教育视频全自动高清录播系统解决方案145.pdf
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1、 1 网络教学实时全自动高清录播系统项目 解 决 方 案 2 目 录 一、项目背景.3 二、需求分析.4 三、实现目标.4 四、遵循的标准和规范.5 五、系统整体规划.6 六、AVA 全自动录播教学系统功能介绍.7 6.1、系统优势.7 6.2、功能特点.9 6.2.1、导播平台.9 6.2.2、视频切换功能.10 6.2.3、云台控制功能.10 6.2.4、实时直播.11 6.2.5、同步录制.11 6.2.6、在线点播.12 6.2.7、远程管理.12 6.2.8、后期编辑.12 6.2.9、控制面板.13 6.2.10、播放软件.13 6.3、图像识别跟踪系统.14 6.3.1 图像识别
2、智能跟踪简介.14 6.3.2 图像跟踪技术原理.16 6.3.3 图像跟踪系统特点.17 6.3.4 教师智能跟踪摄像.19 6.3.5 学生场景高速定位摄像.20 6.4 数字音频处理系统.22 6.4.1 音频处理概述.22 6.4.2 音频处理连接图.23 6.4.3 数字音频矩阵.23 6.4.4 数字音频处理.23 6.4.5 自动回声消除.24 6.4.6 声反馈啸叫消除.24 6.4.7 自动增益控制.24 七、AVA 教育视频资源管理平台系统.25 7.1、系统概述.25 7.2 系统架构.26 3 7.3 系统功能应用.27 7.3.1 系统管理模块.27 7.3.2 资源
3、管理模块.28 7.3.3 多级平台部署.28 7.3.4 资源分类管理.29 7.3.5 虚拟切片检索.30 7.3.6 立体资源点播.30 7.3.7 教研互动、在线辅导(高校版、普教版非标配).31 7.3.8 在线课堂点评(教学点评)(高校版、普教版非标配).32 7.3.9 教学课堂发布功能(直播、点播).33 7.3.10 名师大讲堂.33 7.3.11 视频公开课模块.34 7.4 重点应用效果说明.34 7.4.1 在线课堂点评应用效果(高校版、普教版非标配).34 7.4.2 教研互动、在线辅导互动功能(高校版、普教版非标配).36 7.4.3 系统部署的意义.37 7.4.
4、4 系统应用范围.38 7.5 在线辅导室部署模式.39 7.5.1 桌面式终端部署.40 7.5.2 服务器平台部署.40 7.5.3 在线辅导室.41 九、主要设备的功能及性能描述.41 9.1、AVA PROPRE 8HD 录播系统主机介绍.41 10.2、音视频采集配套设备.46 10.2.1、AVA HD-100S 高清摄像机.46 10.2.2、AVA AT-680 专业拾音话筒.47 10.2.3 AVA IAM-1208 数字音频处理器.48 10.3、图像识别定位设备.51 10.3.1 AVA ITS 1000 图像跟踪系统.51 10.3.2 AVA CAMPUS-II-
5、MF 多媒体中央控制系统.53 一、项目背景 为解决学校的优质教学资源整合,推进基于课程的互动教学、课程内容建设,通过建设网络教学实时录播系统,完善课程建设过程性评估与教学质量监督管理、精品课程评估,从而减轻教师课程建设强度,加强互动交流,倡导自主学习,培养创新型人才。4 随着各个社会机构对工作效率和工作质量要求在不断提高,网路教学实时录播系统已成为现代化教育视频建设的重要组成部分。学校录播系统建设中充分利用现有资源,建成后不仅具有视频互动的功能,还具有召开大型会议、远程培训、远程视频呈现、远程调度、重要事迹报告等功能。系统能够实现平滑扩容和升级,将来能够向更高带宽和更高图象质量扩展。学校录播
