好视通远程互动课堂一体化解决方案
来源:数字音视工程网 编辑:marie145 2017-04-25 15:47:47 加入收藏
1. 项目 概述
1.1. 项目 背景
巴彦淖尔卫计委《关于开展蒙中医传承工作室建设的计划》,拟开展市级蒙中医传承工作室建设,探索总结经验并推广,以加强蒙中医传承带教工作,整理和传承濒临失传的蒙中医技术,培养基层蒙中医技术人才,提升基层服务能力。
目前,我市以建成统一的全市卫生信息化平台,并专门开发建设了蒙中医药人才培训平台,全市各级公立医疗机构均以专网方式接入平台。目前已具备通过平台数据传输方式,实现名医传承带教工作室开展在线跟师、实时培训、远程指导的条件。
为此,我委拟通过设立市卫计委直属名医工作室的方式,利用现代信息科技手段,大力开展传承保护及带教工作。目前,亟需设立三个工作室开展工作。
1.2. 项目 建设内容
(一)设立吴克元正骨技术传承工作室
1.工作目标
①整理完善吴克元的正骨技术,便于传承。
②培养一定数量的传承人。
③力争将吴克元正骨技术学术化,出成果。
④ 总结经验,全市推广。
2、工作室设置在市中医院(市中医药研究所),由市中医院提供必要的条件支持。
(二)设立名蒙医传承带教工作室
1.工作目标
①培养全市各级蒙医药人才。
②收集整理名医诊疗经验,形成学术成果。
③ 总结经验,全市推广。
2、工作室设置在市蒙医院(市蒙医药研究所),由市蒙医院提供必要的条件支持。
(三)设立名中医传承带教工作室
1.工作目标
①培养全市各级中医药人才。
②收集整理名医诊疗经验,形成学术成果。
③总结经验,全市推广。
2、工作室设置在市中医院(市中医药研究所),由市中医院提供必要的条件支持。
(四)设立录播教室
1.3. 项目 需求
1) 通过在上述的各个工作室及录播教室建设一套远程互动课堂系统,可实时录制医生与病人之间的会诊情况,并形成标准的视频文件可进行保存、后期可进行编辑供点播、直播使用。
2) 远程互动课堂系统能满足在中医生会诊的过程中,可实时视频跟踪清晰的记录中医生的“望闻问切”每个动作,视频的清晰度可达1080P高清效果。
3) 同时在中医生在教学的过程中,远程除了可观看直播,还可进行音视频互动提问。
4) 远程互动课堂系统录制的所有课件可统一上传到资源管理平台,形成中医教学的多媒体信息库,便于后期的学习、传承。
5) 远程互动课堂系统具有良好的音视频效果,包括支持1080P高清视频交互应用,画面和语音的实时性、真实感强,具有自动唇音同步技术,清晰无杂音,可实现多方实时讨论、交流。
6) 远程互动课堂系统支持各种类型的终端接入,包括硬件终端、移动终端、软件客户端等,从而满足随时随地接入进行观看直播和点播。
7) 远程互动课堂系统具有高级别安全性,无论在数据传输和应用管理方面都要能够满足高安全要求。
8) 远程互动课堂系统具备可扩展性,各级设备都可通过简单升级和改进,保证设备使用的连续性和节约性。
2. 整体 方案设计
2.1. 设计 原则
n 可利用性
· 系统设计应充分考虑与其他系统的接入,如网络、摄像头、计算机、显示设备,降低成本。
n 先进性
· 系统设计达到国际一流水平,且切实可行并容易实现;
· 遵循国际标准和国内外有关的规范要求;
· 符合计算机、网络通讯技术和视频会议技术的最新发展潮流,并且是应用成熟的系统;
· 远程互动课堂系统要达到720p、1080p高清直播及录制,要与时俱进,全面利用网络资源,给领导、教师及家长带来视觉上的冲击和震撼,充分展示教学的每个细节。
n 实用性
· 针对用户实际应用的特点,系统具有多种软硬件的管理方式,图形管理界面;
· 该套录播系统设计应符合工程的实际需要;
· 系统配置即强调先进性也要注重实用性,系统配置的经济效益,达到综合平衡;
· 根据实际需要进行系统功能的定制模块开发;
· 系统操作的简洁方便,实现一键式的切换操作。
n 可扩展性
· 录播系统设计要考虑今后网络的发展,软硬件必须留有充分的扩充余地,为2次投资节省费用;
· 考虑设备的升级实现与其他系统的互联,比如与培训中心或者学习中心点播平台的无缝对接;
· 系统能与兼容目前所有网络设备的协议,并具备信息流传输的低延时。
n 可靠性
· 具备在规定条件和时间内完成用户所要求的功能的能力,能长期稳定的工作;
· 系统启动快,系统掉电后再来电或网络传输中断后再恢复正常,系统恢复工作迅速;
· 故障率低,维护维修方便。
n 兼容性
