好视通远程互动课堂技术应用

　　1、市场背景

　　1.1、发展状况

　　市场现状：

　　1. 市场需求大，竞争激烈。

　　2. 没有形成行业标准，产品五花八门，行业鱼龙混杂。

　　3. 价格昂贵，使用复杂，功能单一，不利于录播产品的普及。

　　4. 录播产品针对学校和老师的需求较多，并未充分考虑学生和家长的需求。

　　5. 大厂商市场占有率高，中庆、奥威亚、翰博尔、锐取等传统录播厂商占据绝大部分市场份额，其它小厂商仅占7%的市场份额，品牌影响力巨大。

　　发展趋势：

　　1、 价格亲民化，目前录播产品造价过高的现状将会被改变，价格的降低将导致中小录播教室市场的爆发，进一步激活市场容量。

　　2、 录播产品将比拼摄像头数量，进一步走向简约化，注重简单易用。

　　3、 互动功能被重视，用户不再关注精品录播教室建设，注重简约的互动录播教室建设，真正时间教育资源公平化。

　　4、 主体用户不再是学校和老师，录播应用更加适应学生和家长，回归教育的本源，教育为学生服务。

　　5、 互联网化，教育资源不出校的状况将改变，学生通过互联网可以参与不同老师的课堂。

　　1.1 、市场需求

　　近十年来，随着数字化教育的迅猛发展，学校、政府、企业都在大力推广E-earning教育模式，随着国外著名大学哈佛、麻省理工大学等高清视频公开课在国内产生的巨大反响，众多国内高校纷纷组织名师录制高清视频课程，为广大学子提供免费的教育大餐，录播系统因为能方便而快速的录制课程，而成为学校信息化建设的重点。

　　我国幅员辽阔，经济发展不平衡，所以教育资源极为不平衡，尤其是优质教育资源短缺，甚至导致了学区房的出现。因此，最大限度的实现教育资源的共享已成为现在教育改革的重中之重。这在很大程度上刺激了在线教育的发展，从而为录播系统提供了广阔的市场空间。

　　随着教育部把“以视频公开课为突破口，探索教育资源建设和共享新模式和新机制”列入工作重点，录播系统在教育领域如何更好的满足客户需求，成为新的市场突破点。

　　根据某调研机构的数据，2014年，录播在教育领域的渗透率仅为5.5%，而据统计，国内共有各类教室332万余间并未安装录播系统，由此可见，教育领域潜在市场庞大。

　　1 、解决方案

　　1.1 、方案概述

　　HST-R3互动录播是一款集录播、互动、导播功能于一体的精简录播系统，实现的老师、学生和讲课PPT信号的全方位记录;基于国际标准的H264视频编码和AAC音频编码技术，把音视频信号记录成标准的MP4文件，应用先进的图像分析算法，实现自动导播功能，从而实现电影模式的录制，即HST-R3互动录播支持电影模式和资源模式同时录制;HST-R3互动录播自带直播点播功能，采用标准的RTMP流媒体协议，实现无插件播放，用户可以通过IE、火狐、谷歌、safari浏览器观看直播、点播课件;直播延时小于1秒;同时，支持对外推送标准RTMP流，实现录播数据接入第三方流媒体平台;基于好视通视频会议技术，HST-R3互动录播集成了视频会议功能，实现教室与教室音视频互动，PC、移动终端等设备与录播教室的远程音视频互动，真正实现远程教学。

　　HST-R3互动录播支持2路视频和1路VGA输入，HDMI、DVI、VGA视频输出;支持1路3.5mm Micin音频输入，1路3.5mm 线性输出(ineout)音频输出;内置2T机械硬盘，满足常态化录课需求。

　　HST-R3互动录播采用inux嵌入式操作系统，更加安全可靠，免于病毒侵害;系统基于B/S架构构建，可以通过浏览器对系统进行远程管理、接收直播点播、下载课件;同时系统也支持通过客户端软件远程控制导播和互动，远程控制摄像头;除了软件管理手段，我们还支持导播键盘接入录播设备，通过键盘管理和控制录播。

