UVAER优沃尔常态化教学录播解决方案

一、概述
    教育信息化是国家整体信息化发展的重要组成部分和战略重点之一，教育信息化是教育与科技结合的标志性领域。 录播系统的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，培训师资，实现优质资源共享；使教师间能够更直观的相互学习及提高；同时，各种类型的课程录像文件也是学生预习和复习的重要资料，提升学习兴趣的同时，也提供了更直观、生动的教学的资料。

我国教育信息化建设从点到面，由浅入深，开始向多元化、多样化和成熟化发展。“三通两平台”作为“十二五”期间教育信息化工作的核心，教育部将大力推进其建设，让教育坐上信息化快车，实现教育现代化的梦想。

精品课程和网络视频公开课模式，需要投入大量的人力物力，依靠专项经费拨款，只能应用于评比，上报，可持续性较差。而目前学校按照国家考试院建设了很多标准化考场，一年只在考试时候使用，设备使用和利用率较低，造成很大的资源浪费。随着在线教育、微课、反转课堂等热度持续上升，录播系统作为教育信息支撑体系中非常重要的一环，越来越成为院校走向智慧化、信息化的重要和不可缺少的主要手段之一。但精品录播教室建设成本投入较大，硬件设备安装过于复杂，对老师摄相等专业技术水平要求很高，这些都严重阻碍了录播系统大规模的部署。

在充分考虑整体普及化建设成本和原有学校硬件设备充分利用的基础上，悠沃智能结合多年对教育的理解，推出轻松地覆盖教师教学过程所有环节：实现课件制作、老师特写、讲台全景、学生特写、学生全景、VGA画面、视频编辑、学习发布等的常态化教学录播系统。系统主要是面向中小学、职校、高校常态化录制，将日常教学课堂录制成视频课件。追求常态化、易普及、兼容性以及经济性，相比传统的精品录播教室的建设成本更低、使用更简单、售后服务更方便，并能兼容利旧。全面有效的使用常态化录播这一先进的教学管理，将有力支撑教学质量提升和教师发展，积累教学资源，并推动高校优质课程建设的蓬勃发展。

二、设计思路
功能需求如下：

1. 希望通过2机位实现教室教学状态的拍摄，能够根据学生发言状态自动切换机位，不发言时自动切换到全景。

2. 希望能够同时传送老师视频，学生视频和讲课讲义3路视频到无端互动教室。

3. 讲课讲义可包含有笔记本，实物投影，讲课讲义电脑，PAD等多种信号模式，并能够智能自动切换。

4. 需要支持通过互联网实时直播课程，远程学员可以通过笔记本，PAD或手机单向观看课程直播。

5. 支持课程的录制和内容管理，可以通过互联网后期点播。

6. 提供集中控制中心，能够统一对各个录播教室进行控制。

7. 能够通过公网接入，在目前已有1G出口带宽的网络基础上实现 500个用户（老师，学生，专家，学生家长等）的并发直播、点播。导播功能：每间教室支持3场景2机位的导播切换（视频或VGA），支持高清视频和标清视频信号同时混合输入，同时升成电影模式和资源模式课件，满足常态化教学。
2.1 设计思路

常态化录播教学系统解决的问题就是把一些非常优质的教育资源通过现代化的教学手段，得到共享，而传统的教学以教育者为中心，以传授知识为主；老师与老师之间、老师与学生之间互动不够，资源孤立，教师资源、校本资源浪费严重。而以信息技术为代表的现代化教育技术的应用则表现出明显的先进性、灵活性、可靠性、开放性。现代教育技术是运用现代教育理论和现代信息技术，通过对教学过程和教学资源的设计、开发、应用、评价和管理，以实现教学过程和教学资源的优化的理论和实践。它的内涵包括：一是现代教育技术的目的是实现教育最优化；二是现代教育技术设计的不仅是计算机、网络等现代教育媒体，而是教育过程所有可操作的要素，包括人力资源和技术资源，如教学人员、校本资源、常规教学媒体、教学设施、教学活动等。将校园网从普通计算机局域网建设成为面向教学、科研、管理等应用的网络，能够传输和处理多媒体信息，使各种类型的多媒体资源能在校园网上灵活应用，并且能一网多用，多网合一，将众多校园独立的应用系统整合起来，是校园网解决方案的发展方向。

