4K 5机位精品录播系统方案

一、概述

1.1 建设背景

国家“十二五”规划明确指出“信息技术对教育发展具有革命性影响，必须予以高度重视”。国家中长期教育改革和发展规划纲要（2011-2020年）指出“信息技术对教育改革发展具有革命性影响”。

精品课程建设是学校教学质量与教学改革工程的重要组成部分，旨在充分利用名师名教的先进教学效果，培训一批骨干师资队伍，实现校内外优质资源共享；学校精品课程的大量录像，还应用于课程评估、教学观摩、师资培养、论坛实录、名师讲堂、学生点课、评课、重修课程、评职评优。 课程资源建设自然成了各高校教学建设的新课题问题，因为这对录课技术、网络技术、录课成本、编辑时效提出了严峻的挑战，技术往往在此时起关键作用。课程精品课堂录播系统，推向市场，意味着教学核心业务的信息化，意味着我国教育技术登上崭新的台阶——教育技术以课程建设为中心。

1.2 建设目标

通过建立现代信息化的教学系统，将传统教学活动与现代信息化教学方法有机结合起来，让学校真正成为教育资源建设的领跑者，真正做到教育信息化的目的：改进教学模式，改善教学的方法，促进教学质量。

巅堂科技精品课堂录播系统将授课电脑PPT画面、教师授课和师生互动场景以及教师板书等场景进行多种模式的自动整合录制，自动生成多媒体教学课件，实时自动构建校本资源库，供学生自主网上学习。同时，系统实现基于网络环境的多画面直播，保证清晰的课堂画面和音视频精确同步的实况效果，可对资源文件进行后期编辑，提高课程资源使用的灵活性。

通过建设精品课堂录播系统，能制作出完全符合国家教育部《精品课程教学录像上网技术标准》的教学录像和课件；另外，全自动图像跟踪系统对现场教学的老师与听课的学生进行全方位自动摄像跟踪，现场教学中老师与学生的音视频采集完全自动化完成，不需要后台管理人员参与；全自动导播模式使学校每个老师均可独立完成精品课程的录像和课件制作、编辑处理、发布等复杂的后期工作，解决了学校因为人力资源不足而无法顺利开展精品课程工作的问题；通过系统的建设，完成对教学资源建设、远程教学、实时直播、精品课程点播、教学资源的统一管理。

录播系统的建设，主要完成以下目标：

n 完成4K精品课程和省级精品课程录制，建立学校/骨干教师课程库；

n 搭建相互观摩、借鉴的网络平台，达到教学资源共享平衡；

n 通过搭建多间精品互动录播教室，实现1对多的互动课堂教学。

n 增加学校网络信息平台可用资源的数量；

n 为教师进行自我学习、评估评比，教学能力提高，提供交流学习的平台；

n 积极做好教师个人知识管理，专家引领、同伴互助，提高教科研能力；

n 全面提升学校的软硬件的信息化环境；

n 为教育均衡化发展提供决策支持数据；

n 开放的优质教育资源为学生家长提供服务；

n 为学校发展积累丰富的教育教学资源，形成学校优质资源和特色资源；

n 促进教育局教学信息化建设的进程，统一优质教学资源的标准，提升教育信息化水平，从而推进义务教育均衡发展，提高教育质量；

n 利用各种教学课件，激发学生的学习兴趣，培养学生的自主学习能力；

n 开放的优质教育资源为学生提供服务；

n 建立在线学习交流平台，实现学生自主学习、充分享受优质资源的佳学习环境。

二、系统优势及特点

Ø 4K超清

从采集、录制到输出全部支持4K分辨率，高清体验

Ø H.265编码

采用H.265编码，4K录制和直播时，更低带宽、更低存储空间占用

Ø 远程互动

内置远程互动功能，轻松打造超高清远程会议、互动课堂

Ø 本地导播方便易用，录制所见即所得的高清画质

巅一录播主机直接插上显示器、鼠标键盘就可以开始导录播，无需外接电脑。本地导播无延迟，可以避免网络导播对视频的压缩和解码的步骤，真正做到所见即所得的高清画质。

Ø 液晶触控导播台，让录播操作变得更加简单

巅一TOP-11J液晶触控导播台是一款录播导播切换设备，它既有中控设备、导播键盘的导播控制功能，又有本地液晶显示和触控导播的功能，专为录播系统设计。触控导播台不仅体积小，而且安装和操作方便。可以独立安装在讲台上，方便老师独立操作拍摄；也可以安装在导播集控室，方便导播人员快速导、录、播。

