好視通遠(yuǎn)程互動課堂技術(shù)應(yīng)用

　　1、市場背景

　　1.1、發(fā)展?fàn)顩r

　　市場現(xiàn)狀：

　　1. 市場需求大，競爭激烈。

　　2. 沒有形成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品五花八門，行業(yè)魚龍混雜。

　　3. 價(jià)格昂貴，使用復(fù)雜，功能單一，不利于錄播產(chǎn)品的普及。

　　4. 錄播產(chǎn)品針對學(xué)校和老師的需求較多，并未充分考慮學(xué)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(tǒng)錄播廠商占據(jù)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(fā)展趨勢：

　　1、 價(jià)格親民化，目前錄播產(chǎn)品造價(jià)過高的現(xiàn)狀將會被改變，價(jià)格的降低將導(dǎo)致中小錄播教室市場的爆發(fā)，進(jìn)一步激活市場容量。

　　2、 錄播產(chǎn)品將比拼攝像頭數(shù)量，進(jìn)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(guān)注精品錄播教室建設(shè)，注重簡約的互動錄播教室建設(shè)，真正時(shí)間教育資源公平化。

　　4、 主體用戶不再是學(xué)校和老師，錄播應(yīng)用更加適應(yīng)學(xué)生和家長，回歸教育的本源，教育為學(xué)生服務(wù)。

　　5、 互聯(lián)網(wǎng)化，教育資源不出校的狀況將改變，學(xué)生通過互聯(lián)網(wǎng)可以參與不同老師的課堂。

　　1.1 、市場需求

　　近十年來，隨著數(shù)字化教育的迅猛發(fā)展，學(xué)校、政府、企業(yè)都在大力推廣E-earning教育模式，隨著國外著名大學(xué)哈佛、麻省理工大學(xué)等高清視頻公開課在國內(nèi)產(chǎn)生的巨大反響，眾多國內(nèi)高校紛紛組織名師錄制高清視頻課程，為廣大學(xué)子提供免費(fèi)的教育大餐，錄播系統(tǒng)因?yàn)槟芊奖愣焖俚匿浿普n程，而成為學(xué)校信息化建設(shè)的重點(diǎn)。

　　我國幅員遼闊，經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡，所以教育資源極為不平衡，尤其是優(yōu)質(zhì)教育資源短缺，甚至導(dǎo)致了學(xué)區(qū)房的出現(xiàn)。因此，最大限度的實(shí)現(xiàn)教育資源的共享已成為現(xiàn)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(fā)展，從而為錄播系統(tǒng)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(shè)和共享新模式和新機(jī)制”列入工作重點(diǎn)，錄播系統(tǒng)在教育領(lǐng)域如何更好的滿足客戶需求，成為新的市場突破點(diǎn)。

　　根據(jù)某調(diào)研機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)，2014年，錄播在教育領(lǐng)域的滲透率僅為5.5%，而據(jù)統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)共有各類教室332萬余間并未安裝錄播系統(tǒng)，由此可見，教育領(lǐng)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(dǎo)播功能于一體的精簡錄播系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)的老師、學(xué)生和講課PPT信號的全方位記錄;基于國際標(biāo)準(zhǔn)的H264視頻編碼和AAC音頻編碼技術(shù)，把音視頻信號記錄成標(biāo)準(zhǔn)的MP4文件，應(yīng)用先進(jìn)的圖像分析算法，實(shí)現(xiàn)自動導(dǎo)播功能，從而實(shí)現(xiàn)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(shí)錄制;HST-R3互動錄播自帶直播點(diǎn)播功能，采用標(biāo)準(zhǔn)的RTMP流媒體協(xié)議，實(shí)現(xiàn)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(diǎn)播課件;直播延時(shí)小于1秒;同時(shí)，支持對外推送標(biāo)準(zhǔn)RTMP流，實(shí)現(xiàn)錄播數(shù)據(jù)接入第三方流媒體平臺;基于好視通視頻會議技術(shù)，HST-R3互動錄播集成了視頻會議功能，實(shí)現(xiàn)教室與教室音視頻互動，PC、移動終端等設(shè)備與錄播教室的遠(yuǎn)程音視頻互動，真正實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程教學(xué)。

