)現最大1920x1080分辨率的優(yōu)質(zhì)圖像，支持低照度，超高信噪比的CMOS圖像傳感器可有效降低在低照度下的圖像噪聲，同時(shí)應用2D和3D降噪算法，大幅降低了圖像噪聲，即便是低照度情況下，依然保持畫(huà)面干凈清晰，為全自動(dòng)錄播系統提供穩定的高清畫(huà)面。

　　五.1.2 系統部署

　　教師特寫(xiě)和教師全景攝像機安裝在教室后端，安裝高度以保證攝像機拍攝角度接近平視教師畫(huà)面為最佳，盡量居中安裝，拍攝教師特寫(xiě)時(shí)保證教師在畫(huà)面中央。學(xué)生特寫(xiě)攝像機應安裝在黑板上方正中，盡量減少俯視感，學(xué)生全景相機安裝在靠窗一側，保證畫(huà)面覆蓋所有學(xué)生。

　　圖5攝像機部署示意圖

　　五.1.3 系統功能

　　高清攝像機基本功能：

　　1)支持視頻分辨率1080p

　　2)支持12x鏡頭焦距，f=3.5mm ~ 42.3mm,F1.8 ~ F2.8

　　3)支持16x數字變焦

　　4)支持最低照度 0.5 Lux @ (F1.8, AGC ON)

　　5)白平衡支持 自動(dòng)，室內，室外，一鍵式，手動(dòng)，指定色溫

　　6)支持2D&3D 數字降噪

　　7)支持背光補償

　　8)支持水平視場(chǎng)角 72.5° ~ 6.9°，垂直視場(chǎng)角 44.8° ~ 3.9°

　　9)支持水平轉動(dòng)范圍 ±170°，垂直轉動(dòng)范圍 -30° ~ +90°

　　10)支持水平轉動(dòng)速度范圍 1.7° ~ 100° /s，垂直轉動(dòng)速度范圍 1.7° ~ 69.9° /s

　　五.2 音頻采集子系統

　　五.2.1 系統設計

　　圖6  吊麥和音頻處理器

　　針對課堂教學(xué)音頻的采集，采用專(zhuān)業(yè)級指向麥克風(fēng)加音頻處理器的方案，教師和學(xué)生的語(yǔ)音通過(guò)吊麥并經(jīng)過(guò)音頻處理器進(jìn)行去噪、混音、回聲消除等處理，最終所有的音視頻均傳送到錄播主機中進(jìn)行編碼處理，合成視頻文件，保存在錄播主機中，供后期再次編輯或上傳到平臺進(jìn)行應用。

　　五.2.2 系統部署

　　建議以學(xué)生區域中心線(xiàn)為準，安裝高度在2.6米左右，有效保證聲源和吊麥的拾音距離，第一排吊麥距離黑板2.2米位置一組，后面兩組分別距離前一排吊麥3米。

　　圖7  吊麥部署示意圖

　　五.2.3 系統功能

　　指向吊麥基本功能：

　　五.3 自動(dòng)檢測子系統

　　五.3.1 系統設計

　　圖8 跟拍檢測攝像機

　　全新跟拍檢測攝像機，針對教師站定授課和教師走動(dòng)授課等不同場(chǎng)景進(jìn)行設計，通過(guò)內置檢測算法實(shí)現更平滑的檢測效果。教師檢測兼顧雙板書(shū)檢測功能，學(xué)生檢測可以更加快速地檢測學(xué)生起立坐下?tīng)顟B(tài)，過(guò)濾窗簾抖動(dòng)、燈光變化等因素的干擾。圖像檢測算法前置，由錄制主機進(jìn)行自動(dòng)切換，跟拍效果更好。