· 系统具有良好的兼容性,保证系统和现有的系统资源以及未来的资源需求,直播系统与Windows操作系统无缝连接,支持各种PC浏览器终端、Android移动设备、IOS设备收看直播,无需安装专用播放插件。
2.2. 系统 整体架构图
总计架构如上图所示:
系统建设设计分为几个部分:各个工作室及录播教室、中心机房、远端互动观看端。
l 中心机房:部署1套互动服务器和1套资源平台服务器。
l 各个工作室及录播教室:吴克元正骨技术传承工作室、蒙医传承带教工作室、名中医传承带教工作室、录播教室 按实际需求部署1套远程互动课堂系统设备并辅以音视频设备,高清摄像机、麦克风、音响等设备,即可实现自动视频跟踪、录制、远程互动等功能。
l 远端互动观看端:远程互动观看端可使用电脑、手机、平板电脑直接打开浏览器即可进行访问观看会诊时的直播画面、以及对已录制好的课件进行点播。
2.3. 系统 建设内容
2.3.1. 中心机房设计
此次项目在中心机房部署1套互动服务器和1套资源平台服务器,由互动服务器作为整个远程互动课堂系统的管理核心,实现中医工作室、会诊室、远程观看端之间进行音视频数据信息交互。满足多点数并发接入,后期可随时进行点数的扩容。资源平台服务器作为所有工作室和录播教室录制的所有课件可统一上传的资源管理平台,形成中医教学的多媒体信息库,可进行直播、点播应用。
2.3.2. 各个工作室 及录播教室设计
此次项目在吴克元正骨技术传承工作室、蒙医传承带教工作室、名中医传承带教工作室、录播教室 ,部署1套好视通远程互动课堂设备,并配以音视频设备(包括麦克风、高清摄像机、功放、调音台、显示设备等),即可实现各个工作室中医生与患者会诊的情形进行实时录制,同时包括语音、视频、相关的病历文件等,形成标准的视频文件后,可上传到资源管理平台进行统一管理。
同时在教学的过程中,还可以与远程听课的进行音视频互动,包括现场提问、答疑等。
2.3.3. 远程 互动观看端 设计
远程互动观看端可采用电脑、手机、平板电脑等多种方式,只需通过浏览器打开直播、点播网站,即可进行观看中医生会诊的真实情况,以及浏览中医教学的视频课件。
2.3.4. 系统 网络带宽设计
2.3.4.1. 资源 平台服务器带宽设计
资源平台服务器的总体带宽容量是跟直播在线总户数和直播画面的码率相关,例如目前在线的直播总用户为300用户,直播画面为1080P高清画面占用2-3M带宽,则资源平台服务器的总体带宽容量需要:300用户*2M=600M。
备注:该带宽容量计算为理论值,实际效果跟网络线路的稳定性、丢包率相关。
2.3.4.2. 互动 服务器带宽设计
在音视频互动应用中,系统客户端与服务端的数据传输交换通道“计算机网络”,是实现和保证其各类功能应用的基础资源要求。无论服务端和客户端应用环境,都需要有一定量带宽资源予以支撑才能开展会议和保证会议质量。但需要提出的是,由于各会议节点带宽是一个面向办公环境的多业务信息化应用模式网络,所承载的软件业务应用较多,视频会议系统客观是一个带音视频数据及其他办公数据的多媒体应用系统,会议节点数量越多、对视频画面质量要求越高,所占用平台的带宽则越大。会议持续时间越长,所持续占用固定通道带宽时间越长。
如何统筹规划好该应用和其他业务应用的带宽关系、合理利用平台网络资源,是网络管理人员结合公司信息化应用特征,在网络管理时所需要深刻考虑规划的。也是网络视频会议系统成功上线应用的关键。
好视通基于H.264标准的多媒体压缩技术,适应从56Kbps拨号上网到宽带的网络环境。系统不仅可以提供流畅的语音,而且可以提供清晰流畅的视频图像。音频数据仅仅占用6.6Kbps的网络带宽,视频图像的采集帧率随着视频图像采集码率的增加而增加。
针对此应用要求,计算机通信IP传输网络的资源配置、分配及管理因素,是所有融合应用的基础和关键。作为承载了以音视频多媒体数据为主的通道,相比其它交换数据类型,其单位时间内会占用更多的且较为平稳的带宽资源。
众所周知,计算机网络的传输规则是双向(上行/下行)通信设计的。视频画面在不同的应用模式和质量下,其传输对网络带宽的占用也是不同的。同时,视频会议系统的技术架构决定了,作为服务端的MCU服务器其主要负责按需转发各客户端音视频数据及应用数据,所以作为服务端(或服务平台),其转发(即网络上传动作)上行数据量是作为此类网络节点的主要带宽占用的。同样,作为系统应用中发起或交互呈现的角色的客户端而言,它主要接收(即网络下载动作)的各类数据是来自与服务端MCU的按需转发数据,其下行数据量是作为此类节点的主要带宽占用的。
