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智能录播全场景解决方案

校园虚拟演播室方案概述

基本概况 

随着信息社会的到来,校园电视技术不断发展,正越来越深刻地改变着我们的生产方式、生活方式、工作方式和学习方式。从实践层面,加强校园电视台及虚拟演播室建设,更好的利用视觉媒体的优势,广泛参与学校的各项活动,提升活动的水平,更好的影响教育对象,推动校园文化的外显;广开途径,创建多元化的播放平台,做好宣传工作,打破时间和空间的限制,提升研究与实践水平,推进校园文化的形成。在此同时,规范秩序文化建设,推进精神文明建设,促进校园文化的积淀与升华,完成一支队伍的建设,发掘新的增长点,形成双赢的局面。

进入21世纪,校园电视技术不断发展,正越来越深刻地改变着我们的生产方式、生活方式、工作方式和学习方式。校园电视为我们新世纪的教育改革提供了有效地手段。为了适应未来社会对人才的需求,必须加快教育改革的步伐,将校园电视引入校园文化的构建过程中。把校园电视作为推进校园文化建设的重要动力和有效手段。

现代教育构建校园文化,一定离不开校园电视这一已经深深影响并改变教育传统体制的文明成果,而校园电视作为降低教育成本,提高教育效益的最佳手段之一,如何将校园电视台及虚拟演播室应用于推进校园文化建设的过程中,对于从更高层次上把握校园电视在教育中突出的作用,进一步扩大校园电视在教育中所涉及的范围和领域,具有重大的意义。

建设目的

本项目建设目的是加强学校的互动教学应用,构建校园文化, 推动校园精神文明建设,拓展师生校园生活乐趣而开展的。通过虚拟演播室的建设,我们能做到 :

1、通过加强校园电视台的规范建设、形成校园电视制作的相关秩序文化,从而形成推进校园文化建设的相关策略。

2、通过加强校园电视台虚拟演播室的建设,打破时间、空间、视角的限制,促进校园文化建设的外显,丰富师生的精神生活,潜移默化的影响教育对象,推进校园文化的发展。

3、积累校园文化建设的相关资源,丰富校园文化的表现力,形成文化的积淀与提升。

4、通过课题研究,推进师生对校园文化的认同感,形成共同的价值观,并促进校园电视人的成长。

5、在线辅导课程应用,开展课外活动应用, 借助“虚拟演播室系统”,通过网络的直播、传送、记录、评价等多种功能,实现在虚拟环境下对优秀课堂 节目活动的高清再现的,完成各学科情景互动教学实验教室建设、精品课程录制、校园电视台建设。

在教学过程中引入或创设生动具体的虚拟场景,可以提供直观生动的活动现场,通过液晶一体机或投影再现的学生在虚拟场景中的表演,可以让学生通过视觉和听觉去感受场景,产生联想,激发学生的学习兴趣。参与表演的学生可以身临其境的学语言,使用“虚拟演播室系统”教学 , 学生觉得有话可说,有戏可演,可以全身心投入课堂中。

建设依据及原则

GB8898-2011 《音频、视频及类似电子设备安全要求》

GB16796-2009 《安全防范报警设备安全要求和试验方法》

GB17859-1999 《计算机信息系统安全保护等级划分准则》

GB50057-2010 《建筑物防雷设计规范》

GB50198-2011 《民用闭路监控电视系统工程技术规范》

GB50348-2004 《安全防范工程技术规范》

GA308-2001 《安全防范系统验收规则》

GA/T74-2000 《安全防范系统通用图形符号》

GA/T75-94 《安全防范工程程序与要求》

GA/T367-2001 《视频安防监控系统技术要求》

GA/T368-2001 《入侵报警系统技术要求》

GA/T379-2002 《报警传输系统串行数据接口的信息格式和协议》

GA/T388-2002 《计算机信息系统安全等级保护操作系统要求》

GA/T388-2002B     《计算机信息系统安全等级保护管理要求》

GA/T390-2002 《计算机信息系统安全等级保护通用技术要求》

YD/T1171-2001 IP网络技术要求--网络性能参数与指标》

建设原则

本方案设计根据实际需求,遵循技术先进、架构合理、安全可靠、功能齐全、易管理、易维护并节约成本的原则;综合考虑施工、维护及操作因素,并将为今后的发展、扩建、改造等因素留有扩充的余地。本系统设计内容是系统的、完整的、全面的;同时该设计方案具有科学性、合理性、可操作性。遵循以下设计原则来构建本系统。

