第 一 章 系統(tǒng)方案概述

　　一.1 應(yīng)用背景

　　自2012年全國(guó)教育信息化工作電視電話會(huì)議上提出“建設(shè)教育資源公共服務(wù)平臺(tái)和教育管理公共服務(wù)平臺(tái)，”學(xué)校資源數(shù)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(shù)字化。2018年，教育部發(fā)布《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)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(qū)千校萬課引領(lǐng)行動(dòng)”等教育信息化建設(shè)任務(wù)，該行動(dòng)需認(rèn)定百個(gè)典型區(qū)域、千所標(biāo)桿學(xué)校、萬堂示范課例，匯聚優(yōu)秀案例，推廣典型經(jīng)驗(yàn)。培育千所標(biāo)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(chǔ)教育學(xué)校。萬堂示范課例，包括遴選1萬堂基礎(chǔ)教育示范課、1000堂職業(yè)教育示范課、200堂繼續(xù)教育示范課，推出3000門國(guó)家精品在線開放課程，建設(shè)7000門國(guó)家級(jí)和1萬門省級(jí)線上線下高等教育精品課，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(qiáng)中小學(xué)線上教育教學(xué)資源建設(shè)與應(yīng)用的意見》提出“到2025年，基本形成定位清晰、互聯(lián)互通、共建共享的線上教育平臺(tái)體系，覆蓋各類專題教育和各教材版本的學(xué)科課程資源體系，涵蓋建設(shè)運(yùn)維、資源開發(fā)、教學(xué)應(yīng)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)于開展“基礎(chǔ)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(biāo)。

　　精品錄播系統(tǒng)因其全自動(dòng)檢測(cè)拍攝、多機(jī)位自動(dòng)導(dǎo)播功能以及優(yōu)異的錄制效果，極大提升了課程資源數(shù)字化效率，近年來備受教育用戶的青睞。具有多年的音視頻技術(shù)沉淀，通過對(duì)優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品的整合，結(jié)合用戶需求，推出精品錄播解決方案，方案不僅注重學(xué)校課程資源數(shù)字化質(zhì)量，還圍繞課程資源應(yīng)用推出了視頻資源應(yīng)用平臺(tái)，將學(xué)校零散課程資源有效匯聚成具有一定規(guī)模的校本資源體系，增強(qiáng)了學(xué)校資源管理實(shí)力，擴(kuò)大了學(xué)校優(yōu)質(zhì)教育資源輻射覆蓋范圍，為區(qū)域教育優(yōu)質(zhì)均衡和在線教學(xué)應(yīng)用打下良好基礎(chǔ)。

　　一.2 痛點(diǎn)分析

　　1.2.1缺少專業(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(yīng)的錄制環(huán)境，錄制效果難以保證，專業(yè)的錄播教室需參考演播室設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)環(huán)境裝修風(fēng)格、色調(diào)、燈光、吸音、隔音都有一定的標(biāo)準(zhǔn)要求，優(yōu)質(zhì)的課程內(nèi)容輔以專業(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(shù)字化效率低

　　由于自動(dòng)檢測(cè)拍攝系統(tǒng)不能適配每一位教師的教學(xué)習(xí)慣，學(xué)校錄制課程資源通常是由電教老師手動(dòng)導(dǎo)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(xiàn)在教師錄制精品課大多數(shù)是為了參加“一師一優(yōu)課、一課一名師”的評(píng)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(duì)應(yīng)章節(jié)和知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行錄制，教學(xué)資源缺少特色，導(dǎo)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(yīng)用難普及

　　資源管理平臺(tái)和錄播設(shè)備中的視頻資源在參加過評(píng)課活動(dòng)之后使用率很低，平臺(tái)缺少相應(yīng)的運(yùn)營(yíng)管理機(jī)制，學(xué)校部署的平臺(tái)大多數(shù)只是對(duì)課程資源的分類管理和校內(nèi)直播，資源應(yīng)用模式處于探索階段，資源應(yīng)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(shè)后的先進(jìn)性、易用性，教師使用后的評(píng)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(xiàn)教學(xué)方式的變革，在國(guó)內(nèi)能否做為示范案例，錄制的課程能否獲獎(jiǎng)等。教學(xué)管理者需要建立學(xué)校數(shù)字化課程體系，打造數(shù)字化未來學(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(fù)練習(xí)，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(tái)的要求轉(zhuǎn)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(shè)備的主要管理人員，由于電教老師大多數(shù)都有授課任務(wù)，所以操作、維護(hù)設(shè)備的時(shí)間很少，電教老師迫切需要免維護(hù)、遠(yuǎn)程控制、操作簡(jiǎn)單的錄播系統(tǒng)，教師最好都可以自己錄課，自己能操作設(shè)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(tǒng)需求