当选择采用自建互动服务器平台时,除了需要考虑客户端应用环境下的带宽资源外,还需要规划MCU服务器端面向客户端提供服务的带宽资源。
2.4. 应用 场景设计
2.4.1. 中医 传承课件录制
蒙中医传承各个工作室在建立了好视通远程互动课堂系统后,可利用该系统实现实时录制各名医在会诊时的情形,包括中医中“望闻问切”的各个细节动作,以及与患者之间的语音交流,从而形成宝贵的中医会诊课件。同时可将濒临失传的独特技术整理升华成为可以传承传播的适宜技术。
2.4.2. 中医 会诊实时直播
蒙中医传承各个工作室在建立了好视通远程互动课堂系统后,可将会诊时的过程实时直播出来,让外界更多人了解到中医会诊的真实情况,有利于中医的发展。同时不同区域的医疗机构也可借鉴学习。
2.4.3. 中医教学 远程互动
蒙中医传承各个工作室在建立了好视通远程互动课堂系统后,全国范围聘请经验丰富、学术精深、医德高尚的名中医,在工作室轮流实践带教可以将现场跟师与远程在线跟师相结合,在教学的时候很好的结合了线下与线上的方式,包括音视频的互动、线上提问、线上答疑等,从而为全市培养大量中医人才,并实现学术成果转化。
2.4.4. 中医 教学 多媒体 信息库
无论是名蒙医还是名中医,其会诊和教学的过程都可录制形成多媒体文件,并在资源平台上统一存储、分类、管理,真正形成中医教学多媒体信息库,该信息库无论是在学术成果汇总、还是在传承传播中都起到极其重要的作用。
2.5. 功能 设计
2.5.1. 视频采集与录制
具备最大5路高清视频采集能力,包括2路SDI高清信号:会诊全景和会诊特写,1路DVI高清信号:相关课件PPT信号;
录播系统可同步录制视频、音频和计算机动态屏幕内容,即可将教学现场的图像、声音和所讲解的课件、讲稿、鼠标操作轨迹以及电子白板上书写的内容等计算机屏幕上所显示的内容同步录制到一个文件中。
Ø 分辨率:支持1080i/60fps 1080i/50fps 1080P/30fps、720P/60fps(50fps、30fps)、720×576/25fps自适应。
Ø 最大通道数:5路
Ø 视频编码:标准H.264
Ø 音频编码:AAC
Ø 录像格式:MP4
Ø 录像质量:支持1080P、720P、704x576可选,帧率30fps,25fps可选。录像码流可设置。
Ø 支持最高三路资源和一路导播同时录像。
Ø 录像控制:支持一键启动、停止课堂录制。
Ø 支持远端互动信号录制。
2.5.2. 音频采集
支持1路3.5mm线性输入,通过超心型指向吊麦、智能混音器,全方位采集医生、患者、媒体播放或课件声音。具有自动降噪、自动增益功能。
Ø 全方位采集:通过超心型指向吊麦、智能混音器,全方位采集医生、患者、媒体播放或课件声音。
Ø 具有自动降噪、自动增益功能。
Ø 自动拾音麦序控制:具有麦序功能,例如可设教师麦拾音先优,当教师和学生同时发言时,教师声音优先,当只有教师发言时,自动静噪学生区杂音。
2.5.3. 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。远程互动课堂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。
Ø 支持同时与多个远程听课教室音视频互动。
Ø 支持同时与多个远程录播教室互动。
Ø 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。
Ø 主席密码控制、加入会议密码鉴权、采用MD5加密技术。
Ø 支持IOS、Android手机端参与互动,支持平板电脑参与互动。
Ø 互动授课画面直接通过录播输出到显示设备。
2.5.4. 导播功能
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,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,切换回老师画面。
Ø 导播模式:手动/自动模式。
Ø 支持网络中控导播:教师通过远程互动课堂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。
Ø 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。
2.5.5. 课件采集与侦测