实用性和先进性原则

校园电视台虚拟演播室系统能将教学(活动)场景中教师、学生的视、音频信号结合计算机虚拟动态场景等所有信号同步录制、直播;设备操作简单,推、拉、摇、移、仰、俯均可由授课教师自主控制。真实再现授课 (活动)情景,实时生成采用 标准压缩 的流媒体文件,能自动以文件形式保存,并能进行后期编辑;能通过网络实现远程直播,能达到播放流畅、控制方便;并能实现以下功能需求:

1)虚拟背景素材和录制节目存储功能:包括图片、视频、音乐、歌曲(原声、伴奏、歌词)的收集、整理、归档、存储,

2)视频片段的剪辑、合成。

33D/2D画面的转换。

4)现场字幕的实时添加。

5)在线观摩功能:能够自主收看实时直播的教学视频授课情况,以达到远程听课,互相观摩教学的需要。并可以在校园网、城域网和互联网上,提供教学在线观摩和点播等功能。

6)提供直播、回放功能,系统在进行直转播时如果网络发生网络故障,故障排除系统会自动重连。

7)提供互动功能,可以根据事先定好的对话脚本,实现真人与虚拟人物对话。

8)在开始上课(讲座 )前,教师只需登陆虚拟演播室系统管理软件,即可输入授课教师姓名,课程名称,课标及内容简介等文字介绍,在直播或录制过程中自动添加到输出画面中,给学生必要的信息提示。达到高质量录制效果。

9)系统能够全自动录制,生成的课件支持标准的流媒体格式文件,适用于各种学习管理平台。

10)系统具有开放性 可扩展性

经济性与实用性原则

在先进、可靠和充分满足系统功能的前提下,体现高性价比。采用经济实用的技术和设备,充分利用现有资源,综合考虑系统的设计、建设、升级和维护。充分考虑用户实际需要和教育信息化发展趋势,根据用户现场环境,设计符合用户要求的系统配置方案,通过严密、有机的组合,实现最佳的性能价格比,以便节约工程投资,同时保证系统功能实施的需求,经济实用。

灵活性与可扩展性原则

网络系统是一个不断发展的系统,因此应具有良好的扩展性,能够根据信息化地不断深入发展,方便地扩展网络覆盖范围、扩大网络容量和提高网络各层次节点的功能。具备支持多种通信媒体、多种物理接口的能力,提供技术升级、设备更新的灵活性。

系统能够通过增加服务器等软硬件设备,方便、平滑的对系统容量进行扩容 具备较高的可扩展能力。

高安全性原则

根据国家对网络与信息系统安全性的基本要求,该系统在设计初期将符合国家有关信息与信息系统安全的法律和法规,满足教育系统内部及适用环境对该系统提出的安全性要求,采用国际标准加密算法与系统内部私有协议相结合的方式防止出现系统数据泄密、音视频资源被盗用等安全问题

方案设计

根据需求,我公司自主研发生产的虚拟演播室系统,它作为本次项目建设的核心组建部分;方案的设计思路,主要由贵学校提出的系统建设需求以及结合我公司多年的系统建设经验,综合设计如下:

系统部署设计 

虚拟演播室系统架构示意图

 校园虚拟演播室1

 校园虚拟演播室2

部署说明

校园虚拟演播室3

根据上述图示可得知,按照用户的要求,将教室室进行了划分,它由虚拟合成部分与观摩部分组成,我司在设计系统功能的同时考虑教室与观摩室的设备部署,并在保证建设成本的基础上实现用户的需求;

系统功能说明

校园虚拟演播室4

系统结构示意图

虚拟演播室系统介绍

虚拟演播室系统实时渲染生成三维虚拟场景或实景图像,同时系统主机对摄像机现场拍摄的教师、学生在蓝色或者绿色抠像表演区中的表演影像进行抠像处理,将教师、学 生的表演影像从蓝色或绿色的背景中分离出来。接着,系统主机再对经过抠像处理后的表演影像与图形渲染服务器输出的三维虚拟场景或实景图像进行数字化的实时合成,实现两者天衣无缝的融合,最后将合成好的视频影像输出到流媒体发布系统传输出去,或输出到大屏或投影仪中供现场教学使用。