　　1)嵌入式設(shè)計(jì)

　　采用嵌入式架構(gòu)，錄播主機(jī)安全穩(wěn)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(hào)，對(duì)多路全高清視頻信號(hào)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(cè)拍攝技術(shù)

　　智能檢測(cè)拍攝技術(shù)，有效保證拍攝畫面構(gòu)圖美感，錄制過程使用鏡頭切換代替?zhèn)鹘y(tǒng)鏡頭搖擺跟拍效果，避免鏡頭跟丟，避免觀看者頭暈。

　　4)先進(jìn)的音頻處理技術(shù)

　　將教室內(nèi)多路音頻信號(hào)進(jìn)行混音處理，對(duì)環(huán)境音進(jìn)行降噪處理，有效抑制嘯叫，有效消除回聲，對(duì)人聲自動(dòng)增益處理，以達(dá)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(yīng)對(duì)多種網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)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)還能使用板書互動(dòng)，有效增強(qiáng)互動(dòng)教學(xué)教研效果。

　　6)極簡(jiǎn)操作設(shè)計(jì)

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

　　一.4 總體目標(biāo)

　　重新定義精品錄播系統(tǒng)，優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。采用先進(jìn)的檢測(cè)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(shè)備集成度，增強(qiáng)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(shè)學(xué)校課程資源體系，加速學(xué)校資源數(shù)字化。利用精品錄播系統(tǒng)打造基礎(chǔ)數(shù)字化課程資源，基礎(chǔ)數(shù)字化課程體系是將國(guó)家規(guī)定的各學(xué)習(xí)領(lǐng)域體現(xiàn)共同基礎(chǔ)要求的學(xué)科課程進(jìn)行資源數(shù)字化，基礎(chǔ)數(shù)字化課程強(qiáng)調(diào)學(xué)生基本素質(zhì)的形成和發(fā)展。逐漸形成數(shù)字化特色課程體系，特色課程是具有一定開放性的課程，旨在培育學(xué)生的主體意識(shí)、完善學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)、提高學(xué)生的自我規(guī)劃和自主選擇能力。

　　部署教學(xué)資源應(yīng)用平臺(tái)，利用在線教學(xué)擴(kuò)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(yīng)用云平臺(tái)之建立無縫對(duì)接機(jī)制，能夠通過網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)向平臺(tái)上傳視頻資源。提供視頻資源直播、點(diǎn)播等應(yīng)用服務(wù)，有效對(duì)資源進(jìn)行分類管理，快速建立課程體系，提供便捷登錄方式和多終端訪問服務(wù)，建成在線課堂應(yīng)用，打造未來學(xué)校。

　　建成網(wǎng)絡(luò)教研應(yīng)用環(huán)境，通過參與網(wǎng)絡(luò)教研和同步備課活動(dòng)，提高教師專業(yè)發(fā)展。區(qū)域教育局可通過互動(dòng)系統(tǒng)，隨時(shí)隨地開展區(qū)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(yīng)用。教研員可以通過互動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程聽課，解決教研員需要長(zhǎng)途奔波到各學(xué)校進(jìn)行聽課的困擾。

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

　　第 二 章 總體思路

　　二.1 設(shè)計(jì)原則

　　本方案設(shè)計(jì)遵循技術(shù)先進(jìn)、功能齊全、性能穩(wěn)定、節(jié)約成本的原則，構(gòu)建一個(gè)功能全面、使用方便、運(yùn)行穩(wěn)定、圖像清晰的常態(tài)錄播系統(tǒng)。并綜合考慮施工、維護(hù)及操作因素，并將為今后的發(fā)展、擴(kuò)建、改造等因素留有擴(kuò)充的余地。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容是系統(tǒng)的、完整的、全面的;設(shè)計(jì)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(tǒng)的規(guī)劃要高起點(diǎn)，功能要更切合實(shí)際，重在應(yīng)用，堅(jiān)持以需求為主導(dǎo)，落腳于滿足需求，從實(shí)際需求出發(fā)，深入開展業(yè)務(wù)調(diào)研， 保證系統(tǒng)順暢使用，易于維護(hù)。在先進(jìn)、可靠和充分滿足系統(tǒng)功能的前提下，體現(xiàn)高性價(jià)比。

