录播视讯教室解决方案.doc

教室解决方案1. 应用需求：1、系统应采用分布式部署、集中化管理的设计。系统建设需采用分布式部署，集中化管理的设计，以减轻校园网负担，减小服务器并发处理性能的限制，同时避免网络故障带来的影响。系统需将各个教室作为独立的建设单元，避免相互之间的资源占用或干扰。2、系统满足大规模录播教室的建设，系统使用、维护简单。根据学校建设的需要，其将实现常态录播功能与电子巡考功能。整个系统应对所有的教室进行集中化管理，并且整个系统应维护简单，运行稳定。3、系统应采用纯嵌入式硬件架构，提高稳定性。系统建设应当使用专业化的设备，且设备应该采用嵌入式硬件架构设计，能够更好地保证设备和系统的稳定运行，同时使用的设备应当保证拥有专项的功能设计，能够实现特定业务应用。4、建设常态录播系统，实现教学资源的数字化，提供网络直播和点播。系统应能满足在日常教学时间可以作为常态录播系统使用，可按实际需要自动导播并生成教学视频；同时对于学校特色的专家讲座、学术交流等也能够被系统记录下来并生成相应的教学视频。所有的教学视频能够统一管理，形成丰富的教学资源库。通过该系统，学生可以进行课后复习，老师可以进行教学反思，帮助学校不断提高教学质量。5、系统应提供高清录像，真实记录教学场景。系统建设中涉及到的教师摄像机和学生摄像机均采用高清摄像机，能够真实记录教学场景，并对教师和学生的活动信息进行更加细腻的捕捉。6、系统应拥有安全、可靠的数据存储机制。根据实际需求同时为方便教学资源的管理和保存，系统采用分布式存储及平台中心集中存储两种方式，在全天候长时间课程录制的过程中，各教室码率大小控制在1.5M-2Mbps，做到“所存即所看”的效果。同时系统能够提供丰富的安全策略，保障教学资源的安全可靠。7、系统能充分利旧，保护前期投资。系统能够兼容不同厂商的设备，包括原有的模拟监控摄像机、编码器和矩阵等等，同时对于已有的录播系统或教学资源，本系统也能够对其统一管理，有效保护客户的前期投资。8、系统应支持对教室的二十四小时不间断图像传输。在课堂录播和电子巡考以外的空闲时间，系统需提供各教室的实时监控录像，在保护教室内公共财产甚至是私人财产的同时更加迅速地应对突发事件，从而将损失降到最低。9、系统应提供统一的资源应用平台。系统提供统一的平台，各教室前端视讯设备自动将资源汇聚上传于中心平台，以提供在线资源管理和应用。平台支持用户创建和管理以及权限分配；支持资源类别管理，直播和点播资源访问与授权；提供资源在线编辑、审核和发布功能，并能够通过应用平台对各教室前端设备进行统一控制和监看。10、系统应满足实时的教学互动。系统提供多方双向互动功能。系统中的任意一间教室均可以作为主讲教室，空闲的其它教室可以随时与主讲教室进行互动，为更多的学生提供听课的机会，满足学校远程教学、多方互动的需求。同时，各个教室也能够与部署了视频会议终端的会议室或观摩室进行互动，为学校教学观摩、教学考评等活动提供便利，提高效率。11、系统应支持平滑升级扩容。系统中的设备应支持平滑升级，满足后期扩容需求。例如，中心管理平台能够通过堆叠实现整个平台性能的提升，流媒体服务器也能够通过堆叠进行直、点播性能的提升，为后续的扩容做了充分的准备。12、系统应全面支持电子巡考业务应用。系统应支持巡考人员在考试期间对各考场的巡查，符合标准化电子考场要求，能够将音视频信号传输至上级考试院。巡考人员可通过系统清晰地轮巡各考场的情况，当发现有异常时，也能及时与现场监考人员沟通，以及时地处理问题，避免事态地进一步恶化。202. 方案设计2.1 系统组网图图示：系统组网图如上图所示，本系统是依托于IP网络构建的全数字化、网络化、智能化的视讯教室业务应用系统。