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好視通遠程互動課堂技術應用

來源:數字音視工程網        編輯:數字音視工程    2016-04-21 11:31:01     加入收藏

HST-R3互動錄播是一款集錄播、互動、導播功能于一體的精簡錄播系統,實現的老師、學生和講課PPT信號的全方位記錄;基于國際標準的H264視頻編碼和AAC音頻編碼技術,把音視頻信號記錄成標準的MP4文件

  1、市場背景

  1.1、發展狀況

  市場現狀:

  1. 市場需求大,競爭激烈。

  2. 沒有形成行業標準,產品五花八門,行業魚龍混雜。

  3. 價格昂貴,使用復雜,功能單一,不利于錄播產品的普及。

  4. 錄播產品針對學校和老師的需求較多,并未充分考慮學生和家長的需求。

  5. 大廠商市場占有率高,中慶、奧威亞、翰博爾、銳取等傳統錄播廠商占據絕大部分市場份額,其它小廠商僅占7%的市場份額,品牌影響力巨大。

  發展趨勢:

  1、 價格親民化,目前錄播產品造價過高的現狀將會被改變,價格的降低將導致中小錄播教室市場的爆發,進一步激活市場容量。

  2、 錄播產品將比拼攝像頭數量,進一步走向簡約化,注重簡單易用。

  3、 互動功能被重視,用戶不再關注精品錄播教室建設,注重簡約的互動錄播教室建設,真正時間教育資源公平化。

  4、 主體用戶不再是學校和老師,錄播應用更加適應學生和家長,回歸教育的本源,教育為學生服務。

  5、 互聯網化,教育資源不出校的狀況將改變,學生通過互聯網可以參與不同老師的課堂。

  1.1 、市場需求

  近十年來,隨著數字化教育的迅猛發展,學校、政府、企業都在大力推廣E-earning教育模式,隨著國外著名大學哈佛、麻省理工大學等高清視頻公開課在國內產生的巨大反響,眾多國內高校紛紛組織名師錄制高清視頻課程,為廣大學子提供免費的教育大餐,錄播系統因為能方便而快速的錄制課程,而成為學校信息化建設的重點。

  我國幅員遼闊,經濟發展不平衡,所以教育資源極為不平衡,尤其是優質教育資源短缺,甚至導致了學區房的出現。因此,最大限度的實現教育資源的共享已成為現在教育改革的重中之重。這在很大程度上刺激了在線教育的發展,從而為錄播系統提供了廣闊的市場空間。

  隨著教育部把“以視頻公開課為突破口,探索教育資源建設和共享新模式和新機制”列入工作重點,錄播系統在教育領域如何更好的滿足客戶需求,成為新的市場突破點。

  根據某調研機構的數據,2014年,錄播在教育領域的滲透率僅為5.5%,而據統計,國內共有各類教室332萬余間并未安裝錄播系統,由此可見,教育領域潛在市場龐大。

  1 、解決方案

  1.1 、方案概述

  HST-R3互動錄播是一款集錄播、互動、導播功能于一體的精簡錄播系統,實現的老師、學生和講課PPT信號的全方位記錄;基于國際標準的H264視頻編碼和AAC音頻編碼技術,把音視頻信號記錄成標準的MP4文件,應用先進的圖像分析算法,實現自動導播功能,從而實現電影模式的錄制,即HST-R3互動錄播支持電影模式和資源模式同時錄制;HST-R3互動錄播自帶直播點播功能,采用標準的RTMP流媒體協議,實現無插件播放,用戶可以通過IE、火狐、谷歌、safari瀏覽器觀看直播、點播課件;直播延時小于1秒;同時,支持對外推送標準RTMP流,實現錄播數據接入第三方流媒體平臺;基于好視通視頻會議技術,HST-R3互動錄播集成了視頻會議功能,實現教室與教室音視頻互動,PC、移動終端等設備與錄播教室的遠程音視頻互動,真正實現遠程教學。

  HST-R3互動錄播支持2路視頻和1路VGA輸入,HDMI、DVI、VGA視頻輸出;支持1路3.5mm Micin音頻輸入,1路3.5mm 線性輸出(ineout)音頻輸出;內置2T機械硬盤,滿足常態化錄課需求。

  HST-R3互動錄播采用inux嵌入式操作系統,更加安全可靠,免于病毒侵害;系統基于B/S架構構建,可以通過瀏覽器對系統進行遠程管理、接收直播點播、下載課件;同時系統也支持通過客戶端軟件遠程控制導播和互動,遠程控制攝像頭;除了軟件管理手段,我們還支持導播鍵盤接入錄播設備,通過鍵盤管理和控制錄播。