　　2) 安全性

　　整個(gè)系統(tǒng)采用成熟的、穩(wěn)定的、完善技術(shù)設(shè)備，選用的設(shè)備自身應(yīng)具有較高的安全可靠性，關(guān)鍵設(shè)備或關(guān)鍵部件應(yīng)采取備份冗余設(shè)計(jì)，同時(shí)選用安全機(jī)制完善、安全級(jí)別較高的系統(tǒng)軟件，使用具有可靠功能的專用網(wǎng)絡(luò)安全產(chǎn)品，能夠保證系統(tǒng)的全天候長(zhǎng)期穩(wěn)定安全運(yùn)行。

　　3) 擴(kuò)展性

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)中考慮到今后技術(shù)的發(fā)展和使用的需要，具有更新、擴(kuò)充和升級(jí)的可能，系統(tǒng)規(guī)模和功能易于擴(kuò)充，系統(tǒng)配套軟件具有升級(jí)能力。同時(shí)在設(shè)計(jì)中留有冗余，以滿足今后的發(fā)展要求。方案中設(shè)備的控制容量上保留一定的余地，以便在系統(tǒng)中改造新的控制點(diǎn);系統(tǒng)中還保留與其他計(jì)算機(jī)或自動(dòng)化系統(tǒng)連接的接口;也盡量考慮未來科學(xué)的發(fā)展和新技術(shù)的應(yīng)用。

　　4) 開放性

　　系統(tǒng)的建設(shè)采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì)并嚴(yán)格遵守相關(guān)技術(shù)的國(guó)際、國(guó)內(nèi)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以確保系統(tǒng)之間的開放透明性和系統(tǒng)之間的互連互通。考慮到整個(gè)系統(tǒng)是分期建設(shè)的，系統(tǒng)建設(shè)時(shí)，對(duì)有擴(kuò)展要求的子系統(tǒng)，在建設(shè)和選用設(shè)備時(shí),應(yīng)在對(duì)未來業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)和擴(kuò)容進(jìn)行科學(xué)預(yù)測(cè)基礎(chǔ)上進(jìn)行余量設(shè)計(jì),預(yù)留擴(kuò)容和發(fā)展的空間。

　　二.2 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

　　解決方案的設(shè)計(jì)主要依據(jù)國(guó)家政策、相關(guān)法律規(guī)章、國(guó)家和行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、相關(guān)研究成果等資料進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，具體如下：

　　1)《第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》

　　2)《中國(guó)教育現(xiàn)代化2035》

　　3)《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》

　　4)《關(guān)于加強(qiáng)“三個(gè)課堂”應(yīng)用的指導(dǎo)意見》

　　5)《教學(xué)視聽設(shè)備及系統(tǒng)維護(hù)與操作的安全要求》   GB12641-2007

　　6)《多媒體教學(xué)環(huán)境設(shè)計(jì)要求》              GB_T 36447-2018

　　7)《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》    GB50343-2004

　　8)《智能建筑工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》 GB50339-2013

　　9)《演播室數(shù)字電視編碼參數(shù)規(guī)范》 GB/T 14857-1993

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

　　11)《工業(yè)、企業(yè)通信接地設(shè)計(jì)規(guī)范》 GBJ79-85

　　12)《國(guó)際綜合布線六類信道標(biāo)準(zhǔn)》 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系統(tǒng)工程驗(yàn)收規(guī)范》 GB/T50312-2000

　　15)《電子計(jì)算機(jī)場(chǎng)地通用規(guī)范》 GB/T 2887-2000

　　16)《計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)規(guī)范》 GB8566-1988

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

　　二.3 設(shè)計(jì)思路

　　結(jié)合國(guó)家及地方政策，當(dāng)前市場(chǎng)環(huán)境現(xiàn)狀及需求分析，解決方案的設(shè)計(jì)將圍繞課程錄制、集中監(jiān)管、資源存儲(chǔ)、資源共享等應(yīng)用，打造完整的一體化教育信息化生態(tài)系統(tǒng)，通過系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)日常教學(xué)、教學(xué)管理、資源積累、資源多方應(yīng)用等多個(gè)方面的應(yīng)用，從而滿足教育局主管單位學(xué)校、老師、學(xué)生、家長(zhǎng)等的不同需要。最終實(shí)現(xiàn)課堂資源數(shù)字化、教學(xué)管理集中化、教學(xué)過程透明化、教學(xué)資源共享化。