虚拟演播室系统,可以在师生现表演的同时自动生成实况录像,完整地记录在虚拟场景中互动的活动,不仅包含现场实况,还包含过程中教师使用的任何虚拟课件,并把他们按照发生的时间、顺序、流畅剪辑,自动编辑、手动编辑;生成有价值的实况录像,同时以流媒体的方式在网络中直播、保存起来,以供广大师生、管理者实时收看,课后点播观研。

虚拟演播室系统,适用于各校精品课程的建设,也适用于那些人为技巧性强的学科建设,还适合那些需要广泛使用多媒体技术手段的学科建设。该系统扩大了教学获益的学生范围;鼓励教师间相互学习观摩,促进教学业务;帮助管理者及时了解一线教学状况,直接帮助学校提高教学质量,从而在根本上提升学校的核心竞争力。

虚拟演播室系统管理软件平台

虚拟演播室系统软件平台涵盖了以下功能模块:

1、多场景分类管理模块:简洁的界面,不同场景的多维分类管理更具直观性。使得预览、调用场景更加方便快捷。

2、场景元素实时调整模块:背景视频、背景图片、背景音乐可实时更改,让场景更加多变。改变了一个场景只能单一应用于一个对话情景,教师通过对场景元素的简单更改,就可以应用于不同的对话情景。

3、色键抠像模块: 可有效去除背景色及背景上的阴影,无颜色溢出或空间影响,可使表演者很好地和虚拟背景结合在一起.

4、实时字幕播控模块: 内置字幕机模块, 可实时地编辑滚动字幕和台标、 LOGO 的编辑、修改、叠加。

5、特效镜头生成系统: 系统可以虚拟出6个虚拟机位,可对最多6个虚拟摄像机位进行快速切换。最大限度减少系统使用的复杂性 , 增加节目拍摄的便捷性。

6、背景视频控制模板: 可任意更换添加背景视频,并可实时控制背景视频暂停与播放。

7、实时信号预监系统:  系统界面提供实时输入信号预监框,可对实时输入信号进行预监。

8、实时信号录制系统:可以实时在系统硬盘上以MPEG2 MPEG4文件格式录制课件。

9、特效管理应用系统:独有的特效功能可在输出画面中实时添加修改独具特色的美化效果,可使输出视频画面更加绚丽多彩。

103D 实时背景编辑模块:可任意添加和更换3维虚拟场景中的 3维部件。

11、输入信号调整模块:可任意调整外部信号源在场景中的位置、大小、相对比例比例等。

12、虚拟大屏播控系统:系统同时支持在实景视频画面中添加虚拟大屏以及在虚拟抠像画面中添加虚拟大屏。虚拟大屏在画面中的位置、大小可以由教师实时修改。

校园虚拟演播室5

导播主画面示意图

 校园虚拟演播室6

                          适应学校要求的虚拟场景库

演播室环境装修的合理化建议

1、室内装修

房间内的装饰应尽量简朴,墙壁颜色应尽量选用中性,非白色的色调,如浅灰、浅蓝等。抠像蓝箱需选用专业的抠像漆、抠像地毯和抠像布,蓝箱的转角应有弧度。

校园虚拟演播室7

拼装式蓝箱结构示意图

校园虚拟演播室8

校园虚拟演播室9

蓝箱制作说明

a、制作蓝箱结构框架

b、于结构框架、地面、后墙面、侧主面部分边长为25cm 的正方形平板连接, 各个拐角面用半径为 50cm 的弧形板连接,三个平面的交叉处用半径为 1m 的球 形体连接,形成无死角、无灯光阴影的蓝箱结构

c、蓝箱高出地面5cm ,用斜面专用钢板过渡连接地面,既保护蓝箱立面又美 观大方。

d、用腻子处理个板块连接缝。

e、刷专业进口蓝抠像漆

室内尽量选取墙壁为浅色调,浅色墙壁的反光会有效提高人物面部的亮度,使得水平照明和垂直照明的接近,提高灰度级别,最终达到提高摄像质量的目的。

尽量使用室内照明,以免室外和室内光线的色温不一致造成偏红或偏蓝色调;同时,灯管的选用需要显色性85% 以上的灯管,这样可以更好的还原物体的颜色。

2、灯光及光源

最佳的光源应该是非直射三基色灯或日光灯,不宜采用自然光照明。若有大的窗子,可用厚的窗帘遮盖。

用三基色灯(色温在 4000K左右 )。日光灯可每隔一米排列一支,避免在同一室中混合使用白炽灯和日光灯,也应避免使用工作在 3050HZ 的节能日光灯。建议光照度为 400LUX 以上。