导播台自带11.6寸高清液晶显示屏，可显示和触控录播导播界面。接入录播主机导播界面后，导播人员可以在液晶屏上进行视频的导播切换以及参数的设置，完全和录播主机本地接入显示器和鼠标操作一样。集成了导播键盘云台操作功能，用户节省成本，更加快捷的进行云台摄像机的控制和直播画面的切换。

Ø 全自动跟踪

全自动跟踪系统，自动识别老师、学生动作，控制云台摄像机进行自动跟踪拍摄。

· 跟踪准确

高超的人体特征图像识别技术与多边形跟踪区域技术的有机结合，能对人物特征进行准确的识别和跟踪；能在噪音、电磁、红外线的干扰下正常工作，抗干扰性强。

· 画面流畅

跟踪画面平滑、舒适、流畅，不卡顿、不抖动，媲美人工手持拍摄跟踪效果。超过其他同类产品。

· 简易教学

跟踪教学的整个过程中，教师、学生无需佩戴、点击、触摸额外的设备，管理人员也无需对跟踪系统进行任何干预，实现教学过程的简易。

· 安装简易，调试方便

无需额外的辅助摄像头即可实现对教师的跟踪。基于IP网络、实时场景画面进行调试。减少使用辅助摄像头和基于网络的调试可以极大的降低安装、调试的工作量。

Ø 智能导播

导播系统通过跟踪的触发以及教师计算机的操作或图像的变化完成6个场景、5个机位的自动切换，在无人值守的情况下，完成电影模式课程的全自动拍摄。

Ø 实时直播

· 系统采用B/S访问架构，支持跨浏览器、跨操作系统平台直播功能，无论用户

使用的是Windows操作系统还是Mac OS，均可使用相应浏览器接受教学直播。

· 用户可通过所有流行的浏览器登录接收直播，浏览器包括IE、火狐、Safari、360、

QQ等。

· 点播时用户可以通过搜索关键字信息查找需要点播的文件。

三、系统设计方案

3.1系统配置

1）摄像机部分

配置2台定位跟踪摄像机，5台4K超高清云台摄像机，主要用于教师特写、教师全景、学生特写、学生全景、板书拍摄的高清视频信号的采集，通过HDMI和网络传输至录播主机中，进行高清视频采集、图像合成、编码。

2）教学电脑画面采集

老师授课用的电脑（或教学一体机）通过高清HDMI或者VGA视频线传输至录播主机中。

3）音频处理部分

音频处理：教师和学生的语音信号通过领夹话筒和吊顶拾音话筒拾取，输入到数字音频处理器，通过均衡、降噪和混音等处理，输出1路立体声音频，1路向录播主机提供音频输入信号。

4）导播部分

录播主机外可接一台大屏显示画面，通过录播控制屏即可进行导录播操作。液晶触摸导播台可以镶嵌在讲台或者安装在管理员导播间。

精品录播主机通过登入互动服务器与远程的录播教室进行互动教学。支持1对3或者1对多等多种方式互动，主讲教室具有完全控制发言及视频分享权限。

通过上述设备的完美衔接，终将整个教学过程中的高清录播教室内所有场景（教师特写、教师全景、学生特写、学生全景、板书、电脑画面）全部录制下来生成标准MP4文件，教师或学生可通过录播主机直播点播或教学资源平台进行直播点播，又或是后期编辑制作精品课程资源。

整个录制过程为保证教师自然上课状态，教师学生全程无需佩戴任何辅助设备即可进行课程录制。

精品教室内设备包括巅一4K录播主机TOP-T50、老师和学生特写摄像机TOP-VX61、教师和学生定位相机、板摄像机、TOP-10J 11寸液晶控制面板、交互式电子白板、观摩室互动大屏液晶显示器、液晶触控导播台、音频采集及处理系统等。

n   跟踪系统采用人脸识别及位差分析技术，教师身上无需佩戴任何装置，即可实现五个摄像机的（老师特写、学生特写、老师全景、学生全景、板书、电脑PPT）自动跟踪拍摄，实现教师学生教学互动的全自动录制。

n   声音的采集在教室内安置1-8支指向麦克风对教师和学生进行拾音,老师和学生无需携带设备即可完成声音采集。

n  精品录播主机、数字音频处理主机、功放、电源时序器等设备部署于观摩室24U机柜中，使得整个教室美观整洁。

3.2图像识别跟踪系统

图像跟踪摄像系统主要由三大部分组成：教师定位跟踪系统摄像机（以下简称教师机）；学生定位跟踪系统摄像机（以下简称学生机），老师学生全景及板书拍摄。其主要功能及应用如下：