2.2 教室设计教室是本次系统建设的核心单元，根据学校对不同教室的应用需求，我们将建设简易教室和标准教室两种类型的的教室。2.2.1 简易教室设计对于学校大规模上课的普通教室，部署一些简单的设备，就可以实现对教师常规教学活动的录制。图示：简易教室组网图根据应用要求，本次系统我们推荐在简易教室部署一台高清录播主机，一台教师摄像机和教师拾音设备。a) 资源采集教师摄像机我们采用定焦的枪机，能够拍摄讲台区域的全景画面，以采集教师教学活动的高清画面，结合拾音器采集的教师的音频资源，可提供符合满足常规浏览需求的多媒体资源。b) 资源处理高清录播主机可以接入教学电脑，通过其编码模块获取教师授课的PPT课件，同时，也可以接收摄像机和拾音器采集到的视音频资源。录播主机可将多路视频信号进行合成，并可提供电影模式、画中画模式、多画面模式等多种画面合成模式，此外它还支持添加课程的片头、片尾，更好的记录课程信息。通过以上丰富的灵活的课程资源处理方式，录播主机可以输出更符合用户观看体验的教学视频。a) 远程互动录播主机支持视频会议行业标准的H.323协议，不同主机可以实现双向音视频互动。可根据不同的网络情况，选择不同质量的画面；主机也有优秀的音频处理能力，包括回声抵消、背景噪音去除、啸叫抑制等等。通过一系列技术手段，可保障互动过程中有良好的效果。c) 平板控制录播主机还可通过平板客户端进行相关操作，通过平板，可以控制课程录制开始、暂停、结束，可以选择不同的画面模式，也可以添加课程信息。当临时开设课程或有意外情况需要临时更换教室时，教师可以使用该平板完成课程录制的全部工作。通过该简易教室录制并生成的教学视频上传至中心平台后，用户即可通过业务系统实现教学应用。d) 录播主机传统方案想要在多媒体教室实现更加丰富的应用，通常需要部署中控主机、音频主机和调音台等很多设备，有时候甚至需要专门在教室腾出一块地方安放一个配电柜专门来放置一些设备，设备部署非常复杂，对教室环境要求极高。而我们的录播主机采用的是高度集成化的设计，一台设备集成了POE交换机、音频矩阵、视频矩阵、中控、功放、调音台等多个设备的功能，真正意义上的“All in one”设计。2.2.2 标准教室设计随着信息技术的发展，许多优秀教师的授课需要被录制下来，并能保证较好的音视频效果。同时，为了满足学校教室多方面信息应用的需求，部署的设备也应能够用于电子巡考和教室安保。图示：标准教室组网图根据应用要求，本次系统在教室部署瞭望视讯教室设备包括：高清录播主机、教师跟踪摄像机、学生全景摄像机、拾音设备等设备。a） 资源采集教师摄像机采用EPTZ摄像机，只用一只枪机，就可实现教师的跟踪以及导播。跟踪平滑自然，景别切换迅速，无垃圾画面，故障节点少，可以更真实的还原教师上课时的场景。学生摄像机采用广角镜头，可全景摄取教室内的学生画面。通过录播主机，可接入教学电脑的画面并进行编码。拾音设备可以清晰地采集到上课时老师、学生的声音。b） 资源处理高清录播主要负责接入前端的音视频信号并进行处理。录播主机可将多路视频信号进行合成，可提供电影模式、画中画模式、多画面模式等多种画面合成模式，并且可以根据教学场景变换实现自动导播。此外它还支持添加课程的片头、片尾，更好的记录课程信息。通过以上丰富的灵活的课程资源处理方式，录播主机可以输出更符合用户观看体验的教学视频。c） 远程互动录播主机支持视频会议行业标准的H.323协议，不同主机可以实现双向音视频互动。可根据不同的网络情况，选择不同质量的画面；主机也有优秀的音频处理能力，包括回声抵消、背景噪音去除、啸叫抑制等等。通过一系列技术手段，可保障互动过程中有良好的效果。