对于采用投影仪的讲台区域,应采用分区管理不同的光照区域,一般在投影屏幕的前面设置可调光源,并避免强光穿透投影仪和投影屏幕之间的投影区域。同时,在讲台上方可设置一个灯光区域,在四周的天花板上设置适当的筒灯,以调节讲台的光线,使之更柔和,亮度更均匀。

3、线路布线

应为专业设备提供一个电源插座,不要和其它外围设备,特别是大功率设备, 如空调、音箱等共用一个电源插座。电源线和网络传输线应布到终端设备放置的地方,而且应使用导管或墙内布线,保护线缆及人身安全;强电和弱电不能够并行布线,以免产生电源干扰,如环境不允许,则需要做屏蔽保护。

考虑到网络的应用,在讲台的桌面上或地面上可安装适量的网络信息插座和相应的220V 电源插座,以方便网络应用。对于采用投影仪的区域,考虑在天花板上安装投影仪,因此需在天花板的相应位置安装一个 220V/10A电源插座,另外,对 LCD投影仪应考虑预埋一根复合视频电缆、一根HDMI电缆以及一根控制线缆。

4、视频设计的一般要求

具有摄像系统的室,影响摄像画面质量的一个重要因素,是会场四周的景物和颜色,以及桌椅的色调。一般忌用“白色”、“黑色”之类的色调,这两种颜色对人物摄像将产生“反光”及“夺光”的不良效应。所以无论墙壁四周、桌椅均采用浅色色调较适宜,如墙壁四周米黄色、浅绿、桌椅浅咖啡色等。可以考虑在室内摆放花卉盆景等清雅物品,增加室内整体高雅,活泼,融洽气氛,对促进会议效果很有帮助。

从观看效果来看,摄像机等放像设备的布局常放置在相对于与会者中心的位置,各与会者到摄像机的水平视角应不大于 60度。

5、环境设计的一般要求

室内的温度、湿度应适宜,通常考虑为15 25℃的室温, 60 %~80%湿度较合理。设备对温度、湿度都有较高的要求,保持室内的合适温度、合适湿度是保证系统可靠稳定运行的基本条件。为保证室内的合适温度、合适湿度,室内内可安装空调系统,以达到加热、加湿、制冷、去湿、换气的功能。室内要求空气新鲜,每人每时换气量不小于 18m3。环境噪声级要求为40dB(A),以形成良好的环境。若室内噪声大,如空调机的噪声过大,就会大大影响音频系统的性能,其它会场就难听清该会场的发言。

6、供电系统设计的一般要求

为保证室内供电系统的安全可靠,以减少经电源途径带来的电气串扰,应采用三套供电系统。一套供电系统作为照明供电;第二套供电系统作为整个终端设备、控制室设备的供电,并采用不隔断电源系统 (UPS);第三套供电系统用于空调等设备的供电。

接地是电源系统中比较重要的问题。控制室或机房、室内所需的地线,宜在控制室或机房设置的接地汇流排上引接。如果是单独设置接地体,接地电阻不应大于 4 ;设置单独接地体有困难时,也可与其它接地系统合用接地体,接地电阻不应大于 3。必须强调的是,采用联合接地的方式,保护地线必须采用三相五线制中的第五根线,与交流电流的零线必须严格分开,否则零线不平衡电源将会对图像产生严重的干扰。

案例装修效果图

校园虚拟演播室10

校园虚拟演播室11

校园虚拟演播室12

校园虚拟演播室13

校园虚拟演播室14

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智慧录播教室

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常态化录播教室

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嵌入式常态课录播系统的组成及功能系统的组成嵌入式常态课录播系统具有架构简单,经济实用,可实现全程无人值守等特点。该系统由3台高清摄像机(1台老师特写摄像机1台老师全景摄像机),1台学生全景摄像机,2-4组强指向采访话筒及调音台,1台嵌入式高清录播一体机组成。该系统能够满足校内微课及常态课的录制工作。
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为深入贯彻全国教育大会精神,落实《中国教育现代化2035》的战略部署,围绕《关于深化教育教学改革全面提高义务教育质量的意见》《关于新时代推进普通高中育人方式改革的指导意见》《关于全面加强乡村小规模学校和乡镇寄宿制学校建设的指导意见》及《关于加强和改进新时代基础教育教研工作的意见》中促进信息技术与教育教学融合应用。
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