  1.2 、系統功能

  1.2.1  視頻采集

  HST-R3互動錄播具備最大3路高清視頻采集能力,包括2路SDI高清信號:老師全景和學生全景,1路DVI高清信號:教師講課PPT信號;支持的分辨率:1080i/60fps 1080i/50fps 1080P/30fps、720P/60fps(50fps、30fps)、720×576/25fps

  1.2.2  音頻采集

  HST-R3互動錄播支持1路3.5mm線性輸入,通過超心型指向吊麥、智能混音器,全方位采集教師、學生、媒體播放或課件聲音。具有自動降噪、自動增益功能。

  1.2.3  音視頻錄制

  視頻編碼:標準H.264

  音頻編碼:AAC

  錄像格式:MP4

  錄像質量:支持1080P、720P、704x576可選,幀率30fps,25fps可選。錄像碼流可設置。

  支持最高三路資源和一路導播同時錄像。

  錄像控制:支持一鍵啟動、停止課堂錄制。

  支持遠端互動信號錄制。

  1.2.4  互動授課

  在上課的過程中,支持同時與遠程教室互動,進行音視頻互動授課,包含加入互動課堂、請求發言、指定發言、拒絕發言;互動過程中參與互動課堂的各方可分為主講教室和聽講教室兩種角色,聽講教室錄播設備接收主講教室的導播視頻,并解碼輸出到大屏幕,供本教室學生觀看;聽講教室的學生可以舉手向主講教室提問,當主講教室接受提問請求時,聽講教室則可以在互動課堂中發言;同時,可以廣播聽講教室學生畫面,這樣每個教室都可以看到,發言方與主講教室的互動過程。互動錄播設備還將記錄整個互動過程,并且把發言方學生信號合成到直播流,這樣,不但課后可以重現互動場景,更可以讓所有觀看直播的用戶看到整個互動過程,加強課堂的感染力。

  1. 支持同時與多個遠程聽課教室音視頻互動。

  2. 支持同時與多個遠程錄播教室互動。

  3. 支持IOS、Android手機端參與互動,支持平板電腦參與互動。

  4. 支持丟包恢復機制、根據網絡帶寬自動調節視頻碼流、幀數率,具備斷線自動重連功能。

  5. 互動授課畫面直接通過錄播輸出到顯示設備。

  1.2.5  導播

  1、 導播模式:手動/自動模式。

  2、 支持網絡中控導播:教師通過互動錄播控制臺軟件遠程控制錄播系統,進行導播模式切換、手動導播控制和互動過程控制。

  3、 專用導播鍵盤:支持外接專用導播鍵盤,通過導播鍵盤可以控制錄制、直播、手動導播、攝像頭云臺控制、互動過程控制。

  4、 自動導播:采用自研圖像分析算法,實時分析老師畫面、學生畫面和VGA畫面,實現如下導播策略:當學生起立回答問題時,從老師畫面切換到學生畫面,當學生回答完畢坐下后,切換會老師畫面;當VGA畫面有翻頁動作是,切換到VGA畫面,當VGA畫面靜止時間超過5秒后,切換會老師畫面。

  1.2.6  直播 點播

  HST-R3互動錄播內建RTMP流媒體服務器,支持小并發直播點播,最大支持50點同時直播點播;采用通用的Fash技術實現web播放,可兼容IE、火狐、谷歌、safari等主流瀏覽器,并且客戶端無需安裝任何插件就可以觀看直播點播。

  直播分發:HST-R3互動錄播還支持RTMP流分發,可對第三方流媒體服務器如FMS、Nginx、red5推動RTMP媒體流,從而實現直播分發功能。

  1.2.7  web管理

  HST-R3互動錄播內建web服務器,可以通過瀏覽器遠程管理錄播設備。

  1. 后臺管理系統:網絡配置、錄播配置、升級、日志管理、視頻參數配置、互動配置、文件上傳配置、時間同步。

  2. 課件管理:支持課件的修改、點播、下載、刪除操作。

  1.2.8  導播鍵盤管理

  HST-R3互動錄播配備導播鍵盤,導播鍵盤通過串口與錄播設備通信,通過導播鍵盤可以一鍵啟停錄制/直播、手動導播、云臺控制、互動過程控制。

  1.2.9  錄播控制臺遠程管理

  HST-R3互動錄播自帶互動錄播控制臺軟件,可在web首頁下載安裝,互動錄播控制臺軟件可以通過網絡遠程控制錄播設備,包括導播控制、攝像頭云臺控制、互動過程控制、設置臺標/字幕,更能實時查看互動錄播的各路視頻以及參與互動的遠程各方視頻。