　　1.2 、系统功能

　　1.2.1 、 视频采集

　　HST-R3互动录播具备最大3路高清视频采集能力，包括2路SDI高清信号：老师全景和学生全景，1路DVI高清信号：教师讲课PPT信号;支持的分辨率：1080i/60fps 1080i/50fps 1080P/30fps、720P/60fps(50fps、30fps)、720×576/25fps

　　1.2.2 、 音频采集

　　HST-R3互动录播支持1路3.5mm线性输入，通过超心型指向吊麦、智能混音器，全方位采集教师、学生、媒体播放或课件声音。具有自动降噪、自动增益功能。

　　1.2.3 、 音视频录制

　　视频编码：标准H.264

　　音频编码：AAC

　　录像格式：MP4

　　录像质量：支持1080P、720P、704x576可选，帧率30fps，25fps可选。录像码流可设置。

　　支持最高三路资源和一路导播同时录像。

　　录像控制：支持一键启动、停止课堂录制。

　　支持远端互动信号录制。

　　1.2.4 、 互动授课

　　在上课的过程中，支持同时与远程教室互动，进行音视频互动授课，包含加入互动课堂、请求发言、指定发言、拒绝发言;互动过程中参与互动课堂的各方可分为主讲教室和听讲教室两种角色，听讲教室录播设备接收主讲教室的导播视频，并解码输出到大屏幕，供本教室学生观看;听讲教室的学生可以举手向主讲教室提问，当主讲教室接受提问请求时，听讲教室则可以在互动课堂中发言;同时，可以广播听讲教室学生画面，这样每个教室都可以看到，发言方与主讲教室的互动过程。互动录播设备还将记录整个互动过程，并且把发言方学生信号合成到直播流，这样，不但课后可以重现互动场景，更可以让所有观看直播的用户看到整个互动过程，加强课堂的感染力。

　　1. 支持同时与多个远程听课教室音视频互动。

　　2. 支持同时与多个远程录播教室互动。

　　3. 支持IOS、Android手机端参与互动，支持平板电脑参与互动。

　　4. 支持丢包恢复机制、根据网络带宽自动调节视频码流、帧数率，具备断线自动重连功能。

　　5. 互动授课画面直接通过录播输出到显示设备。

　　1.2.5 、 导播

　　1、 导播模式：手动/自动模式。

　　2、 支持网络中控导播：教师通过互动录播控制台软件远程控制录播系统，进行导播模式切换、手动导播控制和互动过程控制。

　　3、 专用导播键盘：支持外接专用导播键盘，通过导播键盘可以控制录制、直播、手动导播、摄像头云台控制、互动过程控制。

　　4、 自动导播：采用自研图像分析算法，实时分析老师画面、学生画面和VGA画面，实现如下导播策略：当学生起立回答问题时，从老师画面切换到学生画面，当学生回答完毕坐下后，切换会老师画面;当VGA画面有翻页动作是，切换到VGA画面，当VGA画面静止时间超过5秒后，切换会老师画面。

　　1.2.6 、 直播 点播

　　HST-R3互动录播内建RTMP流媒体服务器，支持小并发直播点播，最大支持50点同时直播点播;采用通用的Fash技术实现web播放，可兼容IE、火狐、谷歌、safari等主流浏览器，并且客户端无需安装任何插件就可以观看直播点播。

　　直播分发：HST-R3互动录播还支持RTMP流分发，可对第三方流媒体服务器如FMS、Nginx、red5推动RTMP媒体流，从而实现直播分发功能。

　　1.2.7 、 web管理

　　HST-R3互动录播内建web服务器，可以通过浏览器远程管理录播设备。

　　1. 后台管理系统：网络配置、录播配置、升级、日志管理、视频参数配置、互动配置、文件上传配置、时间同步。

　　2. 课件管理：支持课件的修改、点播、下载、删除操作。

　　1.2.8 、 导播键盘管理

　　HST-R3互动录播配备导播键盘，导播键盘通过串口与录播设备通信，通过导播键盘可以一键启停录制/直播、手动导播、云台控制、互动过程控制。

　　1.2.9 、 录播控制台远程管理

　　HST-R3互动录播自带互动录播控制台软件，可在web首页下载安装，互动录播控制台软件可以通过网络远程控制录播设备，包括导播控制、摄像头云台控制、互动过程控制、设置台标/字幕，更能实时查看互动录播的各路视频以及参与互动的远程各方视频。

