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智能互動錄播直播系統解決方案

一、方案介紹


深途公司的智慧多功能室錄播系統要求:采用多機位拍攝方式,分別為老師全景、老師特寫、學生全景、學生特寫、板書特寫,系統支持攝像機的增加,且無需額外增加其它軟硬件設備,錄制的視頻可自動上傳到教育局的視頻應用云平臺,可支持后期全區新增錄播教室的無縫對接,最大限度的利用現有資源,減少重復建設。采用先進的學生單鏡頭圖像識別定位跟蹤技術和導播系統實行教師教學活動和師生互動的自動拍攝,自動生成專業的高清本地視頻和網絡視頻文件。交互錄播主機同時兼顧常態化全自動錄制和互動教學功能,支持交互錄播主機進行錄播模式和互動模式的切換?;幽J较?,可通過導播系統實現對本地攝像機畫面、電腦畫面、三個遠端教室學生畫面的實時預覽和布局自由組合控制,并輸出到遠端互動點。


 1.11設計原則

充分利用有限的投資,在保證錄播教室先進性的前提下,選用性能價格比最好的設備。

先進性

 一臺設備即可完成視頻錄制、直播、點播、互動、編輯等操作;采用最新的電子云鏡方案,兩臺槍機即可實現老師特寫、老師全景、學生特寫、學生全景四路畫面的切換。

深途課堂評價系統無需師生佩戴任何檢測設備,在不影響課堂教學的情況下,對課堂教學基礎數據進行采集和即時分析。在系統后臺量化表現出教師的活動行為、學生的活躍動態。

標準化和開放化

視頻格式采用H.264國際標準編碼格式,錄播教室按照國際化建造應用最新的布線方法,根據現有的設備進行合理配套,使得新老設備均能正常使用,為了今后的發展事先預留出應用端口及軟硬件升級換代,提供了開放性的解決方案。

可靠性和可用性

選用高可靠的產品和技術,充分考慮系統在程序運行時的應變能力和容錯能力,確保整個系統的安全和可靠

靈活性和兼容性

選用符合國際發展潮流的國際標準的軟硬件技術,設備選型考慮多用途,不同的視頻設備及原有設備提供良好的兼容性

實用性和經濟性

從使用性和經濟性出發,著眼于近期目標和長期的發展,選用先進的設備,進行最佳性能組合,利用有限的投資構造一個性能最佳的多功能錄播系統

擴展性和升級能力

錄播設備具有良好的擴展性和升級能力,選用具有良好升級能力和可擴展洗的設備;支持多種視頻格式、多種接口設備和多媒體的實際應用。

1.2建設必要性

l  教育課程的錄制和編輯;

l  搭建實時和非實時的遠程互動教學系統;

l  通過網絡可進行大面積的教學直播課程,緩解師資壓力;

l  數字化存儲優秀教師的教學成果;

l  方便建立課件管理及點播系統;

l  建設課堂評價系統,對課堂行為做深入大數據分析,對教學管理提供有力數據支撐。

二、系統設計

2.1、系統組成

深途錄播系統分為精品錄播教室和常態化互動錄播教室,系統主要由互動錄播一體機、智能導播軟件、智能圖像分析模塊、視頻采集、高清攝像機、音頻采集設備及集中控制管理軟件、資源管理平臺軟件、互動平臺軟件、課堂評價系統等構成。

精品互動錄播拓撲圖:



2.2、特色功能

同步錄制

系統可將本地音視頻、遠端音視頻及本地計算機屏幕同步錄制到單個文件中,亦可單獨錄制成多個文件。支持多路信號任意組合,最高支持四路網絡信號、四路互動信號、一路高清信號任意組合錄制。支持三種模式切換:多流多畫面、單流單畫面及單流多畫面。在多流多畫面錄制模式下,支持5畫面同步錄制;在單流單畫面模式下,支持41的導播切換;在單流多畫面模式下,支持畫中畫、雙分屏、三分屏、多分屏畫面同步錄制。