　　解決方案設(shè)計(jì)思路：

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

　　建設(shè)精品課程錄制環(huán)境，結(jié)合教室環(huán)境進(jìn)行聲學(xué)和燈光設(shè)計(jì)，增強(qiáng)錄制效果，結(jié)合教師授課習(xí)慣，支持便攜手動(dòng)錄制和無感知自動(dòng)錄制;

　　充分結(jié)合國(guó)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(qū)千校萬課引領(lǐng)行動(dòng)”任務(wù)，推進(jìn)優(yōu)質(zhì)資源課程的持續(xù)生產(chǎn)，成為大批量教學(xué)資源錄制最有效工具;

　　建設(shè)區(qū)域課程資源體系，加速學(xué)校資源數(shù)字化，形成數(shù)字化特色課程體系，建成在線課堂應(yīng)用，打造未來學(xué)校;

　　極簡(jiǎn)應(yīng)用操作，功能按需設(shè)計(jì)，重點(diǎn)加強(qiáng)人機(jī)交互體驗(yàn)，促進(jìn)和激發(fā)教師和學(xué)生用戶使用興趣，促進(jìn)平臺(tái)應(yīng)用;

　　互聯(lián)互通的應(yīng)用環(huán)境，將區(qū)域內(nèi)各校的錄播教室有機(jī)連接，建成區(qū)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(yīng)用環(huán)境;

　　靈活的部署方式，采用多級(jí)架構(gòu)設(shè)計(jì)思路，針對(duì)不同的主體單位部署配套管理與應(yīng)用平臺(tái)，以滿足不同的需求;

　　可常態(tài)應(yīng)用的教研功能，平臺(tái)具有聽課評(píng)課應(yīng)用模塊，支持實(shí)時(shí)的討論式評(píng)價(jià)和模板打分式評(píng)價(jià)，促進(jìn)線上線下混合式教研新模式;

　　開放式軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)，在實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)應(yīng)用的同時(shí)也考慮接口的開放，以滿足更上層應(yīng)用軟件的集成調(diào)用。

　　第 三 章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　三.1 應(yīng)用架構(gòu)

　　應(yīng)用架構(gòu)按照多級(jí)架構(gòu)設(shè)計(jì)，總體設(shè)計(jì)將面向教師、學(xué)生、家長(zhǎng)、教學(xué)管理者等不同用戶，圍繞教學(xué)資源應(yīng)用，以課程為核心，覆蓋學(xué)校應(yīng)用，將課程資源體系化，應(yīng)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(fù)責(zé)視頻課程錄制，學(xué)校端需要構(gòu)建校級(jí)應(yīng)用機(jī)制，主要負(fù)責(zé)對(duì)錄播教室的管理、教學(xué)資源編輯優(yōu)化、校內(nèi)資源應(yīng)用等。

　　圖1校級(jí)應(yīng)用架構(gòu)圖

　　三.2 系統(tǒng)拓?fù)?/p>

　　針對(duì)教學(xué)場(chǎng)景和教室環(huán)境進(jìn)行了高清攝像機(jī)和音頻設(shè)備的優(yōu)化升級(jí)。新一代精品錄播系統(tǒng)集成度更高，圖像檢測(cè)攝像機(jī)較上一代攝像機(jī)檢測(cè)更精準(zhǔn)，畫質(zhì)更清晰。音頻采集系統(tǒng)采用專業(yè)級(jí)指向吊麥配合音頻處理器，保證音頻效果。錄播主機(jī)通過HDMI信號(hào)實(shí)時(shí)采集教學(xué)一體機(jī)授課畫面，教學(xué)過程全保留。錄播系統(tǒng)配套觸控鍵盤，采用可視化操作界面，直觀易操作，錄制課程一觸即達(dá)。課程錄制后會(huì)自動(dòng)上傳至平臺(tái)對(duì)應(yīng)的教師賬號(hào)中，教師可通過平臺(tái)進(jìn)行編輯和管理。

　　圖2 系統(tǒng)拓?fù)鋱D

　　三.3 核心應(yīng)用

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

　　錄制系統(tǒng)對(duì)教學(xué)畫面進(jìn)行多機(jī)位多角度拍攝，自動(dòng)切換各機(jī)位畫面進(jìn)入導(dǎo)播界面，導(dǎo)播系統(tǒng)自動(dòng)合成錄制，整個(gè)拍攝過程省去人工導(dǎo)播的操作，為教師節(jié)省視頻后期制作的大量時(shí)間。