　　1.2.10 、录制课件上传备份

　　HST-R3互动录播支持课件上传功能，可以通过FTP方式把文件上传到第三方FTP服务器备份，同时可以把课件上传到资源平台或者第三方流媒体服务器，从而实现课件的分享能力提升，对外提供更好规模的点播服务。

　　HST-R3互动录播支持自动上传和手动上传两种上传方式，自动上传是指录制完成后，系统把录制的课件上传到用户配置的FTP服务器。

　　1.2.11 、远程管理API

　　HST-R3互动录播提供基于HTTP标准的远程管理API接口，方便资源平台对录播设备的管理，以及第三方平台集成互动录播功能。具体可以提供录播设备系统信息、获取录播状态、直播控制、录制控制、导播控制、重启、上传参数设置、资源模式参数、摄像头控制、请求巡课、互动控制、上传控制接口。

　　2 、典型业务应用

　　2.1 、课堂记录

　　互动录播可实现对课堂的全方位记录，同步记录老师信号、学生信号和老师授课PPT，形成电影模式和资源模式录制文件，采用同步播放技术，重现课堂授课场景

　　2.2 、 远程互动课堂

　　互动录播通过在线直播技术，实现学生远程参与课堂，即使学生因为特殊情况不能到教室上课，也可以通过平板、手机、电脑远程听课。更进一步，学生可以选择其喜欢的老师的课程，远程学习。

　　2.3 、 教学评估

　　在没采用录播技术前，学校的教学评估工作是评课老师到受评老师授课现场听课，根据授课情况给予评价;而采用录播技术后，评课老师无需到授课现场，只需观看课堂录像就可以对受评老师给予评价。

　　3 、系统架构

　　互动录播采集数据后对各路音视频进行单独编码处理，视频采用H264编码，音频采用AAC编码，然后记录成MP4文件;录制成资源模式文件。

　　对多路视频作导播处理，形成单路导播流，然后编码，跟编码后的音频数据一起，进行录制处理，录制成电影模式文件;同时把导播流数据推动到本地流媒体服务器，对外提供直播服务，更进一步，如果对接了资源平台服务器，则把导播流推送到资源平台服务器，让资源平台服务器对外提供导播流直播服务。

　　在互动录播设备以主讲身份加入互动课堂的情况下，互动录播设备还要把导播流和音频流发送给互动服务器，互动服务器再把数据分发到听讲教室录播设备或者其它听课终端;如果此时存在广播听讲视频，互动录播设备则把广播听讲视频与本地导播视频合成成一路互动导播视频，这样，观看直播的用户就能观看到教学互动过程;此时，录制的电影模式文件记录的也是互动导播视频，这样，课后就能重现互动授课过程。

　　如果互动录播设备以听讲身份加入互动课堂，互动服务器在特定的情况下，会向互动录播设备请求学生数据，这时，互动录播设备需要把本地学生全景数据发送到互动服务器，互动，互动服务器再把数据分发到其它听讲教室录播设备或者其它听课终端和主讲教室。即听讲教室视频广播，参与互动的录播设备把导播流视频和听讲教室广播视频同时输出到本地视频显示设备，如投影机、电视机、显示器。把互动课堂中的音频数据解码输出到调用台，音频数据经调音台处理后，输出到功放进行播放。

　　互动录播服务器把录制好的视频文件上传到资源平台服务器，资源平台服务器对外提供课件点播服务。

　　3.1 、HST-R3互动录播逻辑结构

　　HST-R3互动录播设备采集老师全景、学生全景和老师授课PPT三路视频信号，同时，教室内的吊麦拾音后输入混音器，经过混音器的混音处理后，形成一路音频数据，然后输入调音台处理，调音台对音频做消回音、降噪、增益等处理后输入互动录播设备，这样录播设备就完成了对教室内音视频数据的全方位采集;采集数据后进行录制和直播处理，参与互动课堂后，录播设备会把互动课堂中的主讲视频和广播听讲视频同时输出到投影机、电视机等图像显示设备，同时把互动课堂中的音频数据解码输出到调用台，音频数据经调音台处理后，输出到功放进行播放。