d） 平板控制录播主机还可通过平板客户端进行相关操作，通过平板，可以控制课程录制开始、暂停、结束，可以选择不同的画面模式，也可以添加课程信息。当临时开设课程或有意外情况需要临时更换教室时，教师可以使用该平板完成课程录制的全部工作。e） 录播主机传统方案想要在多媒体教室实现更加丰富的应用，通常需要部署中控主机、音频主机和调音台等很多设备，有时候甚至需要专门在教室腾出一块地方安放一个配电柜专门来放置一些设备，设备部署非常复杂，对教室环境要求极高。而我们的录播主机采用的是高度集成化的设计，一台设备集成了POE交换机、音频矩阵、视频矩阵、中控、功放、调音台等多个设备的功能，真正意义上的“All in one”设计。2.3 平台设计图示：中心平台组网图中心平台是学校用于数据信息管理、设备状态检测、远程控制等应用的核心场所。针对此次项目需求，在中心平台处配置中心管理平台、视讯教室业务系统、流媒体服务器、磁盘阵列以及显示大屏等设备。通过部署这些设备，可以实现对系统前端的管理与控制、教学资源的存储与应用等功能。2.3.1 管理平台设计针对本项目，为实现在巡考和安防模式时对前端设备进行接入管理，我们在中心平台配备中心管理平台。中心管理平台采用嵌入式的硬件结构设计，内嵌Linux操作系统，保障设备运行安全、稳定；并且支持级联组网，方便系统扩展。平台可提供完善的设备管理、用户管理、认证管理、权限管理、告警管理等功能。2.3.2 业务平台设计视讯教室业务平台可以融合各种视频资源，如电子巡考考点监控、校园内视频监控、课堂录播视频、视频会议视频等资源，以形成一体化的、综合的视频资源系统，同时可依据时间及实际需要切换不同的资源模式、控制模式，从而形成一个大的视讯资源池，依据应用服务在不同时间、不同场景、不同职能的需要，提供相应的视频资源。同时系统可根据校园管理中的特殊功能应用做定制开发，例如，与学校课程表对接，与学校学生学籍管理系统对接等等，从而促进校园教育信息化的发展，促进校园管理的改革。2.3.3 流媒体服务器设计针对项目需求，需要定时地对各个教室内生成的视频资源进行收集并分类管理，以保证前端录播主机的磁盘容量以及视频资源的安全可靠。本项目使用流媒体服务器以实现对流媒体资源的管理。流媒体服务器采用嵌入式架构，性能稳定，安全可靠，在系统建设中需要配合业务管理系统以及磁盘存储阵列使用，辅助实现教学资源的直播、点播等功能。单台流媒体主机拥有600M码流转发能力，也就是说，支持300路2M视频的并发请求。通过设备堆叠可增加设备的并发性能。2.3.4 存储设计采用相同规格容量硬盘、单平台相同容量（等数量存储监控点）、满配单阵列，单个磁盘阵列配16块2T硬盘，为保证磁阵性能要组建一个RAID5，格式损失10%+RAID5单个磁盘阵列可用的有效容量=2T*(16-1)*(1-10%）=27T；磁盘阵列可通过堆叠实现存储空间的海量扩展，并可实现负载均衡。本项目存储容量计算：系统中心存储所需存储容量如下：每间教室配置一台高清录播主机，其一小时生成的文件大小为900M，而一节课的时长45min1h，一天6节课，所以有以下参考数据：单间教室一天所需的存储容量：900x6=5400M5G一学期有5个月，每个月20天的课程安排，那么有：两个学期一共有：5x20x2=200天那么，理论上一间教室一学年（两学期）所需存储容量为：5G200=1T3. 应用功能介绍整套系统以教室为建设基础，采用分布式部署，集中化管理的建设理念，充分围绕视频进行教学方面应用拓展。整套系统包括常态录播、远程互动教学、教学管理、教学督导、电子巡考五大应用3.1 常态录播课堂应用3.1.1 视频资源直播、点播用户可在任意场所通过B/S方式发起对视频流的请求，系统支持点播、直播、多播等各种服务功能。