　　直播系統(tǒng)可以通過網(wǎng)頁進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)覽，應(yīng)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(tǒng)錄制視頻時(shí)可以同時(shí)開展直播，即保存了視頻資源，又?jǐn)U大了視頻資源的播出范圍，通過平臺(tái)增加直播并發(fā)能力，能幫助直播學(xué)校擴(kuò)大影響力。

　　點(diǎn)播系統(tǒng)分為課程和錄像兩種模式。在錄播主機(jī)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(tái)教師課程管理中，進(jìn)行深度應(yīng)用。在錄像模式中，可以查詢每路攝像機(jī)錄制的畫面，為課程視頻后期制作提供素材。

　　互動(dòng)系統(tǒng)是錄播主機(jī)結(jié)合螢石云互動(dòng)技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，通過教學(xué)助手發(fā)起互動(dòng)成為主講教室，聽講教室自動(dòng)加入互動(dòng)課堂，輕松實(shí)現(xiàn)音視頻互動(dòng)，在我國(guó)的互動(dòng)課堂和網(wǎng)絡(luò)教研方案中被廣泛應(yīng)用，有效解決區(qū)域優(yōu)質(zhì)資源不均衡和線下教研活動(dòng)聚集難的問題。

　　三.4 特色優(yōu)勢(shì)

　　1)檢測(cè)算法前置

　　檢測(cè)攝像機(jī)內(nèi)置深度學(xué)習(xí)檢測(cè)算法，無需外置檢測(cè)主機(jī)，檢測(cè)攝像機(jī)支持根據(jù)教師和學(xué)生的變化，自適應(yīng)地調(diào)整畫面，能過濾窗簾抖動(dòng)、光線等干擾因素，學(xué)生檢測(cè)相比傳統(tǒng)錄播檢測(cè)準(zhǔn)確度大幅提高，能呈現(xiàn)最佳自動(dòng)錄制效果。

　　2)雙板書檢測(cè)

　　基于板書檢測(cè)算法，海康精品錄播系統(tǒng)使用1臺(tái)教師檢測(cè)攝像機(jī)可以實(shí)現(xiàn)3臺(tái)傳統(tǒng)檢測(cè)定位設(shè)備相同功能，實(shí)現(xiàn)教師檢測(cè)的同時(shí)，還可以對(duì)左板書和右板書進(jìn)行檢測(cè)，相比傳統(tǒng)精品錄播性價(jià)比更高。

　　3)師生雙畫面

　　錄播主機(jī)支持師生雙畫面導(dǎo)播邏輯，當(dāng)教師提問學(xué)生時(shí)，系統(tǒng)支持設(shè)置單畫面導(dǎo)播和師生雙畫面導(dǎo)播，能為用戶呈現(xiàn)不同的自動(dòng)錄制效果。

　　4)可視化觸控導(dǎo)播體驗(yàn)

　　系統(tǒng)采用觸控導(dǎo)播鍵盤，搖桿操作與觸控操作完美結(jié)合，極大的增強(qiáng)了用戶體驗(yàn)，可視化操作，讓錄制精品課一觸即達(dá)。

　　5)全高清錄制

　　圖像采集子系統(tǒng)視頻編碼采用目前國(guó)際上領(lǐng)先的H.264高清編碼方式，系統(tǒng)采用若干臺(tái)1080P高清云臺(tái)攝像機(jī)，錄播主機(jī)同時(shí)采集教師課件信號(hào)，經(jīng)導(dǎo)播控制進(jìn)行自動(dòng)錄制，錄制畫質(zhì)可達(dá)到1080P。

　　第 四 章 應(yīng)用介紹

　　四.1 精品錄播應(yīng)用

　　精品錄播系統(tǒng)由視頻采集子系統(tǒng)、音頻處理子系統(tǒng)、自動(dòng)檢測(cè)拍攝子系統(tǒng)、導(dǎo)播子系統(tǒng)組成，多個(gè)子系統(tǒng)相互協(xié)作，自動(dòng)錄制教學(xué)過程，生成教學(xué)資源。

　　四.1.1 應(yīng)用概述

　　精品錄播系統(tǒng)為保證畫面的還原度，每個(gè)畫面都采用獨(dú)立高清攝像機(jī)進(jìn)行拍攝，配置專業(yè)音頻采集設(shè)備完成教學(xué)過程中的聲音采集，通過圖像識(shí)別檢測(cè)拍攝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)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業(yè)高效的錄制空間，為教師提供教學(xué)反思、觀摩教學(xué)等應(yīng)用基礎(chǔ)環(huán)境。