　　五.3.2 系統功能

　　導播邏輯：當教師站定不動(dòng)時(shí)，檢測拍攝系統輸出教師特寫(xiě)畫(huà)面;當教師操作課件時(shí)，切換課件畫(huà)面;當教師走動(dòng)時(shí)，檢測拍攝系統輸出教師全景畫(huà)面;當教師走下講臺時(shí)，檢測拍攝系統輸出學(xué)生全景畫(huà)面;當學(xué)生起立時(shí)，檢測拍攝系統先給出學(xué)生全景畫(huà)面，再切換學(xué)生特寫(xiě)畫(huà)面;學(xué)生坐下時(shí)，系統切回教師全景畫(huà)面，自動(dòng)判斷教師位置后，檢測拍攝系統輸出教師特寫(xiě)畫(huà)面。通過(guò)檢測拍攝系統的定位，主機進(jìn)行導播畫(huà)面的切換，實(shí)現全自動(dòng)錄播。

　　五.4 導播子系統

　　五.4.1 系統設計

　　圖9 錄播一體機

　　自動(dòng)導播系統嵌入?？低?/a>自主研發(fā)的全新一代高清錄播一體機，實(shí)現教師畫(huà)面、學(xué)生畫(huà)面和HDMI/VGA多媒體信號自動(dòng)切換錄制，滿(mǎn)足全自動(dòng)錄制要求。

　　圖10 導播控制臺

　　手動(dòng)導播通過(guò)?？低曌灾髟O計研發(fā)的全新一代全觸控導播控制臺。采用電容觸摸屏，全新UI交互設計，可視化觸控操作體驗。

　　五.4.2 系統功能

　　自動(dòng)導播功能即多鏡頭全自動(dòng)切換錄制，最終實(shí)現課堂教學(xué)的全自動(dòng)畫(huà)面拍攝錄制。手動(dòng)導播通過(guò)導播觸控鍵盤(pán)實(shí)現導播控制功能，支持導播模式設置、布局預覽/切換，支持logo上傳、片頭片尾設置、支持回放下載，支持系統直播配置。四維控制搖桿可用于球機云臺控制，快速定位目標，方便用戶(hù)靈活操作。

　　第 六 章 平臺應用介紹

　　六.1 教學(xué)教研

　　教學(xué)管理平臺是在教育信息化背景下，針對教育信息化管理平臺提供包括互聯(lián)網(wǎng)直播、校本資源管理、個(gè)人空間等功能。學(xué)校管理員可以登錄自己的賬戶(hù)來(lái)配置自己學(xué)校的設備和功能服務(wù)。針對沒(méi)有教育專(zhuān)網(wǎng)的地區提供公共互動(dòng)平臺幫助各個(gè)學(xué)校之間進(jìn)行公網(wǎng)互動(dòng)，從而幫助區域內學(xué)校進(jìn)行信息化改造，實(shí)現提高教學(xué)質(zhì)量、深化教育改革的目的。精品錄播系統的應用主要通過(guò)錄制高質(zhì)量視頻資源，提高學(xué)校資源數字化效率，因此本章主要介紹平臺中教學(xué)資源相關(guān)應用。

　　六.1.1 本地直播

　　教學(xué)教研中的本地直播可以按照不同組織、年級、學(xué)段學(xué)科、課程時(shí)間、課程名稱(chēng)或主講人等條件搜索直播課程，還支持按照課程狀態(tài)(未開(kāi)始、進(jìn)行中、已結束)、我講授的(任課老師)和我的班級(學(xué)生)搜索直播，直播課程中可以觀(guān)看用戶(hù)發(fā)送討論信息，通過(guò)直播課程詳情可以查看講授人、上課時(shí)間、上課所在教室、上課班級、簡(jiǎn)介等信息，直播詳情還支持附件下載。

　　圖11 本地直播

　　六.1.2 互聯(lián)網(wǎng)直播

　　教學(xué)教研中的互聯(lián)網(wǎng)直播功能是基于公有云的全網(wǎng)直播，可以通過(guò)電腦、手機等不同終端收看直播，在任何地方都可以加入直播活動(dòng)。同樣支持按照不同組織、年級、學(xué)段學(xué)科、課程時(shí)間、課程名稱(chēng)或主講人等條件搜索直播課程;支持按照課程狀態(tài)(未開(kāi)始、進(jìn)行中、已結束)、我講授的(任課老師)和我的班級(學(xué)生)搜索直播;支持邊錄制邊直播、直播課程分享，可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)直播間查看直播。