悠沃智能常态化录播教学系统是针对现今高教、职教、普教等信息化教学的重点需求，采用稳定性最高的嵌入式系统，采用H.264压缩编码技术实现老师的讲稿、多媒体课件、现场多路的音视频信号实时采集压缩，以标准的流媒体方式实现在网络中的传输、管理、控制，支持网络的点播、广播、直播、存贮、后期编辑等多种利用，不仅仅解决了精品课程的录制问题，其简单易用的操作、课件资源的分享、教学行为分析等特点让多媒体教学更加智慧。

2.1.1 低能耗设计

在嵌入式应用中，系统的功耗及稳定性越来越受到人们的重视，这一点对于需要电池供电的便携式系统尤其明显。降低系统功耗，延长电池的寿命，就是降低系统的运行成本。对于以单片机为核心的嵌入式应用，系统功耗的最小化需要从软、硬件设计两方面入手。

2.1.2 嵌入式设计

1．强大处理能力，采用专业高端SOC芯片，内置ARM A9双核处理器和高性能的H.264视频编解码引擎。集成了包含多项复杂图像处理算法的高性能视频/图像处理引擎，自如应对多达5路全高清视频信号并发处理。 

2．专用性强。嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系统和硬件的结合非常紧密。 

3．录播系统设计精简，没有系统软件和应用软件的明显区分，不要求其功能设计及实现上过于复杂，也利于实现系统安全。

4.系统稳定性高，由于嵌入式系统的软件专业性，所以对于大部分的计算机病毒都具备免疫能力。

5、超低能耗，采用业内独有的无风扇单板设计，整机峰值能耗仅60W，符合国家节能产品标准。

2.2 设计原则

本设计方案是一项集网络技术、音视频技术、多媒体技术、环境控制技术、软件应用技术等于一体的高科技系统集成工程，而不是设备的简单叠加与组合。本设计方案主要遵循了以下几个主要设计原则：

u 先进性： 

在满足需求的前提下，充分考虑当今网络技术、多媒体技术和音、视频处理技术迅猛发展的趋势，尤其是充分考虑到当今及未来课件发展的趋势，在技术及理念上适度超前并提供平滑的升级服务，使该项目的建设与其他系统建设在技术平台上保持相对的时代同步性，从而在技术的应用和教育的手段上都保证了整个系统的前瞻性和先进性。

u 实用性：

方案设计符合国际相关标准和技术规范，设计简洁、操作方便。充分利用各种资源，使用户实现各种功能。同时配合宽带网络技术，可以支持高质量、远距离的视音频传输，以适应应用需求的变化。尽可能做到系统的总投资少, 系统的管理和维护费用少, 系统在未来进行更改、搬迁、改造、升级时所需的花费少，保证总体设计达到功能和经济的优化设计。

u 稳定性：

系统选用产品和技术经过广泛检验，充分考虑系统在程序运行时的应变能力和容错能力，表现在教学安全的全方位保障能力、突发事件的应对能力、设备运行的容错能力以及系统故障的快速恢复能力这四个方面。保证系统7* 24小时不间断工作，以保证教学、学术活动的连续进行；在突发系统或前端设备故障时，系统具有足够的应变能力和容错能力，并提供各种故障的快速恢复措施，使其具有极高的稳定性和可靠性。

u 兼容性：

整个系统完全按照标准化、开放性和模块化设计。系统软硬件之间的兼容性良好，能与符合标准的任何第三方硬件、软件或资源库兼容，在系统规模和功能上具有很强的扩展能力，可以适应网络技术和软件技术的不断发展，开展新的应用。

u 扩充性：

系统设计采用开放式的结构，具有强大的扩展能力，着眼于近期目标和长期目标的发展，选用合适的设备，进行合理的性能组合，利用有限的投资构造一个适合当前需求、可扩展的音视频操作系统，从而实现低成本扩展和升级的需求。

三、方案应用和特点
3.1 方案特点

u  嵌入式架构设计 超强稳定性 

行业尖端的全嵌入式架构设计，自主研发核心芯片，使得产品的稳定性达到极致，避免因病毒侵入、板卡松动带来的系统问题。

u  超强图像处理芯片 呈现高清画质

系统内置的全高清图像处理芯片，将录播系统的画质表现提升到空前的高度，不论是高清还是标清格式，都能提供清晰的画质。

u 尖端音频处理技术 真实还原音效

利用数字音频处理器技术对声音进行数字化处理，大幅抑制现场噪音及回声影响，超强高保真能力，忠实还原真实再现清晰、通透的声音效果。

u  全程实时导播 自由操控拍摄

可视化的录播窗口，更加贴合用户使用习惯。登录IE浏览器即可轻松实现远程实时导播，轻点鼠标就能完成对象跟踪、场景切换、焦距伸缩及预置点定位，用鼠标控制取代摇杆及按键，让导播操作简易、更高效！