　　精品錄播系統(tǒng)與常態(tài)錄播系統(tǒng)的區(qū)別：精品錄播為保證優(yōu)異的音視頻錄制效果，每路畫面均采用單獨(dú)高清攝像機(jī)采集畫面，音頻錄制使用指向麥加音頻處理器的專業(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(xiàn)更全面的音頻處理功能。精品錄播系統(tǒng)主要針對(duì)錄制優(yōu)質(zhì)課、精品課資源的教學(xué)活動(dòng)，常態(tài)錄播主要針專遞課堂、同步課堂、直播課堂等遠(yuǎn)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)的裝修改造來提升錄制效果。

　　精品錄播教室分為教學(xué)區(qū)、學(xué)生區(qū)、觀摩區(qū)，教學(xué)區(qū)主要是講臺(tái)區(qū)域，用于教師授課;學(xué)生區(qū)是學(xué)生就坐學(xué)習(xí)的區(qū)域;觀摩區(qū)在教室后面，是獨(dú)立于教室的空間，用于聽課觀摩和導(dǎo)播操作，教室與觀摩室中間配置一塊單透玻璃和兩塊觀摩屏、一對(duì)有源音箱，在觀摩室聽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(jī)位精品錄播場(chǎng)景示意圖

　　四.1.2 應(yīng)用組成

　　視頻采集子系統(tǒng)視頻編碼采用目前國(guó)際上領(lǐng)先的H.264 High Profile高清編碼方式，系統(tǒng)采用五臺(tái)1080P高清云臺(tái)攝像機(jī)，分別拍攝教師特寫、教師全景、學(xué)生特寫、學(xué)生全景、板書特寫，同時(shí)接入教師電腦課件信號(hào)，經(jīng)導(dǎo)播控制進(jìn)行自動(dòng)/手動(dòng)錄制，錄制畫質(zhì)可達(dá)到高清1080P。

　　音頻處理子系統(tǒng)采用AAC編碼方式，教師和學(xué)生的語音信號(hào)通過指向麥、無線話筒拾音，并經(jīng)過音頻處理器進(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(jī)中進(jìn)行編碼處理，生成標(biāo)準(zhǔn)MP4文件，保存在錄播主機(jī)中，供后期再次編輯或上傳到平臺(tái)進(jìn)行點(diǎn)播。

　　自動(dòng)檢測(cè)子系統(tǒng)采用兩臺(tái)高清攝像機(jī)，通過攝像機(jī)圖像識(shí)別分析功能對(duì)教師和學(xué)生行為進(jìn)行分析、識(shí)別，錄播主機(jī)根據(jù)預(yù)置的檢測(cè)切換邏輯控制多鏡頭的切換，最終實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)的全自動(dòng)畫面跟拍錄制，真實(shí)完整還原教師講授、學(xué)生提問等教學(xué)場(chǎng)景。

　　導(dǎo)播子系統(tǒng)分為自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)三種模式，自動(dòng)導(dǎo)播時(shí)主機(jī)根據(jù)檢測(cè)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(dǎo)播鍵盤，通過導(dǎo)播鍵盤實(shí)現(xiàn)云臺(tái)控制和鏡頭切換，手動(dòng)控制錄播系統(tǒng)完成課程錄制。

　　第 五 章 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)

　　五.1 視頻采集子系統(tǒng)

　　五.1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　圖4 高清云臺(tái)攝像機(jī)

　　視頻采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)教師特寫攝像機(jī)、教師全景攝像機(jī)、學(xué)生特寫攝像機(jī)、學(xué)生全景攝像機(jī)、板書特寫、電腦課件畫面的圖像采集。

　　高清攝像機(jī)采用高質(zhì)量CMOS傳感器，可實(shí)現(xiàn)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(yīng)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，依然保持畫面干凈清晰，為全自動(dòng)錄播系統(tǒng)提供穩(wěn)定的高清畫面。

　　五.1.2 系統(tǒng)部署

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

　　圖5攝像機(jī)部署示意圖

　　五.1.3 系統(tǒng)功能

　　高清攝像機(jī)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(shù)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(nèi)，室外，一鍵式，手動(dòng)，指定色溫

　　6)支持2D&3D 數(shù)字降噪

　　7)支持背光補(bǔ)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(zhuǎn)動(dòng)范圍 ±170°，垂直轉(zhuǎn)動(dòng)范圍 -30° ~ +90°

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

　　五.2 音頻采集子系統(tǒng)