  1.2.10 、錄制課件上傳備份

  HST-R3互動錄播支持課件上傳功能,可以通過FTP方式把文件上傳到第三方FTP服務器備份,同時可以把課件上傳到資源平臺或者第三方流媒體服務器,從而實現課件的分享能力提升,對外提供更好規模的點播服務。

  HST-R3互動錄播支持自動上傳和手動上傳兩種上傳方式,自動上傳是指錄制完成后,系統把錄制的課件上傳到用戶配置的FTP服務器。

  1.2.11 、遠程管理API

  HST-R3互動錄播提供基于HTTP標準的遠程管理API接口,方便資源平臺對錄播設備的管理,以及第三方平臺集成互動錄播功能。具體可以提供錄播設備系統信息、獲取錄播狀態、直播控制、錄制控制、導播控制、重啟、上傳參數設置、資源模式參數、攝像頭控制、請求巡課、互動控制、上傳控制接口。

  2 、典型業務應用

  2.1 、課堂記錄

  互動錄播可實現對課堂的全方位記錄,同步記錄老師信號、學生信號和老師授課PPT,形成電影模式和資源模式錄制文件,采用同步播放技術,重現課堂授課場景

  2.2  遠程互動課堂

  互動錄播通過在線直播技術,實現學生遠程參與課堂,即使學生因為特殊情況不能到教室上課,也可以通過平板、手機、電腦遠程聽課。更進一步,學生可以選擇其喜歡的老師的課程,遠程學習。

  2.3  教學評估

  在沒采用錄播技術前,學校的教學評估工作是評課老師到受評老師授課現場聽課,根據授課情況給予評價;而采用錄播技術后,評課老師無需到授課現場,只需觀看課堂錄像就可以對受評老師給予評價。

  3 、系統架構

  互動錄播采集數據后對各路音視頻進行單獨編碼處理,視頻采用H264編碼,音頻采用AAC編碼,然后記錄成MP4文件;錄制成資源模式文件。

  對多路視頻作導播處理,形成單路導播流,然后編碼,跟編碼后的音頻數據一起,進行錄制處理,錄制成電影模式文件;同時把導播流數據推動到本地流媒體服務器,對外提供直播服務,更進一步,如果對接了資源平臺服務器,則把導播流推送到資源平臺服務器,讓資源平臺服務器對外提供導播流直播服務。

  在互動錄播設備以主講身份加入互動課堂的情況下,互動錄播設備還要把導播流和音頻流發送給互動服務器,互動服務器再把數據分發到聽講教室錄播設備或者其它聽課終端;如果此時存在廣播聽講視頻,互動錄播設備則把廣播聽講視頻與本地導播視頻合成成一路互動導播視頻,這樣,觀看直播的用戶就能觀看到教學互動過程;此時,錄制的電影模式文件記錄的也是互動導播視頻,這樣,課后就能重現互動授課過程。

  如果互動錄播設備以聽講身份加入互動課堂,互動服務器在特定的情況下,會向互動錄播設備請求學生數據,這時,互動錄播設備需要把本地學生全景數據發送到互動服務器,互動,互動服務器再把數據分發到其它聽講教室錄播設備或者其它聽課終端和主講教室。即聽講教室視頻廣播,參與互動的錄播設備把導播流視頻和聽講教室廣播視頻同時輸出到本地視頻顯示設備,如投影機、電視機、顯示器。把互動課堂中的音頻數據解碼輸出到調用臺,音頻數據經調音臺處理后,輸出到功放進行播放。

  互動錄播服務器把錄制好的視頻文件上傳到資源平臺服務器,資源平臺服務器對外提供課件點播服務。

  3.1 、HST-R3互動錄播邏輯結構

  HST-R3互動錄播設備采集老師全景、學生全景和老師授課PPT三路視頻信號,同時,教室內的吊麥拾音后輸入混音器,經過混音器的混音處理后,形成一路音頻數據,然后輸入調音臺處理,調音臺對音頻做消回音、降噪、增益等處理后輸入互動錄播設備,這樣錄播設備就完成了對教室內音視頻數據的全方位采集;采集數據后進行錄制和直播處理,參與互動課堂后,錄播設備會把互動課堂中的主講視頻和廣播聽講視頻同時輸出到投影機、電視機等圖像顯示設備,同時把互動課堂中的音頻數據解碼輸出到調用臺,音頻數據經調音臺處理后,輸出到功放進行播放。