u 丰富接口设计 接入信号广泛

系统提供多组HDMI、3G-SDI、VGA等信号接口，能够自由接入任意信号源，全面满足各类专业录播场合需求。

u  人性化设计 全面更高效

系统提供多种录制模式可以让用户灵活定义分辨率、片头、字幕和台标/LOGO等；同时，通过远程操控即可完成设备的录播、直播及重启等功能，人性化功能设计，带来更便捷的操作体验！

3.2 方案应用

3.2.1 优质课程资源直播和录制

录播系统的应用，为优质课程资源建设提供了专业性的解决方案，使视频资源建设、管理、应用整体化和规范化。

课程录制不会对常态教学造成影响，教师和学生只需在录播课室里正常教学，启动录制，无需工作人员参与，便可将整节课真实、 快速地录制下来，保证教学常态化；也可运用远程导播模式，录制较高质量的教学视频，参与优质课堂评选。视频录制快速、高效、便捷。

3.2.2 网络教学技能训练、微格教学评估

利用云录播开展校本教研，是教师专业化发展的必由之路，是学校可持续发展的需要，是学校办学水平的主要标志。因此，利用网络开展校本教研活动，是录播应用的重要发展方向。

方案设计
4.1系统结构图
结构图说明：

悠沃智能常态化录播教室由互动录播主机、2个高清全景摄像机（可选跟踪摄像机）、1台音频处理模块、专业拾音话筒、音箱、教育资源管理平台、移动控制系统、服务器等多个部分组成，其中：

l 智慧录播系统由互动录播主机、睿控、录播资源管理平台组成；

l 摄像部分：老师全景（可选老师跟踪摄像机）、学生全景（可选学生跟踪摄像机组成）；

l 自动/手动导播模式；

l 声音采集由2-4只强指向性麦克完成，连接音频处理模块；

l 管理控制部分由互动录播主机、移动控制系统、录播资源管理平台、导播控制软件、服务器组成；

4.2系统图

四、产品详细介绍
4.1 常态化高清互动录播主机

4.1.1产品特点：

Ø 精致轻便

采用工业级外观设计，整机1U高度，重量不超过5 KG；

Ø 高可靠性

嵌入式处理器和DSP硬件编码芯片，嵌入式操作系统，支持7*24小时长期工作，抗病毒黑客攻击；

Ø 高集成度

提供2路1080P高清视频信号接入，2路高保真音频接入；提供1路本地高清视频监视输出；

同时还提供矩阵切换功能；

Ø 功能强大

集音视频录制、导播、回放、直播、点播、存储、视音频编码等功能于一体；

Ø 操作简单

具备导播切换界面，可生成资源模式或电影模式课程录像；

Ø 存储安全

除本机内置1T大容量硬盘存储外，具备网络存储和U盘存储功能；

4.1.2导播界面：

4.1.2远程访问管理界面

4.2音频处理模块

4.2.1 产品特点

Ø 智能降噪，无建声环境的完美拾音，音质无损

Ø 全双工回声消除算法（20Hz—20KHz）

Ø 自动增益，无论说话人远近均能实现良好清晰的录音效果

Ø 接口无需进行设置，后期维护简便

Ø 内置声卡：2.0声道，PC即插即用，免调试

Ø 使用普通电容麦克风，录音距离增加至6米以上

4.3移动控制系统

远程多媒体控制移动软件。与悠沃智能录播主机无缝搭配，无需布线，安装在平板pad上可随时随地远程控制多媒体电教设备。

简易性操作，人性化设计，最大程度上满足教师在智能教室内操控所有多媒体电教设备，使教师在上课时更加得心应手的传授知识，而无需更多精力放在教学设备的操作上。

主要用于远程操作录播设备、PC上的PPT切换，和中控设备配合操作其他硬件电教设备等，比如话筒、投影仪、广播、展台等。

4.4互动教学系统

4,4.1 系统图

4.4.2系统场景描述

主讲教室端，老师、学生可以通过教室前方的一体机和电视机观看到老师上课时播放的PPT课件和远程听讲教室的情况，包含远程听课教室三分屏，听课教室学生全景，学生起立回答问题特写。