　　五.2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　圖6  吊麥和音頻處理器

　　針對(duì)課堂教學(xué)音頻的采集，采用專業(yè)級(jí)指向麥克風(fēng)加音頻處理器的方案，教師和學(xué)生的語音通過吊麥并經(jīng)過音頻處理器進(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(jī)中進(jìn)行編碼處理，合成視頻文件，保存在錄播主機(jī)中，供后期再次編輯或上傳到平臺(tái)進(jìn)行應(yīng)用。

　　五.2.2 系統(tǒng)部署

　　建議以學(xué)生區(qū)域中心線為準(zhǔn)，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(tǒng)功能

　　指向吊麥基本功能：

　　五.3 自動(dòng)檢測(cè)子系統(tǒng)

　　五.3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　圖8 跟拍檢測(cè)攝像機(jī)

　　全新跟拍檢測(cè)攝像機(jī)，針對(duì)教師站定授課和教師走動(dòng)授課等不同場(chǎng)景進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過內(nèi)置檢測(cè)算法實(shí)現(xiàn)更平滑的檢測(cè)效果。教師檢測(cè)兼顧雙板書檢測(cè)功能，學(xué)生檢測(cè)可以更加快速地檢測(cè)學(xué)生起立坐下狀態(tài)，過濾窗簾抖動(dòng)、燈光變化等因素的干擾。圖像檢測(cè)算法前置，由錄制主機(jī)進(jìn)行自動(dòng)切換，跟拍效果更好。

　　五.3.2 系統(tǒng)功能

　　導(dǎo)播邏輯：當(dāng)教師站定不動(dòng)時(shí)，檢測(cè)拍攝系統(tǒng)輸出教師特寫畫面;當(dāng)教師操作課件時(shí)，切換課件畫面;當(dāng)教師走動(dòng)時(shí)，檢測(cè)拍攝系統(tǒng)輸出教師全景畫面;當(dāng)教師走下講臺(tái)時(shí)，檢測(cè)拍攝系統(tǒng)輸出學(xué)生全景畫面;當(dāng)學(xué)生起立時(shí)，檢測(cè)拍攝系統(tǒng)先給出學(xué)生全景畫面，再切換學(xué)生特寫畫面;學(xué)生坐下時(shí)，系統(tǒng)切回教師全景畫面，自動(dòng)判斷教師位置后，檢測(cè)拍攝系統(tǒng)輸出教師特寫畫面。通過檢測(cè)拍攝系統(tǒng)的定位，主機(jī)進(jìn)行導(dǎo)播畫面的切換，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)錄播。

　　五.4 導(dǎo)播子系統(tǒng)

　　五.4.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　圖9 錄播一體機(jī)

　　自動(dòng)導(dǎo)播系統(tǒng)嵌入海康威視自主研發(fā)的全新一代高清錄播一體機(jī)，實(shí)現(xiàn)教師畫面、學(xué)生畫面和HDMI/VGA多媒體信號(hào)自動(dòng)切換錄制，滿足全自動(dòng)錄制要求。

　　圖10 導(dǎo)播控制臺(tái)

　　手動(dòng)導(dǎo)播通過海康威視自主設(shè)計(jì)研發(fā)的全新一代全觸控導(dǎo)播控制臺(tái)。采用電容觸摸屏，全新UI交互設(shè)計(jì)，可視化觸控操作體驗(yàn)。

　　五.4.2 系統(tǒng)功能

　　自動(dòng)導(dǎo)播功能即多鏡頭全自動(dòng)切換錄制，最終實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)的全自動(dòng)畫面拍攝錄制。手動(dòng)導(dǎo)播通過導(dǎo)播觸控鍵盤實(shí)現(xiàn)導(dǎo)播控制功能，支持導(dǎo)播模式設(shè)置、布局預(yù)覽/切換，支持logo上傳、片頭片尾設(shè)置、支持回放下載，支持系統(tǒng)直播配置。四維控制搖桿可用于球機(jī)云臺(tái)控制，快速定位目標(biāo)，方便用戶靈活操作。