　　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(nèi)置2T機(jī)械硬盤，滿足常態(tài)化錄課需求。

　　HST-R3互動錄播采用inux嵌入式操作系統(tǒng)，更加安全可靠，免于病毒侵害;系統(tǒng)基于B/S架構(gòu)構(gòu)建，可以通過瀏覽器對系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程管理、接收直播點(diǎn)播、下載課件;同時(shí)系統(tǒng)也支持通過客戶端軟件遠(yuǎn)程控制導(dǎo)播和互動，遠(yuǎn)程控制攝像頭;除了軟件管理手段，我們還支持導(dǎo)播鍵盤接入錄播設(shè)備，通過鍵盤管理和控制錄播。

　　1.2 、系統(tǒng)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(xué)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(xué)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(biāo)準(zhǔn)H.264

　　音頻編碼：AAC

　　錄像格式：MP4

　　錄像質(zhì)量：支持1080P、720P、704x576可選，幀率30fps，25fps可選。錄像碼流可設(shè)置。

　　支持最高三路資源和一路導(dǎo)播同時(shí)錄像。

　　錄像控制：支持一鍵啟動、停止課堂錄制。

　　支持遠(yuǎn)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(shí)與遠(yuǎn)程教室互動，進(jìn)行音視頻互動授課，包含加入互動課堂、請求發(fā)言、指定發(fā)言、拒絕發(fā)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(shè)備接收主講教室的導(dǎo)播視頻，并解碼輸出到大屏幕，供本教室學(xué)生觀看;聽講教室的學(xué)生可以舉手向主講教室提問，當(dāng)主講教室接受提問請求時(shí)，聽講教室則可以在互動課堂中發(fā)言;同時(shí)，可以廣播聽講教室學(xué)生畫面，這樣每個(gè)教室都可以看到，發(fā)言方與主講教室的互動過程。互動錄播設(shè)備還將記錄整個(gè)互動過程，并且把發(fā)言方學(xué)生信號合成到直播流，這樣，不但課后可以重現(xiàn)互動場景，更可以讓所有觀看直播的用戶看到整個(gè)互動過程，加強(qiáng)課堂的感染力。

　　1. 支持同時(shí)與多個(gè)遠(yuǎn)程聽課教室音視頻互動。

　　2. 支持同時(shí)與多個(gè)遠(yuǎn)程錄播教室互動。

　　3. 支持IOS、Android手機(jī)端參與互動，支持平板電腦參與互動。

　　4. 支持丟包恢復(fù)機(jī)制、根據(jù)網(wǎng)絡(luò)帶寬自動調(diào)節(jié)視頻碼流、幀數(shù)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(shè)備。

　　1.2.5 、 導(dǎo)播

　　1、 導(dǎo)播模式：手動/自動模式。

　　2、 支持網(wǎng)絡(luò)中控導(dǎo)播：教師通過互動錄播控制臺軟件遠(yuǎn)程控制錄播系統(tǒng)，進(jìn)行導(dǎo)播模式切換、手動導(dǎo)播控制和互動過程控制。

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

　　4、 自動導(dǎo)播：采用自研圖像分析算法，實(shí)時(shí)分析老師畫面、學(xué)生畫面和VGA畫面，實(shí)現(xiàn)如下導(dǎo)播策略：當(dāng)學(xué)生起立回答問題時(shí)，從老師畫面切換到學(xué)生畫面，當(dāng)學(xué)生回答完畢坐下后，切換會老師畫面;當(dāng)VGA畫面有翻頁動作是，切換到VGA畫面，當(dāng)VGA畫面靜止時(shí)間超過5秒后，切換會老師畫面。