6、系统利用计算机技术、网络技术、音视频压缩技术、多媒体技术,遵循 TCP/IP 标准,构成具有广泛应用、支持网络的广播、直播、存贮、后期编辑等多种功能专业录播系统。二、需求分析 现场录播:利用 AVA 多媒体教学录播系统(AVA PROPRE 8HD,支持 4 路高清视频、2 路 VGA 信号)实现对课堂教学过程或会议现场进行实时录制、直播,并通过教育专网络向专网内学校进行实时转播。VOD 点播:录制完成的课程直接通过 IE 浏览访问,根据需求可通过打点功能、发言人、日期、学科等方式进行查找视频并进行在线点播。情景互动:通过教室老师与学生的情景互动,鼠标点击导播平台任意一路都支持任一路画面全屏显
7、示。三、实现目标 整套系统采用软硬件结合,采用一套音视频信号采集设备,将学校教学现场的音视频及电脑信号录制到录播设备中,并可根据需要对录播内容进行保存以备日后进行 VOD 点播。5 四、遵循的标准和规范 JGJ46 81 工业企业通信设计规范 GB50198 94 彩色电视图象质量主观评价方法 GYJ25 86 厅堂扩声系统特性指标 GB4959 95 厅堂扩声特性测量方法 GB/T4197 93 声系统设备互连用连接器的应用 GB/T4197 94 声系统设备互连用联机器的优选配置 GB/15644 95 视听系统设备互连用连接器的应用 GB/15859 1995 视听、视频和电视系统中设备
8、互连优选配接值 GB12060 89 声系统设备一般术语解释和计算方法 JGJ/T16 92 民用建筑电气设计规范 GB50222 95 建筑内部装修设计防火规范 相关的国际标准:ITU-T H.320 基于链路交换网连接 ITU-T H.323 基于 TCP/IP 的分组交换网(以太网、局域网)ITU-T H.120 音频和视频的兼容性 ITU-T G.722、G.711、G.728 音频信号传输标准 ITU-T H.263、H.264 视频编码推荐的标准 6 五、系统整体规划 7 六、AVA 全自动录播教学系统功能介绍 PROPRE 8HD录播设备提供了4组模块化接口(HD-SDI/HDM
9、I/VGA/YPbPr/S-Video/CVBS)4路高清视频+2路高清VGA输入(单流导播中共有6个画面同时存在),实时无缝DVI环出以及2路模拟立体声音频信号输入接口。每高清视频能兼容标清视频。PROPRE 8HD录播系统在后台通过管理电脑的导播平台界面对这些视频和计算机信号之间进行实时切换。管理人员可通过导播平台界面,鼠标点击监控画面控制摄像头运动,鼠标中键直接调整变焦范围,使跟踪功能简单易用。PROPRE 8HD 录播设备具有录制、点播和超强直播等功能,通过设备内置的硬盘可将过程记录下来,供后期编辑和点播。PROPRE 8HD 录播设备集成度极高,可以省去多余外部接线和信号的调试工作,
10、使设备的使用变得极其简单,只需一位操作者就能完成全部工作。特别适用于本次项目的录播系统建设的需求。6.1、系统优势 1、录播系统主机 AVA-PROPRE 8HD 是高集成度一体式设备,录制、直播和存储等功能集成在同一台录播主机上(而不是采用多台设备完成录制、直播和存储等功能的繁杂系统)。VGA 信号采用硬采集方式,任何电脑无需另安装软件或采集卡,便于使用、管理和维护。2、录播系统录制的文件有单流和多流、单流多画面,三种模式供用户根据需求自由选择。3、手动导播录制模式具有远程导播、远程监视和远程控制摄像头跟踪等功 8 能,以上功能整合在同一界面内。导播平台能够同屏显示所有的输入视频和 VGA画