DVI采集,采用高品质硬采集方式,避免了软采集中需要禁用硬件加速造成的教师机性能受限,或不禁用硬件加速造成的影片播放无法采集的现象。
Ø 支持一通道DVI投影、PC、电子白板等课件演讲采集。
Ø 自动识别内容变化、光标、鼠标行为。
Ø 鼠标移动,不侦测切换。
Ø 内容变化,进行侦测切换采集。
Ø 讲解内容变化或PPT等切换时,自动识别切到导播输出。自动识别不同情况下的鼠标操作行为,当切到导播输出时,教师鼠标或光笔在讲解时,DVI自动保留在播出画面中,自动识别非讲解时鼠标动作。
Ø 支持工具栏侦测屏蔽,避免网络连接、杀毒软件提示信息或其它活动图标误报。
2.5.6. 字幕、台标、片头片尾
Ø 字幕:导播视频字幕叠加。
Ø 台标:至多支持五个台标、校标、内容图片叠加,位置可调。
Ø 片头片尾:片头片尾自动拼接、手动拼接。
2.5.7. Web管理与跨平台直播
Ø 内建课件点播、课件管理web。
Ø 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。
Ø 课件管理:支持课件的修改、点播、下载、删除操作。
Ø 支持录制课件,自动上传到资源平台,集中存储,自动生成点播课件。
Ø 流媒体协议:采用标准RTMP协议,同时支持IE、Firefox、Chrome、Safari等浏览器无插件直播。
Ø 内建服务:录播系统内建Web服务器与流媒体服务器。
Ø 单机直播:支持单机直播。
Ø 支持向FMS、Nginx、red5等直播服务器推送直播流。
Ø 网页收看:支持网页收看直播,客户机无需安装任何插件。
2.5.8. 课件上传备份
Ø 远程互动课堂支持课件上传功能,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。
Ø 远程互动课堂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。
2.5.9. 录播控制台管理/API接口
Ø 远程互动课堂自带远程互动课堂控制台软件,可在web首页下载安装,远程互动课堂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,更能实时查看远程互动课堂的各路视频以及参与互动的远程各方视频。
Ø 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远程互动课堂功能。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、上传控制接口等。
2.6. 系统 设备介绍
2.6.1. 互动录播 主机( HST-R400 )
2.6.2. 高清跟踪 摄像机
1.双目镜头,跟踪和定位镜头为一体;双SDI输出;
2.内置业界领先的人体检测及锁定跟踪图像算法,全自动跟踪 ,无需外接跟踪主机和辅助摄像头;
3.可实现全景和特写的自动切换功能;
4.对教师身高具有很好的适应性;
5.特写和全景画面颜色、亮度等保持一致;
6.特写镜头大小根据目标远近具有自动变倍功能;
7.跟踪范围可覆盖全部教室,不再局限于讲台,即使目标走到学生中间也可保持跟踪;
8.支持多种跟踪模式;
9.摄像机内置智能导播切换策略;
10.跟踪平稳,目标小幅走动、手部动作等都不会造成摄像机晃动,且动作灵敏度可调节。
2.7. 实施 环境
2.7.1. 实施原则和依据
u 项目原则
保证重点,统筹安排,遵守承诺和招标文件规定与相关招标会议纪要。
科学安排施工程序,合理组织施工,紧密衔接,加快施工进度,缩短工期。
确保安全生产和提高工程质量。
u 项目依据
工程施工组织设计编制的依据是:招标文件、各类招标答疑会议纪要及其他相关资料。
国家相关法律、法规。施工现场和周围环境进行现场考察情况。
国家现行质量验收标准和施工技术验收规范执行:
<1>《建筑装饰装修工程质量验收规范》GB50210-2001
<2>《建筑工程验收统一标准》GB50300-2001
<3>《建筑涂饰工程施工及验收规程》JGJ/T29-2003
<4>《钢结构工程施工验收规范》GB50205-2001
<5>《屋面工程质量验收规范》GB50207-2002
<6>《建筑地面工程施工质量验收规范》GB50209-2002
2.7.2. 灯光设计要求
u 照度