　　1.2.6 、 直播 點(diǎn)播

　　HST-R3互動錄播內(nèi)建RTMP流媒體服務(wù)器，支持小并發(fā)直播點(diǎn)播，最大支持50點(diǎn)同時(shí)直播點(diǎn)播;采用通用的Fash技術(shù)實(shí)現(xiàn)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(diǎn)播。

　　直播分發(fā)：HST-R3互動錄播還支持RTMP流分發(fā)，可對第三方流媒體服務(wù)器如FMS、Nginx、red5推動RTMP媒體流，從而實(shí)現(xiàn)直播分發(fā)功能。

　　1.2.7 、 web管理

　　HST-R3互動錄播內(nèi)建web服務(wù)器，可以通過瀏覽器遠(yuǎn)程管理錄播設(shè)備。

　　1. 后臺管理系統(tǒng)：網(wǎng)絡(luò)配置、錄播配置、升級、日志管理、視頻參數(shù)配置、互動配置、文件上傳配置、時(shí)間同步。

　　2. 課件管理：支持課件的修改、點(diǎn)播、下載、刪除操作。

　　1.2.8 、 導(dǎo)播鍵盤管理

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

　　1.2.9 、 錄播控制臺遠(yuǎn)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(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制錄播設(shè)備，包括導(dǎo)播控制、攝像頭云臺控制、互動過程控制、設(shè)置臺標(biāo)/字幕，更能實(shí)時(shí)查看互動錄播的各路視頻以及參與互動的遠(yuǎn)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(wù)器備份，同時(shí)可以把課件上傳到資源平臺或者第三方流媒體服務(wù)器，從而實(shí)現(xiàn)課件的分享能力提升，對外提供更好規(guī)模的點(diǎn)播服務(wù)。

　　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(tǒng)把錄制的課件上傳到用戶配置的FTP服務(wù)器。

　　1.2.11 、遠(yuǎn)程管理API

　　HST-R3互動錄播提供基于HTTP標(biāo)準(zhǔn)的遠(yuǎn)程管理API接口，方便資源平臺對錄播設(shè)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(shè)備系統(tǒng)信息、獲取錄播狀態(tài)、直播控制、錄制控制、導(dǎo)播控制、重啟、上傳參數(shù)設(shè)置、資源模式參數(shù)、攝像頭控制、請求巡課、互動控制、上傳控制接口。

　　2 、典型業(yè)務(wù)應(yīng)用

　　2.1 、課堂記錄

　　互動錄播可實(shí)現(xiàn)對課堂的全方位記錄，同步記錄老師信號、學(xué)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(shù)，重現(xiàn)課堂授課場景

　　2.2 、 遠(yuǎn)程互動課堂

　　互動錄播通過在線直播技術(shù)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生遠(yuǎn)程參與課堂，即使學(xué)生因?yàn)樘厥馇闆r不能到教室上課，也可以通過平板、手機(jī)、電腦遠(yuǎn)程聽課。更進(jìn)一步，學(xué)生可以選擇其喜歡的老師的課程，遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)。

　　2.3 、 教學(xué)評估

　　在沒采用錄播技術(shù)前，學(xué)校的教學(xué)評估工作是評課老師到受評老師授課現(xiàn)場聽課，根據(jù)授課情況給予評價(jià);而采用錄播技術(shù)后，評課老師無需到授課現(xiàn)場，只需觀看課堂錄像就可以對受評老師給予評價(jià)。

　　3 、系統(tǒng)架構(gòu)