實時直播

系統可通過網絡將現場的視頻、音頻及計算機屏幕進行實時直播,支持RTMP/RTSP/TS三種不同類型的直播;支持RTMP/TS同時進行直播;單機支持200路以上并發,資源平臺或學校自有平臺均可調用直播鏈接,進行大規模直播講堂。

實時互動

系統既可實現局域網內多點互動,延時1秒以內;亦可在廣域網內實現多點互動功能,延時1秒左右;無需增加任何終端設備,真正實現錄播、互動一體化。

全自動無障礙考勤

通過與數據庫中學生原始數據進行比對,將識別出的人臉進行一一標注。即可對并未上課的同學進行缺勤記錄。按課表時間進行自動考勤 ,系統按日進行考勤記錄與顯示 。任課老師顯示授課考勤情況,學生按日期顯示缺勤情況。

整體課堂活躍度分析

根據課堂教學行為的整體數據圖形化統計,可以了解課堂教學行為的大概行為。如教師教學風格傾向,學生行為整體分布均衡性、離散情況等。圖形化數據,即可一目了然。了解課堂整體時長、老師言語互動的大致課堂占比、學生言語互動的大致課堂占比、老師在課堂中多媒體的使用占比。從圖形上了解整體課堂活躍情況。

學生課堂活躍度

評價系統關注學生在課堂中最基本的互動行為,進行一一甄別與分析?;趯W生在課堂上師生互動、生生互動、上臺答題等行為進行標注與記錄,對某些特點時間點的運作進行截圖記錄。

大數據統計

平臺基于班級、教室、老師、學生等多維度分析,支持輸出不同類型數據報表。方便學校督學、督教。通過 對整體課堂教學行為的比較分析、挖掘課堂教學行為差異的隱含因素,幫助督導層發現課堂中的問題,完善教學督導的同時,從不同維度反映老師的課堂教學能力與學生的行為評價。不局限于單個教室、單個班級、單個老師、單個學生、對教學研究、學生行為研究、提供跟蹤觀察與比較分析數據。

設備精簡

錄播教室只需要一臺11.6寸觸控錄播主機,加兩個4K電子云臺攝像機和一只全向麥即可實現4機位錄播場景的拍攝,教室內無需繁雜的布線和設備。

智能、靈活的自動跟蹤

系統采用智能圖像分析算法,無須佩帶特殊物品或領夾話筒即可實現主講教師及學生的圖像識別跟蹤,支持多種策略設定及多種區域劃分,滿足不同應用場合的需要。無需工作人員的配合,即可實現多視頻的全自動跟蹤拍攝。

內置POE交換機

錄播主機提供4個千兆網口,并且網口都支持POE供電,攝像機直連錄播主機即可,無需另配POE交換機,一根網線即可完成視頻傳輸、供電、指令傳輸等多種功能。

人性化在線導播

系統可支持網絡、本地的人工在線導播方式。管理員通過網絡登陸WEB遠程導播界面、VGA輸出的本地導播畫面及專用桌面操作面板的形式,即可對現場的主講視頻、聽眾視頻及主講電腦屏幕中進行在線監看及導播切換

在線微課剪輯系統

系統內嵌簡易微課剪輯系統,通過WEB遠程導播系統可直接對錄制好的視頻進行簡單的編輯,無需安裝任何插件

三、系統詳細介紹

3.1、系統整體模塊介紹

3.1.1、錄播系統

深途錄播主機采用一體化硬件設計,穩定可靠、操作便捷,同時集數據采集、視音頻編碼、導播軟件內嵌、數據處理發布、存儲、管理等功能于一體。

錄播系統包含多個功能模塊:錄播管理模塊、流媒體直播應用模塊、點播應用模塊、導播應用模塊、流媒體編輯模塊、資源管理模塊、實時視音頻互動模塊等。通過各功能模塊的應用實現智能導播、直播、點播、控制、互動、編輯及系統綜合管理等。