　　圖12 互聯(lián)網(wǎng)直播

　　六.1.3 校本資源

　　教師可以將錄制后的資源直接發(fā)布至校本資源庫，經(jīng)過(guò)學(xué)校審核后，課作為校本資源供學(xué)校師生瀏覽觀(guān)看。校內資源支持按照年級、學(xué)段學(xué)科、資源名稱(chēng)或主講人、教材/知識點(diǎn)進(jìn)行篩選查看視頻內容，知識點(diǎn)或教材只能按照一種方式進(jìn)行檢索。校本資源可生成二維碼，用教學(xué)APP可以?huà)叽a觀(guān)看。

　　圖13 校本資源

　　六.2 課程管理

　　六.2.1 課表管理

　　課表管理支持學(xué)校管理員對行政班和選修班的課程配置，也可進(jìn)行導入，學(xué)校管理員可對行政班和選修班課表添加、刪除和修改，課表只能添加今天及以后的課表，同一間教室同一時(shí)間只能添加一張課表。

　　圖14 課表管理

　　六.2.2 課程視頻管理

　　平臺通過(guò)課表方式對應教師，錄制后的視頻資源根據教師信息對應上傳至教師賬戶(hù)的課程視頻管理，教師可以對視頻進(jìn)行信息編輯和刪除，也可發(fā)布至學(xué)校課程管理中，學(xué)校審核后發(fā)布到校本資源。針對教師后期制作的視頻，平臺支持上傳視頻，課程視頻管理以視頻名稱(chēng)、年級、學(xué)科、主講人、教室、上傳人、時(shí)間、大小、狀態(tài)信息的列表形式展示。

　　圖15 課程視頻管理

　　六.3 個(gè)人空間

　　六.3.1 我的資源

　　每位教師都有自己的個(gè)人空間，在我的資源中可以上傳視頻資源作為個(gè)人資源，也可以發(fā)布視頻至校本資源。我的資源列表僅顯示自己上傳的資源，支持批量或單個(gè)發(fā)布和刪除，編輯，下載資源，支持查看視頻名稱(chēng)、年級、學(xué)科、主講人、時(shí)間、大小、狀態(tài)等基本信息。

　　圖16 我的資源

　　六.3.2 我的收藏

　　教師在校本資源、名師視頻、名校課程觀(guān)看視頻資源可以收藏資源，收藏后的視頻資源可以從個(gè)人空間中我的收藏模塊查看，也可以取消收藏，收藏過(guò)程不影響原視頻文件。

　　圖17 我的收藏

　　六.4 平臺軟件特點(diǎn)

　　表1平臺指標

業(yè)務(wù)應用	指標項	版本產(chǎn)品規格
基礎數據	系統最大組織數量	2萬(wàn)
	系統最大用戶(hù)數量	20萬(wàn)
	系統最大同時(shí)在線(xiàn)用戶(hù)數量	5000
	系統最大角色數量	1萬(wàn)
	系統最大人員數量	30萬(wàn)
課堂直播	并發(fā)取流	100路
資源點(diǎn)播	并發(fā)取流（ASW）	50路
	并發(fā)取流（云存儲3.1）	200路(單臺)
構架	用戶(hù)并發(fā)登錄	150并發(fā)（單例：eportal+isupm+lsm），支持集群