　　第 六 章 平臺(tái)應(yīng)用介紹

　　六.1 教學(xué)教研

　　教學(xué)管理平臺(tái)是在教育信息化背景下，針對(duì)教育信息化管理平臺(tái)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來配置自己學(xué)校的設(shè)備和功能服務(wù)。針對(duì)沒有教育專網(wǎng)的地區(qū)提供公共互動(dòng)平臺(tái)幫助各個(gè)學(xué)校之間進(jìn)行公網(wǎng)互動(dòng)，從而幫助區(qū)域內(nèi)學(xué)校進(jìn)行信息化改造，實(shí)現(xiàn)提高教學(xué)質(zhì)量、深化教育改革的目的。精品錄播系統(tǒng)的應(yīng)用主要通過錄制高質(zhì)量視頻資源，提高學(xué)校資源數(shù)字化效率，因此本章主要介紹平臺(tái)中教學(xué)資源相關(guān)應(yīng)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(jí)、學(xué)段學(xué)科、課程時(shí)間、課程名稱或主講人等條件搜索直播課程，還支持按照課程狀態(tài)(未開始、進(jìn)行中、已結(jié)束)、我講授的(任課老師)和我的班級(jí)(學(xué)生)搜索直播，直播課程中可以觀看用戶發(fā)送討論信息，通過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(jí)、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，可以通過電腦、手機(jī)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(jí)、學(xué)段學(xué)科、課程時(shí)間、課程名稱或主講人等條件搜索直播課程;支持按照課程狀態(tài)(未開始、進(jìn)行中、已結(jié)束)、我講授的(任課老師)和我的班級(jí)(學(xué)生)搜索直播;支持邊錄制邊直播、直播課程分享，可通過互聯(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(kù)，經(jīng)過學(xué)校審核后，課作為校本資源供學(xué)校師生瀏覽觀看。校內(nèi)資源支持按照年級(jí)、學(xué)段學(xué)科、資源名稱或主講人、教材/知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行篩選查看視頻內(nèi)容，知識(shí)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可以掃碼觀看。

　　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(duì)行政班和選修班的課程配置，也可進(jìn)行導(dǎo)入，學(xué)校管理員可對(duì)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(tái)通過課表方式對(duì)應(yīng)教師，錄制后的視頻資源根據(jù)教師信息對(duì)應(yīng)上傳至教師賬戶的課程視頻管理，教師可以對(duì)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(duì)教師后期制作的視頻，平臺(tái)支持上傳視頻，課程視頻管理以視頻名稱、年級(jí)、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、年級(jí)、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，收藏過程不影響原視頻文件。

　　圖17 我的收藏

　　六.4 平臺(tái)軟件特點(diǎn)

　　表1平臺(tái)指標(biāo)

　　六.4.1 平臺(tái)軟件環(huán)境

　　表2 WEB端運(yùn)行環(huán)境

　　表3 客戶端運(yùn)行環(huán)境

　　表4 移動(dòng)客戶端運(yùn)行環(huán)境

　　六.4.2 客戶端

　　1)B/S客戶端

　　教學(xué)管理平臺(tái)支持B/S訪問模式，可以在任意一臺(tái)聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)上通過瀏覽器方便地登錄平臺(tái)。在權(quán)限范圍內(nèi)完成教學(xué)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)配置、課堂巡查、直播課堂視頻觀看、學(xué)科資源視頻觀看等操作。B/S客戶端不需安裝，部署靈活，操作簡(jiǎn)單。

　　2)C/S客戶端

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

　　3)移動(dòng)端

　　教學(xué)管理平臺(tái)支持移動(dòng)端應(yīng)用，包括手機(jī)版APP客戶端、H5頁面，支持我的資源、我的互動(dòng)、個(gè)人中心、數(shù)據(jù)分析、教學(xué)統(tǒng)計(jì)等功能。

　　六.5 平臺(tái)安全設(shè)計(jì)

　　六.5.1 存儲(chǔ)加密

　　1)敏感數(shù)據(jù)(設(shè)備密碼)采用AES對(duì)稱加密256位加密方案;

　　2)用戶密碼采用基于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(diào)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(qǐng)求采用https傳輸;

　　3)WEB頁面到服務(wù)端敏感數(shù)據(jù)采用RSA非對(duì)稱加密2048位加密方案。

　　六.5.3 身份認(rèn)證

　　1)人對(duì)機(jī)安全認(rèn)證：

　　訪問平臺(tái)：登錄用戶身份認(rèn)證，密碼輸入錯(cuò)誤3次增加驗(yàn)證碼;

　　訪問設(shè)備：設(shè)備用戶名加密碼認(rèn)證。

　　2)機(jī)對(duì)機(jī)安全認(rèn)證：

　　服務(wù)接口調(diào)用認(rèn)證：采用token認(rèn)證，采用基于HMAC算法生成認(rèn)證token;媒體網(wǎng)關(guān)取流安全認(rèn)證;圖片存儲(chǔ)訪問安全認(rèn)證;CVR訪問安全認(rèn)證;

　　云存儲(chǔ)訪問安全認(rèn)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