3.1.1.1、高清圖像采集模塊

系統采用兩臺4K電子云鏡槍機及錄播主機組成圖像拍攝和信號采集,兩臺攝像機即可實現4畫面拍攝。錄播主機對4路攝像機拍攝畫面同時采集、編碼,通過導播應用處理,生成用于直播和點播的流媒體信號。

3.1.1.2、導播控制應用模塊

深途實時導播軟件內嵌于錄播系統中,無需安裝任何插件,開機即用;導播平臺將多路RTSP網絡流、VGA信號輸入及輸出監視畫面集中顯示,實現視頻監視、切換、云臺控制、錄制/暫停、直播等功能

導播控制界面直觀、簡潔、明了。上方圖像為直播輸出及預監畫面;下面分別為本地攝像機信號、遠端互動信號、本地VGA信號。通過鼠標即可完成錄播系統功能操作。輸出圖像流暢平滑,無抖動、花屏等現象,切換過程無縫,銜接自然,支持淡入淡出等14中轉場特效,支持單分屏、雙分屏、畫中畫、多分屏等多種頁面顯示效果,支持自定義頁面布局,支持一鍵應用標題、字幕、片頭片尾的OSD信息,支持鼠標拖動字幕位置。

3.1.1.3、視頻錄制模塊

系統支持自定義錄制格式,FLV/MP4可選,支持電影模式和資源模式同步錄制,生成多個視頻文件,支持單流單畫面、單流多畫面、多流多畫面同步錄制,支持自動清理磁盤文件。

3.1.1.4、課堂直播應用模塊

1.  現場直播,授課教師在講課的同時,局域網內用戶登錄到錄播主機上,即可觀看授課教師的直播課堂內容。

2.  直播并發,即采用轉發服務器實時直播并發,可減少錄播主機對外直播的負擔,并保證視頻實時性和直播轉發的穩定可靠,達到多點同時收看視頻的效果。

系統內置小型流媒體直播服務器,單機并發最大支持200路,同時支持RTMP、TS、RTSP直播流地址進行直播推送。

3.1.1.5、實時互動模塊

深途互動錄播系統內嵌實時互動系統,無需外置MCU互動終端,即可實現本地/遠端雙向音視頻互動應用。

互動系統最大支持一拖四實時互動教學,即一間主講帶四間聽講;任意互動教室都可做為主講或聽講,延時小于1s。

3.1.1.6、系統管理模塊

深途后臺管理模塊基于B/S架構,使用瀏覽器即可實現直播管理、點播管理、互動管理、視頻編輯、用戶權限管理等功能。

3.1.1.7、課堂評價系統

人臉識別做為生物識別技術的一種,由于其無侵害性和對用戶最自然、直觀,成為最容易被授受的生物特征識別方式。

評價系統結合現有教學走班考勤需求、摒棄人臉考勤機逐一識別時間長無法廣泛應用。研發基于超小像素人臉識別技術,針對課堂中的教學個體進行實時甄別,達到不擾亂教學,考勤不耗時的目的。

3.1.2、智能圖像識別跟蹤系統

 先進的光流軌跡算法 智能跟蹤4.0

系統核心算法采用人體行為識別光流軌跡理論,結合稀疏編碼算法,模擬人體視網膜對光的流跡感應,大幅度提升機器視覺的準確率,跟蹤效果更加精準。

高精度背景建模 全新偵測技術

800萬高清攝像機圖像分析為依據,采用多種先進算法融合,采用全息圖像建模分析技術,自動探測、分析、驅動跟蹤多個運動目標,實現對教學主體的準確跟蹤,教學行為的全景與特寫完美呈現。