11、面,并且提供监视实时直播画面。4、导播功能和控制摄像头功能通过远程来操作完成控制,任何情况下管理人员不需在现场操作,不需增加任何硬件辅助来实现。导播功能是由管理人员通过鼠标点击就能在多个画面之间实现图像切换,图像切换平滑,没有“跳动”现象,并能实现多种画中画功能。控制摄像头功能是由管理人员通过鼠标点击相应物体即可实现跟踪,同时滚动鼠标滚轮即可对物体进行放大和缩小。管理人员还可在预先设置的多种取景模式之间进行场景变换。5、录播主机能实现 4 路高清视频和 2 路高清电脑视频的输入,在实现单流画面录制时,能在多路画面之间切换;2 路高清电脑的分辨率可达到 16001200的,帧率最高 30 帧/秒
12、,可流畅的播放高清动态画面(如高清的飞行表演等动态画面)。支持 DVI 环出,以便与校园电视台及观摩室大屏无缝对接;支持单流、多流、单流多画面,以便用户根据实际情况选择录制模式。6、实时性高:非网络直播延时1 秒,录制/直播保持同步。7、主机自带 LCD 真彩液晶屏和按钮,可通过液晶屏和按钮,设置系统参数同时可控制直播、录制的启动和停止。录制完毕,可通过面板上的 USB 口,直接拷贝录制好的文件。8、支持跨网段、广域网的直播和点播,支持组播。9、直播时支持自动断线重联功能。10、在线点播 VOD,支持直播、录制、点播同时使用。9 6.2、功能特点 6.2.1、导播平台 导播平台内嵌于录播系统中
13、,无需管理者电脑安装任何插件,只需使用 IE浏览器登录录播系统导播平台,以 WEB 方式通过网络进行远程导播。导播平台可将多达 4 路高清视频和 2 路 VGA 的输入信号及输出画面集中在一个界面内展示出来。输入画面的内容采用人工导播的方式,通过点击输入信号画面中的目标位置、滚动鼠标滚轮等方式来直接对相应摄像头进行操控。管理者根据需要,在多路输入信号中,直观地挑选合适的画面,切换到直播主画面,并对其进行录制、直播。图像切换平滑,没有“跳动”现象,并能实现多种画中画功能。整个导播平台管理界面直观、简洁、明了。如上图所示,上方的图像为最终 10 输出内容;下面是输入的高清视频及 VGA 信号:VI
14、DEO14、VGA12。所有的操作只需通过鼠标即可完成,简单、灵活,无需太多专业技术知识。(导播的信号源只显示录播主机的输入源的数量)6.2.2、视频切换功能 直接使用鼠标点击相应的输入视频源窗口就能够把该路视频输出。输出图像流畅平滑,无抖动、花屏等现象,切换过程无缝,衔接自然,支持画中画特效。管理者在切换前,可以通过对输入画面的移动、推拉等操作,来直接控制相对应摄像头的拍摄画面。在调整完毕后,再选择画面切出去,以获得更加合适的拍摄画面。整个画面调整过程都在后台完成,不影响直播及录制的效果。6.2.3、云台控制功能 1)、鼠标点击跟踪:鼠标点击视频窗口中的目标位置,摄像头自动将点击目标位置置于
15、拍摄画面的正中。2)、云台控制(上下左右移动):移动平滑稳定、支持移动速度的定义;ZOOM IN/OUT:画面的推拉效果;预置场景快速按键(远景、中景、近景、全景),直接快速到达预置位置。11 3)、支持灵活的 ZOOM IN/OUT 操作:利用鼠标的滚轮来实现 ZOOM IN/OUT 的控制,滚轮向前滚,摄像头画面的向前推;滚轮向后滚,摄像头画面的向后拉。4)、自定义的 ZOOM 速度控制功能,能够调整 ZOOM 的运动速度,实现快速、缓慢的效果,增强视频的表现效果。6.2.4、实时直播 AVA 录播系统内置直播服务器功能,远程用户通过IE 方式登录录播系统主机,即可观看到直播节目。AVA