4.4.3 功能特点

Ø 高清互动录播主机内置MCU功能，一台录播主机便可轻松实现四方无延迟互动，无需额外接入软/硬件视频会议

Ø 主讲/听讲教室双互动教学

Ø 交互延时低，实时互动无障碍

Ø 主讲端简单化操作控制，一键呼叫/调入听课点

Ø 网络适应性强，交互效果稳定流畅

Ø 满足教育信息化指出的“一校带多校”、“专递课堂”等教学活动

Ø 优秀学校带动偏远农村学校，形成教学资源共享；

Ø 与“名师课堂”“专递课堂”对接；

Ø 学校一对一、一对多的帮扶课堂；

Ø 可实现跨市跨区等帮扶；

Ø 任意一个学校都可作为主讲端

Ø 真正实时在线直播教学

Ø 广电级实时直转播“零”延迟

Ø 大面积多教学点覆盖

Ø 稳定高清画质传输

4.5 摄像机

4.5.1 全景摄像机

u 10倍光学变焦，快速准确而稳定的自动聚焦头。（可选20倍光学变焦）

宽范围、高速度，低噪音的平移 俯仰操作

采用精密步进电机驱动，操作起来非常安静平稳，能快速地移动到指定位置，并进行大范围的拍摄。

u 全高清的视频输出

支持DVI、HD－SDI视频输出接口，多种高清视频制式。多种控制方式和多种控制协议（VISCA协议/Pelco-D）

常规使用RS-232C、RS422接口可对摄像机的所有设定以及平移/俯仰/缩放操作进行远程高速通讯控制。

u 多地址设置

通过菜单VISCA串口命令设置本机地址

64个位置预设位，4条巡航路径

可对64个位置， ( 摇控器设置9个预置位)进行预先设置，包括水平、俯仰、变倍进行预设，4 条巡航路径，即使在摄像机掉电关闭时，预设数据也可以保存下来。

u 多功能遥控器

配备有操作简便的遥控器，除了可进行基本设定，以及对水平、俯仰、变倍等进行控制外，还可以通过遥控器调出菜单设定摄像机的相关参数。

l  可选摄像机倒装功能

结构上支持摄像机倒装，并可通过OSD菜单或发送串口命令改变安装方

式。

u OSD菜单功能

丰富的OSD菜单，可用遥控器及控制端口控制OSD菜单。（可通过菜单切换视频输出格式，白平衡，快门等功能）

4.5.2 跟踪摄像机

Ø 支持全高清1080/60P到标清的多格式视频输出，高清、标清视频可同时输出；

Ø 摄像机内置高速处理器，采用业界领先的人体检测和智能跟踪图像分析算法锁定目标；

Ø 目标跟踪不局限于讲台区域，不受教室大小、环境或阶梯教室限制，目标走到学生区域也可以保持跟踪，跟踪区域可以覆盖全教室；

Ø 跟踪抗干扰能力强，即使目标长时间静止也能始终锁定跟踪目标，不被其它运动目标干扰；

Ø 跟踪平稳、精度高，目标左右小幅度晃动、局部动作等不会造成摄像机转动；

Ø 跟踪镜头大小根据目标远近具有自适应自动变倍功能，动作灵敏度可调节；

Ø 跟踪区域可以设置一个优先区域和八个屏蔽区域；

Ø 友好的用户界面和简单的参数设置，通过RS-485/232接口均可进行参数配置，跟踪和屏蔽区域通过PC软件简单的鼠标框选设置即可；

Ø 目标出现、丢失等切换码可通过参数设置界面任意编辑自定义；

Ø 智能曝光功能，彻底避免投影仪、电视等强光背景下目标变暗问题；

Ø 人性化设计，快捷安装，支持壁装，吊装安装方式

4.6 指向拾音器

Ø 换能方式: 电容式

Ø 指向特性: 单一指向性

Ø 频率响应: 100Hz-16KHz

Ø 灵敏度: 近距-45dB.. 远距-38dB

Ø 供电电压：DC1.5V

Ø 输出阻抗(欧姆): 近2.3KΩ 远距1KΩ

Ø 咪管规格：22*360mm

Ø 咪线长度、配置：8米单芯、卡龙母+6.35单声道插嘴

Ø 单支话筒重量：0.12KG

Ø 输出：不平衡

Ø 开关：拨动

Ø 抗手机、电磁、高频干扰