1、 教师定位跟踪系统摄像机：

(1) 可以根据教师的动作幅度、移动速度等做出分析判断，结合人脸的高度位置，对摄像机同时进行转动、俯仰和推拉综合精细控制，从而实现教师小幅度范围运动，摄像机不动作，大幅度运动才跟踪。并能根据人脸的高度，智能调整摄像机的俯仰高度，因此不同高度的教师上课时，人脸在摄像机中总能保持合适的高度。

(2) 教师机综合了人脸检测跟踪和运动分析两种手段，实现了教师在各种姿态下的锁定跟踪，即使教师转身面对黑板而背对教师机时，也能持续锁定教师，而不会受到其他运动目标的干扰。

(3) 教师特写画面，用户可根据实际情况进行调节，设定适当的画面大小和画面高度。当跟踪区域内有教师移动时，教师机可跟随教师移动进行跟踪拍摄，整个过程画面平滑清晰，

(4) 当教师走下讲台时，讲台上没有目标，老师机通过网络给录播主机发送老师走下讲台的命令码，录播根据导播策略自动切换为学生全景镜头。

2、 学生跟踪系统摄像机:

(1) 只识别学生区域学生起立和坐下动作，自动排除学生区域移动的目标。当学生起立时回答问题时，学生机识别检测到学生区域有起立动作，通过网络发送学生起立的命令码给录播，同时学生特写镜头进行旋转和拉伸的特写就位。录播收到学生起立命令码后，自动切换学生全景图像到直播通道，3秒后等学生特写镜头就位后再切换为学生特写图像，这样避免了特写摄像机旋转和拉伸的垃圾镜头。当多个学生站立时，学生机会自动给起立学生间距较好的特写镜头，也可使用全景镜头。当学生依次坐下时，镜头给仍然站立的学生特写。当全部学生坐下时，讲台上有老师，则发送命令码给录播自动切换到教师特写镜头。

(2) 学生机是实时分析定位教室内学生动态而进行移动拍摄的，学生机全景镜头可以辅助老师机全景镜头检测讲台区域。当讲台区域没有目标时，学生机全景镜头识别和分析到学生区域有非起立动作状态目标时，跟老师机进行通讯，老师机经过算法确认后给录播主机发送老师走下讲台命令码。以下为教室内的学生区域全景画面.

(3) 当有学生起立回答问题时，学生摄像机的特写镜头会自动旋转、俯仰和拉伸，对学生进行特写。

(4) 当学生区域有两个人同时起立回答问题时，画面会自动进行焦距调节，将两个人同时锁定在画面当中。

(5) 当三个学生起立或多个学生同时起立回答问题时，学生摄像机会自动将多个目标锁定在画面中，如起立的学生位置相距很远，则切换为学生全景；

3、 板书跟踪:

板书跟踪由板书检测器和板书摄像机组成，板书摄像机安装在教室后端，进行板书内容特写拍摄，一般为可数字变焦的枪机或者云台摄像机。

当教师板书时，检测器进行分析判断，并发送相应的板书开始或者板书结束信号，录播主机收到信号后切换为板书摄像机的图像。

3.3智能导录播系统

智能导播系统主要用于教师授课、教师板书、学生答问、实物展示、计算机画面、其它教学课件等多个教学场景与教学课件之间自动调度和切换，还可直接监视和控制多路视频信号。调度与切换完全以实际教学为基准，总是能在恰当的时刻将画面切换到需要的场景，准确表达教者的意图，习者的需要，智能化与人性化的完美结合，更加贴近人工导播，达到“专业级影像制作”效果。

特色功能

Ø 智能切换

广电导录播系统与图像定位结合自动导播切换教师视频和学生视频，可添加多种自定义导播规则，提供丰富的策略选择，灵活使用，丰富课件效果。既可自动切换又可手动切换。

Ø 多种策略

广电导播系统的跟踪与切换策略完全以实际教学为基准，采用多种不同跟踪与切换策略，总是能在恰当的时刻将画面切换到需要的场景，准确表达教者的意图，习者的需要，智能化与人性化的完美结合，更加贴近人工导播，达到“专业级影像制作”效果。

Ø 智能PC切换

可根据主讲者讲稿内容进行智能的PC策略切换，根据内容多少，系统能够恰逢其时的进行切换，符合人们日常当中的阅读习惯。

Ø 直播、点播

广电录播系统支持直播、点播功能，通过浏览器实时观看主播直播画面（电影模式画面或可自定义为其它通道画面）,可在Android、IOS系统的多种移动终端设备或电脑上通过浏览器点播直播画面。

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