用户登录业务系统后能够方便地查询已发布的视频资源，快速锁定目标，进行跨专业、跨校区在线听课、自学等等，同时用户可对正在点播的视频资源进行评分，并提出学习中遇到的问题，交流学习的过程中不仅提高了学生自学的能力，也更加有效地促进了教师教学水平的提高。我们系统在整个上课过程中，对于录制过程和画面切换都是自动完成的，无需老师进行任何操作。如果有的老师需要对上课过程进行精确控制，那么我们的系统也支持灵活的一键操作功能。比如一键切换画面风格，可以选择三画面、画中画和单画面电影模式等；也可以对主画面进行切换，可以自主选择老师、学生或者PPT画面作为主画面。除此以外，系统还具有一键开始、暂停和结束功能，老师通过这种方式来控制上课的进程。图示：视频直播、点播3.1.2 平滑的自动跟踪录制课程的课程中，我们在业内首次推出并使用了EPTZ摄像机，只用一只枪机，就可以实现对教师的跟踪。EPTZ采用的电子云台的方式实现跟踪，传统的方案实现教师跟踪需要云台摄像机、辅助摄像机和跟踪主机3样设备，而我们仅需要一台固定的枪机，通过内部的图像分析算法就可以实现对老师的跟踪。传统的机械云台跟踪，跟踪的性能是由云台的性能决定的，机械云台容易受一些外部因素的影响，容易导致皮带损坏影响使用。而电子云台的方式，跟踪画面更平滑，稳定，完全没有晃动。除了跟踪模式，我们最新研发的EPTZ摄像机还有多机位模式。所谓多机位，即通过一个摄像机能够实现老师全景、特写的拍摄，并且在老师全景和特写画面之间可以自由切换，没有拉远拉近的垃圾画面出现。我们这种单枪机的跟踪方式，和传统跟踪方案相比，画面切换更加平滑稳定，不会出现画面抖动摇晃的情况。3.1.3 智能化的自动导播系统对采集到的视频信号，包括教师、学生、板书、课件PPT等进行图像分析算法检测，从而实现自动、智能的导播。相比传统的人工录制，自动导播的应用可以减少上课过程中的人为操作，使得整个画面切换过程更加平滑。3.1.4 丰富的画面风格n 单画面模式系统支持高清的单画面录制，在单画面录制模式下，系统提供自动或手动的导播设置。在自动录播模式下，系统根据输入信号的开关量变化实现录制画面的智能切换。例如，系统正在以教师为中心录制教学画面，当教师切换PPT时，画面将自动切换到PPT，当PPT在一段时间没有变化后，画面将自动切换回教师教学的场景。在手动模式下，用户可根据教学进展手动切换录制的画面。n 多画面模式系统支持多画面的同步录制，用户可以根据自己的喜好设定画面的显示风格，系统默认一大三小的画面模式。在录制的过程中系统可根据接入信号的开关量变化切换主画面的显示内容。n 画中画模式系统支持画中画的同步录制，浮动小窗口的位置和大小可以根据用户需要调整，系统根据接入信号的开关量变化切换大小画面的显示内容，用户可以设定大小画面的首选输入信号。例如，可设置默认主画面显示教师画面，当教师切换PPT时，主画面切换到PPT的内容，PPT的显示内容在一段时间没有变化后，主画面将再次切换到教师画面。n 自定义画面模式系统支持自定义画面模式。用户可根据课程的实际需要自定义画面风格，包括画面显示数量，各个画面的位置及大小等等，通过自定义，满足更多的用户要求，贴近实际课堂需求。3.1.5 便捷的一键录制录播主机支持平板电脑控制，上课教师只需简单操作即可完成整堂课程的录制。同时在录制过程中，也可以通过平板电脑实时察看播出画面，并对画面进行手动切换和干预。通过触控面板的一键开始、暂停和停止，为教师手动录制提供的便捷。3.1.6 知识索引提炼视频要点具有相应权限的教师可对录制好的教学视频进行知识索引制作及发布：将完整视频中不同的教学重点分别截取出来并标记重点提要。