灯光照度是录播教室的一个基本的必要条件,由于课程录播具有随机性,故室内应用人工光源,避免自然光。教室的门窗需用深色窗帘遮挡。光源对人眼视觉无不良影响。选择三基色灯(色温4000K)较为适宜。照度要求规定如下:
A)为了确保正确的图像色调及摄像机的自平衡,规定照射在参与者脸部的光是均匀的,照度应不低于500lux。监视器附近的照度为50-80lux,应避免直射光。
B)灯光的方向比灯光的强度更为重要,为灯光安装漫射透镜,可以使光照充分漫射,使被照者脸上有均匀光照。
u 安装位置
三基色灯一般安装在教室天花板上,要在天花板上进行吊顶处理,吸顶式灯盘嵌入吊顶天花板,每一个灯盘内含三个三基色灯管,依靠灯盘对灯光的反射、散射照亮教室。
除了上述两点,为了达到更好效果,还需注意:
A)避免阳光直射到物体、背景及镜头上,这会导致刺眼的强对比情况。
B)光线弱时建议采用辅助灯光,但要避免直射。
C)使用辅助灯光,建议使用立灯或独立的灯箱,禁止使用彩灯,避免使用频闪光源。
D)避免从顶部或窗外来的顶光、侧光直接照射,此种照射会直接导致阴影。
E)建议使用间接光源或从平整的墙体反射的较为柔和的光线。
布局原则:保证摄像效果以达到再现清晰图像的目的。
u 布局要求
Ø 为了防止颜色对人物摄像产生的“夺光”及“反光”效应,背景墙应进行单独设计,最好采用均匀的浅颜色,通常多采用米色或灰色,不宜使用画幅,禁止使用强烈对比的混乱色彩,以方便摄像机镜头光圈设置。
Ø 房间的其他三面墙壁、地板、天花板等均应与背景墙的颜色相匹配,忌用黑或鲜艳色彩的饱和色,通常采用浅蓝色、浅灰色等。每面墙都不适宜用复杂的图案或挂复杂的画幅,以免摄像机移动或变焦时图像产生模糊现象,同时增加编码开销。最好将窗户密封或者安装茶色玻璃,也可以挂厚布窗帘以防止阳光直射设备。
Ø 摄像机镜头不应对准门口,若把门口作为背景,人员进出将使摄像镜头对摄像目标背后光源曝光。
2.7.3. 教室声学音频设计要求
教室的主要功能以上课互动录制节目为主。互动内容以语言和电子文档为主,要求教室室内建筑声学环境具有较高的语言清晰度,和各频率的均衡性。室内声场采用短混响,表面为强吸声处理,以提高室内各点的直达声反射声能量之比因而提高清晰度,这也是当今专业教室、录音室普遍采用的建筑声学处理技术,因为短混响条件下录得的信号为节目的后期制作提供了足够的空间,根据各种不同的实际需要可对节目进行加工处理。同时,教室内声场各频率的均衡,对于录制信号具有重要的意义,平直的频率特性可最大限度保证原始信号的本质特性,避免产生信号的奇变和失真,达到高保真的效果。
教室的音质设计主要为使室内的音质指标,如:音频设备、混响时间、频率特性、声场均匀度等达到教室的使用要求及专业技术指标。设计所采用的主要措施为:通过室内声场和混响时间等技术指标的声学计算,确定教室墙面、顶面等的吸声处理、反射、扩散等方式,以及达到声学设计效果的具体声学构造。
教室规则的平面尺寸将会导致室内声波减振模式的兼并,尤其在低频部分,声波传播的模式相对较少,这将会造成室内声场的不均匀及声音频率特性的奇变。
Ø 混响时间控制
混响时间的控制是教室建筑声学设计的基本内容,混响时间的控制还包括各频率混响时间的均衡,低频允许有提升而高频由于空气的吸收较大,可略有降低。混响时间的控制通过室内吸声材料和结构的布置来实现,根据混响时间的计算确定室内空气的吸声量、装饰所需总吸声量及各表面的吸声材料类型和布置方式。
3. 方案 优势
3.1. 多功能 一体化
好视通远程互动课堂一体化解决方案集合了录制、点播、直播、互动教学等多种应用,同时部署简单、维护方便,以及在真实使用的过程中,相关操作人员只需经过简单的培训即可上手操作。
3.2. 远程 互动
好视通远程互动课堂一体化解决方案区别于传统的录播系统,具有远程互动教学的特点,可同时与多个远程听课教室音视频互动,并支持IOS、Android手机和平板电脑等移动端参与互动,互动授课画面直接通过录播输出到显示设备。
3.3. 便捷 的远程管理
好视通远程互动课堂一体化解决方案可采用本地和远程两种方式进行导播管理,便于医生专注于教学和会诊,可由其他人员远程进行导播操作。
3.4. 强大 的资源管理平台
好视通远程互动课堂一体化解决方案的资源管理平台集合了直播管理、点播管理、设备管理、组织架构管理、用户管理、课表管理,便于管理员对所有的课件进行管理,选择性的进行录制和直播。同时管理人员可进行整个平台的管理。
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