　　互動錄播采集數(shù)據(jù)后對各路音視頻進(jìn)行單獨(dú)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(dǎo)播處理，形成單路導(dǎo)播流，然后編碼，跟編碼后的音頻數(shù)據(jù)一起，進(jìn)行錄制處理，錄制成電影模式文件;同時(shí)把導(dǎo)播流數(shù)據(jù)推動到本地流媒體服務(wù)器，對外提供直播服務(wù)，更進(jìn)一步，如果對接了資源平臺服務(wù)器，則把導(dǎo)播流推送到資源平臺服務(wù)器，讓資源平臺服務(wù)器對外提供導(dǎo)播流直播服務(wù)。

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

　　如果互動錄播設(shè)備以聽講身份加入互動課堂，互動服務(wù)器在特定的情況下，會向互動錄播設(shè)備請求學(xué)生數(shù)據(jù)，這時(shí)，互動錄播設(shè)備需要把本地學(xué)生全景數(shù)據(jù)發(fā)送到互動服務(wù)器，互動，互動服務(wù)器再把數(shù)據(jù)分發(fā)到其它聽講教室錄播設(shè)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(shè)備把導(dǎo)播流視頻和聽講教室廣播視頻同時(shí)輸出到本地視頻顯示設(shè)備，如投影機(jī)、電視機(jī)、顯示器。把互動課堂中的音頻數(shù)據(jù)解碼輸出到調(diào)用臺，音頻數(shù)據(jù)經(jīng)調(diào)音臺處理后，輸出到功放進(jìn)行播放。

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

　　3.1 、HST-R3互動錄播邏輯結(jié)構(gòu)

　　HST-R3互動錄播設(shè)備采集老師全景、學(xué)生全景和老師授課PPT三路視頻信號，同時(shí)，教室內(nèi)的吊麥?zhǔn)耙艉筝斎牖煲羝?，?jīng)過混音器的混音處理后，形成一路音頻數(shù)據(jù)，然后輸入調(diào)音臺處理，調(diào)音臺對音頻做消回音、降噪、增益等處理后輸入互動錄播設(shè)備，這樣錄播設(shè)備就完成了對教室內(nèi)音視頻數(shù)據(jù)的全方位采集;采集數(shù)據(jù)后進(jìn)行錄制和直播處理，參與互動課堂后，錄播設(shè)備會把互動課堂中的主講視頻和廣播聽講視頻同時(shí)輸出到投影機(jī)、電視機(jī)等圖像顯示設(shè)備，同時(shí)把互動課堂中的音頻數(shù)據(jù)解碼輸出到調(diào)用臺，音頻數(shù)據(jù)經(jīng)調(diào)音臺處理后，輸出到功放進(jìn)行播放。

　　4 、關(guān)鍵技術(shù)

　　4.1 、基于圖像分析的自動導(dǎo)播技術(shù)

　　HST-R3互動錄播采用基于圖像分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動導(dǎo)播，不需要額外的導(dǎo)播臺硬件，降低系統(tǒng)成本;此技術(shù)包含老師運(yùn)動檢測算法、學(xué)生運(yùn)動檢測算法和PPT翻頁檢測算法;老師運(yùn)動檢測算法檢測老師在講臺區(qū)域的橫向運(yùn)動;學(xué)生運(yùn)動檢測算法首先需要通過人臉識別技術(shù)識別學(xué)生，然后采用運(yùn)動檢測技術(shù)檢測學(xué)生的起立坐下動作;PPT翻頁檢測算法通過運(yùn)動檢測技術(shù)來識別PPT課件是否翻頁。根據(jù)上述圖像分析算法，實(shí)現(xiàn)如下導(dǎo)播策略，默認(rèn)狀態(tài)下保持在老師畫面，在檢測到學(xué)生起立動作時(shí)，切換到學(xué)生畫面，在檢測到學(xué)生坐下動作時(shí)切換到老師畫面，在檢測到PPT翻頁時(shí)切換到PPT畫面，如果PPT在5秒內(nèi)無動作，則切換回老師畫面。

　　4.2 、H264編碼技術(shù)