　　六.4.1 平臺軟件環(huán)境

　　表2 WEB端運行環(huán)境

環(huán)境	版本
操作系統	CentOS 7.6.x、7.4.x或兼容版本、中標麒麟操作系統（centos7.4）主測為CentOS-7.6-hik-r5-patch3
數據庫	PostgreSQL11.4
JDK	OpenJDK11.0.4
web容器	默認使用Tomcat 8.5.42版本，兼容支持servlet3.0以上的tomcat版本包括Tomcat 8.5.x版本（如無(wú)特殊情況，盡量選擇經(jīng)過(guò)測試的版本）。
瀏覽器	IE11及以上Chrome 73及以上
硬件環(huán)境	cpu：X86_64指令集架構（含海光CPU），處理器8核（或者支持超線(xiàn)程技術(shù)的4核）及以上內存：64G及以上網(wǎng)卡：1*千兆網(wǎng)卡或以上存儲：安裝100G、長(cháng)期運行推薦1TB或以上

　　表3 客戶(hù)端運行環(huán)境

環(huán)境	版本
操作系統	Windows 7 SP1及以上 家庭版/專(zhuān)業(yè)版 （32/64位）Windows 10專(zhuān)業(yè)版（32/64位）
硬件環(huán)境	客戶(hù)端PC機：CPU：Intel/AMD雙核，1.6GHz以上內存：2G可用內存，推薦4G網(wǎng)卡：100Mbps或以上的網(wǎng)卡存儲：安裝10G，運行推薦50G或以上

　　表4 移動(dòng)客戶(hù)端運行環(huán)境

環(huán)境	版本
iOS	iOS10以上版本
Android	Android6.0及以上版本

　　六.4.2 客戶(hù)端

　　1)B/S客戶(hù)端

　　教學(xué)管理平臺支持B/S訪(fǎng)問(wèn)模式，可以在任意一臺聯(lián)網(wǎng)計算機上通過(guò)瀏覽器方便地登錄平臺。在權限范圍內完成教學(xué)基礎數據配置、課堂巡查、直播課堂視頻觀(guān)看、學(xué)科資源視頻觀(guān)看等操作。B/S客戶(hù)端不需安裝，部署靈活，操作簡(jiǎn)單。

　　2)C/S客戶(hù)端

　　教學(xué)管理平臺支持兩個(gè)客戶(hù)端，一是教學(xué)客戶(hù)端集成共性組件電視墻客戶(hù)端、預覽回放客戶(hù)端功能;二是互動(dòng)授課助手客戶(hù)端實(shí)現白板互動(dòng)功能。

　　3)移動(dòng)端

　　教學(xué)管理平臺支持移動(dòng)端應用，包括手機版APP客戶(hù)端、H5頁(yè)面，支持我的資源、我的互動(dòng)、個(gè)人中心、數據分析、教學(xué)統計等功能。

　　六.5 平臺安全設計

　　六.5.1 存儲加密

　　1)敏感數據(設備密碼)采用AES對稱(chēng)加密256位加密方案;

　　2)用戶(hù)密碼采用基于HMAC的SHA256加鹽值算法獲取摘要信息。

　　六.5.2 傳輸加密

　　1)服務(wù)接口調用采用DH共享秘鑰交換加密傳輸;

　　2)外部網(wǎng)絡(luò )或者公網(wǎng)web請求采用https傳輸;

　　3)WEB頁(yè)面到服務(wù)端敏感數據采用RSA非對稱(chēng)加密2048位加密方案。

　　六.5.3 身份認證

　　1)人對機安全認證：

　　訪(fǎng)問(wèn)平臺：登錄用戶(hù)身份認證，密碼輸入錯誤3次增加驗證碼;

　　訪(fǎng)問(wèn)設備：設備用戶(hù)名加密碼認證。

　　2)機對機安全認證：

　　服務(wù)接口調用認證：采用token認證，采用基于HMAC算法生成認證token;媒體網(wǎng)關(guān)取流安全認證;圖片存儲訪(fǎng)問(wèn)安全認證;CVR訪(fǎng)問(wèn)安全認證;

　　云存儲訪(fǎng)問(wèn)安全認證。

　　第 七 章 成功案例分享

　　圖18 案例一

　　圖19 案例二

　　圖20 案例三