16、录播系统支持单播功能和组播功能:1)、单播功能,每一个用户直接与系统连接,适用于普通应用;2)、组播功能,可以把直播发给更多的用户。组播功能可以大大扩展直播的数量;组播只占用一路带宽,特别适用有大量收看端的场合。6.2.5、同步录制 AVA 录播系统能实现单流的录制和多流的录制,两种模式自由设置,满足不同用户的需求。1)、单流录制模式 单流录制模式指一个节目只显示一个现场画面,画面内容不但支持多路视频、VGA 信号的切换显示,而且支持视频叠加等各种显示模式,并可在各种显示模式间无缝切换。2)、多流录播模式 多流技术的使用主要表现在多路视频的独立处理,包括教师视频、学生视频和计算机视频。各路视频
17、之间没有画面覆盖的情况,能保留最完整的教学过程,12 可用于录制素材资料。每一路视频都是独立的,可通过编辑软件在后期单独的把其中任意一路视频导出。6.2.6、在线点播 AVA 录播系统内置点播服务器,可以将录制生成的文件通过手工或自动的方式上传到点播报务器,并在后台管理系统中生成点播列表。经过授权的终端用户通过 IE 浏览登录到系统平台,便可根据需要调出相应的视频片段。6.2.7、远程管理 后台管理系统是 PROPRE 录播设备的支撑运行平台,具有系统直播管理、点播管理、用户管理、资源分类、用户认证、权限设置等功能。6.2.8、后期编辑 后期编辑是 AVA 录播系统的后期处理工具,其主要完成对
18、 AVA 录播系统录制所生成的文件进行再压缩、剪切、拆分、合成和索引信息添加、修改等功能。后期编辑工具具有动态标识、精确定位功能,在剪切、拆分、合并等编辑过程中能够实时对文件进行多窗口同步完整回放。用户在使用过程中能够方便、直观的进行编辑操作。13 6.2.9、控制面板 配置 2.8 寸 TFT 液晶屏与控制按钮,实现开/关机、直播、录制的启动和停止、系统运行状态、系统配置、文件拷贝等功能。提供标准 USB 接口,可接入移动存储设备,通过控制面板操作复制存储在设备中的视频片段。6.2.10、播放软件 1)、使用通用播放器,如 Windows Media Player:单流方式 2)、使用 AV
19、A PLAYER 专用播放器 单流方式 使用 AVAPLAYER 播放器有两部分的优点:AVA PLAYER 播放器对播放文件的画质做了大量优化工作,使画面有很好的 14 还原。AVA PLAYER 在直播中的延时小于 1 秒,比 Microsoft MediaPlayer 缓冲时间大大缩短。6.3、图像识别跟踪系统 6.3.1 图像识别智能跟踪简介 AVA 图像识别跟踪系统能够智能识别活动中的人像,准确捕捉演讲者(教师、学生)的位置变化,智能驱动一体化云台摄像头对演讲者进行跟踪拍摄,通过不同的策略定义,实现多区域、多策略化自动跟踪的技术,根据具体的事件智能分析,并触发拍摄角度最佳的摄像头,对
20、场景、人物完成推拉、特写等拍摄动作,结合具体的拍摄场景能够实现多个活动过程的识别跟踪。这些活动过程可以是教师授课、学生发言、教师与学生交互、书写板书等场景。AVA 图像识别跟踪系统创造性的引入 模糊防抖技术,使得演讲者在可预见的范围内小幅移动时,自动跟踪系统仍能保持摄像头的稳定不动,尽可能在拍摄到演讲者画面的同时,减少摄像头的频繁转动,大大提升了拍摄效果的合理性、流畅性、稳定性。防抖动平滑跟踪场景 该系统以其性能稳定,简单易用的特性广泛应用于精品课程、多媒体教学等的视频录制等场合,非常适用于对教室内教师授课的动态行为进行智能化自 15 动跟踪的场合,跟踪效果可 以媲美专业摄像师手工操作摄像的效