　　HST-R3互動錄播采用國際標(biāo)準(zhǔn)編碼算法H.264來對視頻編碼，此算法有壓縮率高、圖像質(zhì)量好、通用性強(qiáng)等特點(diǎn)。在同等圖像質(zhì)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(yīng)于網(wǎng)絡(luò)傳播;H.264編碼算法被多個(gè)平臺所支持，故H.264編碼的視頻能夠很好的適應(yīng)跨平臺播放的需求。

　　4.3 、RTMP流媒體直播點(diǎn)播技術(shù)

　　HST-R3互動錄播采用流行的RTMP流媒體技術(shù)實(shí)現(xiàn)直播點(diǎn)播功能，此技術(shù)為Adobe公司實(shí)現(xiàn)，是現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，相比其它流媒體技術(shù)擁有延長小的特點(diǎn)?？蛻舳瞬捎肍ash播放技術(shù)，而Fash插件被眾多瀏覽器廣泛支持，故，采用RTMP流媒體技術(shù)，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(tǒng)特征及優(yōu)勢

　　5.1 、設(shè)計(jì)特點(diǎn)

　　易用性

　　易施工，在客戶現(xiàn)場，只要安裝施工說明書把3路視頻接到對應(yīng)接口，把攝像頭控制線接入對應(yīng)接口，連接好視頻顯示設(shè)備和音頻輸入輸出設(shè)備，啟動互動錄播，通過web訪問錄播設(shè)備默認(rèn)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(fù)雜的配置。

　　易管理，采用web遠(yuǎn)程管理方式，隨時(shí)隨地，只要與錄播設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)通信暢通，就可以對其進(jìn)行管理。

　　易使用，提供導(dǎo)播鍵盤控制，實(shí)現(xiàn)一鍵上課、一鍵下課，極大的方便老師操作;同時(shí)提供遠(yuǎn)程控制客戶端，操作員可以通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制錄播設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)對課堂的面干擾。

　　穩(wěn)定性

　　采用嵌入式inux操作系統(tǒng)，更加安全可靠，無病毒侵害之憂;

　　采用工業(yè)級硬件設(shè)備，能夠7*24小時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行;

　　完善的測試過程管理，保證軟件穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)7*24小時(shí)不宕機(jī)。

　　高性能

　　HST-R3互動錄播采用先進(jìn)的軟件技術(shù)，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)錄播廠商需要三臺設(shè)備完成的工作，集錄播主機(jī)、導(dǎo)播臺、互動終端三臺設(shè)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(biāo)準(zhǔn)支持

　　支持RTMP流媒體直播點(diǎn)播協(xié)議

　　支持H264視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)

　　支持AAC音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)

　　支持MP4視頻標(biāo)準(zhǔn)格式

　　支持標(biāo)準(zhǔn)http協(xié)議

　　支持Scorm1.2課件標(biāo)準(zhǔn)

　　可擴(kuò)展性

　　對外提供標(biāo)準(zhǔn)http接口，可供二次開發(fā)，與第三方平臺集成。

　　5.2 、系統(tǒng)優(yōu)勢

　　多功能一體化

　　HST-R3互動錄播集錄播、導(dǎo)播、互動三功能于一體，大幅降低了硬件成本，降低了系統(tǒng)復(fù)雜度，無論在施工過程，還是在用戶日常使用和維護(hù)過程，都大幅簡化的工作，節(jié)省了時(shí)間成本。

　　多樣化管理接口

　　HST-R3互動錄播提供基于web的遠(yuǎn)程管理、基于客戶端的遠(yuǎn)程管理、基于導(dǎo)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(jìn)而提高錄播設(shè)備在不同場景下的可用性。

　　標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)，大幅增加HST-R3互動錄播的兼容性，提高可用性，更適應(yīng)與其它第三方平臺對接。

　　高穩(wěn)定性

　　采用嵌入式inux操作系統(tǒng)和工業(yè)化硬件平臺，大幅提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，MPBF>5000小時(shí)