  4 、關鍵技術

  4.1 、基于圖像分析的自動導播技術

  HST-R3互動錄播采用基于圖像分析技術實現自動導播,不需要額外的導播臺硬件,降低系統成本;此技術包含老師運動檢測算法、學生運動檢測算法和PPT翻頁檢測算法;老師運動檢測算法檢測老師在講臺區域的橫向運動;學生運動檢測算法首先需要通過人臉識別技術識別學生,然后采用運動檢測技術檢測學生的起立坐下動作;PPT翻頁檢測算法通過運動檢測技術來識別PPT課件是否翻頁。根據上述圖像分析算法,實現如下導播策略,默認狀態下保持在老師畫面,在檢測到學生起立動作時,切換到學生畫面,在檢測到學生坐下動作時切換到老師畫面,在檢測到PPT翻頁時切換到PPT畫面,如果PPT在5秒內無動作,則切換回老師畫面。

  4.2 、H264編碼技術

  HST-R3互動錄播采用國際標準編碼算法H.264來對視頻編碼,此算法有壓縮率高、圖像質量好、通用性強等特點。在同等圖像質量下,相比其它編碼算法只需要更少的帶寬支持,這使得視頻更加適應于網絡傳播;H.264編碼算法被多個平臺所支持,故H.264編碼的視頻能夠很好的適應跨平臺播放的需求。

  4.3 、RTMP流媒體直播點播技術

  HST-R3互動錄播采用流行的RTMP流媒體技術實現直播點播功能,此技術為Adobe公司實現,是現行行業標準,相比其它流媒體技術擁有延長小的特點。客戶端采用Fash播放技術,而Fash插件被眾多瀏覽器廣泛支持,故,采用RTMP流媒體技術,能得到更多瀏覽器的兼容,包括IE、火狐、谷歌等流行瀏覽器。

  5 、系統特征及優勢

  5.1 、設計特點

  易用性

  易施工,在客戶現場,只要安裝施工說明書把3路視頻接到對應接口,把攝像頭控制線接入對應接口,連接好視頻顯示設備和音頻輸入輸出設備,啟動互動錄播,通過web訪問錄播設備默認地址,修改成用戶指定的IP地址后,就可以開始錄課,而不需要復雜的配置。

  易管理,采用web遠程管理方式,隨時隨地,只要與錄播設備的網絡通信暢通,就可以對其進行管理。

  易使用,提供導播鍵盤控制,實現一鍵上課、一鍵下課,極大的方便老師操作;同時提供遠程控制客戶端,操作員可以通過網絡遠程控制錄播設備,從而實現對課堂的面干擾。

  穩定性

  采用嵌入式inux操作系統,更加安全可靠,無病毒侵害之憂;

  采用工業級硬件設備,能夠7*24小時穩定運行;

  完善的測試過程管理,保證軟件穩定性,實現7*24小時不宕機。

  高性能

  HST-R3互動錄播采用先進的軟件技術,實現傳統錄播廠商需要三臺設備完成的工作,集錄播主機、導播臺、互動終端三臺設備于一體,一方面提高了硬件利用率,另一方面大幅降低了成本。

  標準支持

  支持RTMP流媒體直播點播協議

  支持H264視頻編碼標準

  支持AAC音頻編碼標準

  支持MP4視頻標準格式

  支持標準http協議

  支持Scorm1.2課件標準

  可擴展性

  對外提供標準http接口,可供二次開發,與第三方平臺集成。

  5.2 、系統優勢

  多功能一體化

  HST-R3互動錄播集錄播、導播、互動三功能于一體,大幅降低了硬件成本,降低了系統復雜度,無論在施工過程,還是在用戶日常使用和維護過程,都大幅簡化的工作,節省了時間成本。

  多樣化管理接口

  HST-R3互動錄播提供基于web的遠程管理、基于客戶端的遠程管理、基于導播鍵盤的本地管理三種管理方式,為錄播管理提供了靈活性,進而提高錄播設備在不同場景下的可用性。

  標準化

  HST-R3互動錄播無論視頻編解碼、流媒體、課件、管理接口都采用最流行的國際標準,大幅增加HST-R3互動錄播的兼容性,提高可用性,更適應與其它第三方平臺對接。

  高穩定性

  采用嵌入式inux操作系統和工業化硬件平臺,大幅提高系統的穩定性,MPBF>5000小時

產品名稱 型號 品牌 單位 數量
互動錄播一體機 HST-TJ2 好視通 1
資源管理平臺(含軟件) HST-QH100 好視通 1
視頻設備
高清攝像機 HST-HD630V 好視通 2
65寸電視機 C65E seewo希沃 1
音頻設備
全向麥克風 HST-M320 好視通 1
合并式功放 K-1800 K&G 1
音箱 K-623 K&G 1
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