这样，学生在后期学习的时候可以快速找到自己所需的知识重点片段。知识索引节约了用户观看学习的时间，提高了学习效率。3.1.7 教学资料关联教师可上传课后作业、课件等教学资料，并关联到相关的课程视频，通过信息化的手段减少教师工作量，提高教学效率。3.1.8 便利的U盘同步录制录播主机支持U盘同步录制，教师在上课前将U盘插入录播主机中，在录制过程中将进行教学资源的同步录制，实现教学资源的双备份，当录制结束后，教师只要将U盘拔下带走即可，轻松方便。3.2 远程互动教学应用系统可以实现远程互动教学。教师只需要在本地的主讲教室进行正常的教学活动，学生可以与远程教师进行实时提问与接受辅导答疑。可以让身处不同教室里的学生同时参与一个课堂教学，并能够随时与老师进行实时互动，如亲临主讲教室。录播主机符合标准的H.323协议，可以与多台同类型的录播主机或视频会议终端进行直接互动通信。在此过程中，可以根据网络情况选择不同的呼叫码率，保障在网络条件不好的情况下互动依然顺畅。主机还有回声抵消、啸叫抑制、噪音消除等音频处理功能，保障在互动时有良好的音频效果。通过建设可以平衡不同地区的教育资源，促进教育公平化。也可以减少教师的重复工作，让教师有更多的精力提升教学水平。3.3 教学管理应用主要是对教学质量管理和教师管理。通过教学点评、生成报表、教师自我反思等信息化方式，找出反映教学质量的资料和数据，促进学校教学质量提高。3.3.1 完善的教学考评具有相应权限的教务管理人员能够发起教学考评的任务，该点评任务可设定点评预案，预案包括本次点评的要点及所占评分比例。任务可发至多名点评专家，评专家组成员收到消息（任务）后，可随时开始执行任务，对任务中的教师进行点评。专家组成员在点评时可观看受评教师的教学视频，针对该教学视频进行评分、评论并在视频中打点、点评，所有操作完成后保存、提交即可。图示：教学点评3.3.2 统计分析帮助教务分析通过统计曲线图，可以将教学点评的评分、学生观看视频的评分直观展示出来，更好的帮助教务管理者进行教务数据分析，从而有针对性地进行教务指导。图示：教学评价统计3.3.3 自我反思促进授课质量教师的个人中心有“自我反思”的模块。在该模块中，教师可查看其所有的教学视频（包括参与教学考评的和未参与教学考评的）。在查看视频的过程中，教师能够对视频进行打点操作，记录下自己的不足或讲解得清晰的地方。此功能为教师提供了自我反思的平台，方便教师后期的参考学习并持续进步提高。3.4 教学督导应用为节约了人力物力，有效地提高了管理效率，帮助于教学水平的提升。利用本系统应实现教学督察，督察课堂纪律、学生出勤率、教师授课态度、教师是否停调课、教师是否准时开课等。3.5 电子巡考应用在本系统中电子考场应满足四个方面的要求：采集、存储、巡查、对接。采集，通过复用教室内的摄像机和拾音器，可在考试时对各考场画面和声音进行采集。存储，通过前端存储、自动备份、ANR等技术实现对考试视频的存储。巡查，在考试时，巡考中心应能巡查各个考成的情况。对接，学校的考试视频应可对接到上级考试院。4. 系统优势特点4.1 一套系统，多种应用本系统只需在教室内部署摄像机和录播主机就能够实现常态录播、远程互动教学、电子考场、教学管理、教学督导应用，这样教室内设备的复用，不仅能够实现更多贴近校园的教学业务应用，同时极大地减轻了后期的维护负担，节省了建设成本。4.2 全嵌入式设计，安全可靠系统核心设备如位于教室的录播主机、摄像机、网络中控，位于管理中心的流媒体服务器、监控业务平台等都采用嵌入式一体化设计，有效防止网络病毒影响，具有极高的运行稳定性和可靠性。同时，流媒