 基于DSP的目標實時處理和跟蹤

采用高速浮點的DSP芯片,基于閥值分割與邊緣檢測的對象輪廓提取算法,來模擬目標的實時跟蹤,可以在實際應用中滿足實時性的要求,跟蹤性能優越。

 基于神經網絡的目標跟蹤

利用多方向遞歸神經網絡來建立分析模型和挖掘對整體跟蹤有用的可靠信息,解決預測誤差累積和跟蹤漂移問題。

3.1.3、音頻拾取及聲音處理系統

音頻系統為實現課堂現場拾音、處理、合成及輸出工作,教師、學生上課無需佩戴任何輔助工具,在教室的每一個角落發言,系統均能講聲音捕捉拾取并傳輸到數字音頻處理系統中。數字音頻處理系統內置音頻矩陣、擴展器、噪聲門、均衡器、壓縮器、混音器、回聲抑制、反饋抑制器、噪聲抑制器、電頻表等模塊,具有強大的音頻處理能力,并大大地減少了外圍設備。除了能完成最基本的音頻處理功能外,并具有自己獨有的場景管理等功能特點。


系統中使用數字音頻處理器可針對不同使用功能的聲學特性要求場景(如單獨錄課模式、多媒體互動模式、大教室擴聲模式等)編輯存儲,根據現場使用情況選擇與之符合的聲場模式,保證了兼容性,從而達到良好的聲音效果,具體表現為:

l  提高語音清晰度和可懂度,以使講話的每個詞都十分清楚;

l  聲場均勻分布,對所有座位要有均勻的響度;

l  對要有穩定的系統頻率響應和均勻的音色;

l  保證聲音的真實感,使語言和音樂有舒適空間,得到真實的表現。

3.2、主要設備

3.2.1、錄播主機

深途互動錄播主機,是一款功能齊全的錄制、直播和互動設備,具有同步錄制、實時導播、實時直播、在線點播、在線編輯、自動跟蹤等多種功能;全部功能集中在一臺設備內,通過11.6寸觸摸顯示器和IE訪問的方式皆可直接進行管理。

主機采用一體化硬件設計,嵌入式系統,結構精簡,集數據采集、數據處理發布、互動、管理于一體;壁掛式觸控面板設計,采用了優化處理,進一步提升了系統的處理能力;嵌入式系統設計穩定可靠、性能優越,局域網內電腦均能通過瀏覽器訪問,更顯人性化設計。數據采集采用了模塊化設計,專業DSP硬件采集芯片,對RTSP網絡信號、VGA信號進行采集、編碼。



方案特點

l  教室設備較少,布線簡單;

l  教室設備集中化管理;

l  對裝修環境要求較低,普通教室即可部署、適應范圍廣;

l  使用簡單,可實現常態化互動教學應用,維護較少;

l  大規模錄播部署、常態化錄播建設等。

資源管理平臺,立足全校教育資源整合,以前端各錄播教室為基礎建設,支持在教育網、互聯網環境下高清晰度教學資源傳播,實現大規模教學考研活動,高清教學資源點播,以促進基礎教育數字化教學資源的共建共享,形成覆蓋本校的教學資源管理應用體系。

深途集中控制系統采用BS架構設計,用戶可通過局域網內任意電腦訪問,便于用戶對多間錄播教室統一管理,深途集中控制系統可對各個教室的錄播設備進行統一控制,能實現對各個教室的錄播系統進行遠程啟動、停止,實時監看、遠程錄制等操作,達成監控、錄播一體化


(一)實時巡課:

以教室為單位,實時監看每個教室的主畫面,單個監看頁面可同時監看不少于16間教室;

(二)管理控制

1.錄播教室管理,可以任意添加教室,分級目錄展示,如:目錄以市-->區、縣-->學校-->班級等無限極分類;

2.教室列表支持樹型結構排列,顯示總共接入的教室間數,單個教室顯示直播畫面、教室名稱,并可顯示錄播主機IP、主機序列號等信息;

(三)遠程設備管理

1.遠程開關機,支持批量開關也可支持單個開關;

2.遠程控制,支持單間教室的遠程控制,如遠程導播,錄制,云臺控制等;

3.可查看錄播教室各種狀態(遠程控制、正在遠程訪問、未開機);

4.具可通過直播畫面實時監看使用狀態下(錄播教室開機)的錄播教室;

5.支持遠程進入錄播主機導播界面,實現單個教室的錄制導播功能。



 

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