21、果。新异概念图像识别智能跟踪摄像系统可自动追踪地探测、跟踪运动目标,实现对运动目标的自动跟踪,便于对教师教学活动进行实时转播、录像,彻底改变录像画面不连贯等问题。图像识别自动跟踪跟踪范围不仅仅局限于摄像机固有的视野范围内,而是在整个教师活动的范围内,无论教师在活动范围内做任何动作都能自动跟踪,并且始终保持教师在图像中的位置,不会出现半边身的情况。自动识别多个目标当系统探测到多个人活动时,跟踪效果不会因为其他活动目标的影响,系统自动会给予一个多人交互的全景画面,使录制下来的视频更加贴切实际的教学过程,重现教学实况。自动识别多目标全景跟踪 自动完成跟踪摄像工作可由系统全自动完成,而不需要操作人员的
22、帮助。由于任何一个操作人员在未知状态下,无法长时间注意画面。为此,该系统全面解除人工疲劳因素影响,保障系统可靠运行,实现自动跟踪录制。16 6.3.2 图像跟踪技术原理 上述已说明本系统是由教师智能跟踪摄像机、学生场景智能跟踪摄像机、板书摄像机以及后台进行图像处理智能跟踪的 AVA ITS-1000 图像智能跟踪设备共同构成该系统;经由 AVA ITS-1000 进行图像识别跟踪处理后智能跟踪摄像机把采集到的场景实况传送给 AVA PROPRE 录播系统进行实时采集编码发布等工作。见下图示:图像跟踪示意图 该技术具有防干扰性强,无频率干扰的优点,不受其他障碍物和亮光影响。老师和学生均无需佩戴任
23、何辅助设备(如无线咪和遥控器等),无需持话筒,也无需在座椅安装任何辅助设施(如按键合感应器等),更不需使用有要求的课座椅,实现完全常态化的教学和现有资源的高效利用,并能完美保持课室内部装修的美观。AVA 智能图像识别跟踪系统支持教师与学生活动区域灵活设置,与AVA PROPER 录播系统完美结合使用,系统根据图像识别处理后将驱动摄像头实现不 17 同场景的跟踪与切换,以确保课堂教学活动的录制和直播。同时,还能智能识别老师板书并进行特写跟踪拍摄,能清晰拍摄 5cmX5cm 的字体,字体像素点阵在 20X20 以上,教室的板书内容及板书的讲解过程均能实现完美的录制和直播。板书跟踪与教学电脑展示 6
24、.3.3 图像跟踪系统特点 图像识别系统经常采用的重要方法之一是利用图像匹配模型进行目标的定位、跟踪、识别。图像匹配模型的实现过程是把不同视频源或同一视频源在不同时间、不同成像条件下,对同一事物获取的两幅图像在空问上配准,或根据已知模式在另一幅图像中寻找相应的模式。AVA 公司图像识别跟踪就是基于模版匹配法基础上融入行为特征分析的高智能,高准确的新一代图像识别跟踪系统。系统采用:嵌入式管理系统,与跟踪主机紧密结合;基于 B/S 架构,通过 IE 等浏览器即可进行管理。采用图像识别技术跟踪,具有 3 个独立的跟踪模块;具有自动、准确的定位教师/学生/板书的位置,并能控制摄像机实时跟踪拍摄教师/学
25、生/板书;具有 2 机位/3 机位/4 机位拍摄方式。18 自动识别距离的远景自动调节摄像变焦功能始终保持教师/学生/板书的特写画面;特写画面的大小可以调节。具有多人员识别与拍摄策略;单人员是特写拍摄、多人员是全景拍摄。支持区域屏蔽功能,避免这个区域的人员干扰活动,提高系统识别效果。采用连续性识别与定位拍摄技术,实时跟拍每一个位置,保障拍摄的流畅与自然;也特别适合板书中公式等书写过程拍摄;支持移动速度的设置。具有“模糊防抖”功能,避免人员小幅度活动时引起的摄像机画面抖动现象。摄教师/学生/板书不需佩戴任何定位装置、或开关按钮等。抗干扰能力强大:不受光线、声音、电磁等等外在的环境影响。设计合理,
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