　　4 、关键技术

　　4.1 、基于图像分析的自动导播技术

　　HST-R3互动录播采用基于图像分析技术实现自动导播，不需要额外的导播台硬件，降低系统成本;此技术包含老师运动检测算法、学生运动检测算法和PPT翻页检测算法;老师运动检测算法检测老师在讲台区域的横向运动;学生运动检测算法首先需要通过人脸识别技术识别学生，然后采用运动检测技术检测学生的起立坐下动作;PPT翻页检测算法通过运动检测技术来识别PPT课件是否翻页。根据上述图像分析算法，实现如下导播策略，默认状态下保持在老师画面，在检测到学生起立动作时，切换到学生画面，在检测到学生坐下动作时切换到老师画面，在检测到PPT翻页时切换到PPT画面，如果PPT在5秒内无动作，则切换回老师画面。

　　4.2 、H264编码技术

　　HST-R3互动录播采用国际标准编码算法H.264来对视频编码，此算法有压缩率高、图像质量好、通用性强等特点。在同等图像质量下，相比其它编码算法只需要更少的带宽支持，这使得视频更加适应于网络传播;H.264编码算法被多个平台所支持，故H.264编码的视频能够很好的适应跨平台播放的需求。

　　4.3 、RTMP流媒体直播点播技术

　　HST-R3互动录播采用流行的RTMP流媒体技术实现直播点播功能，此技术为Adobe公司实现，是现行行业标准，相比其它流媒体技术拥有延长小的特点。客户端采用Fash播放技术，而Fash插件被众多浏览器广泛支持，故，采用RTMP流媒体技术，能得到更多浏览器的兼容，包括IE、火狐、谷歌等流行浏览器。

　　5 、系统特征及优势

　　5.1 、设计特点

　　易用性

　　易施工，在客户现场，只要安装施工说明书把3路视频接到对应接口，把摄像头控制线接入对应接口，连接好视频显示设备和音频输入输出设备，启动互动录播，通过web访问录播设备默认地址，修改成用户指定的IP地址后，就可以开始录课，而不需要复杂的配置。

　　易管理，采用web远程管理方式，随时随地，只要与录播设备的网络通信畅通，就可以对其进行管理。

　　易使用，提供导播键盘控制，实现一键上课、一键下课，极大的方便老师操作;同时提供远程控制客户端，操作员可以通过网络远程控制录播设备，从而实现对课堂的面干扰。

　　稳定性

　　采用嵌入式inux操作系统，更加安全可靠，无病毒侵害之忧;

　　采用工业级硬件设备，能够7*24小时稳定运行;

　　完善的测试过程管理，保证软件稳定性，实现7*24小时不宕机。

　　高性能

　　HST-R3互动录播采用先进的软件技术，实现传统录播厂商需要三台设备完成的工作，集录播主机、导播台、互动终端三台设备于一体，一方面提高了硬件利用率，另一方面大幅降低了成本。

　　标准支持

　　支持RTMP流媒体直播点播协议

　　支持H264视频编码标准

　　支持AAC音频编码标准

　　支持MP4视频标准格式

　　支持标准http协议

　　支持Scorm1.2课件标准

　　可扩展性

　　对外提供标准http接口，可供二次开发，与第三方平台集成。

　　5.2 、系统优势

　　多功能一体化

　　HST-R3互动录播集录播、导播、互动三功能于一体，大幅降低了硬件成本，降低了系统复杂度，无论在施工过程，还是在用户日常使用和维护过程，都大幅简化的工作，节省了时间成本。

　　多样化管理接口

　　HST-R3互动录播提供基于web的远程管理、基于客户端的远程管理、基于导播键盘的本地管理三种管理方式，为录播管理提供了灵活性，进而提高录播设备在不同场景下的可用性。

　　标准化

　　HST-R3互动录播无论视频编解码、流媒体、课件、管理接口都采用最流行的国际标准，大幅增加HST-R3互动录播的兼容性，提高可用性，更适应与其它第三方平台对接。

　　高稳定性

　　采用嵌入式inux操作系统和工业化硬件平台，大幅提高系统的稳定性，MPBF>5000小时