CN106781770A - 一种常态化互动录播系统 - Google Patents

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董振超
王新强
黄娜
霍建立
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Abstract

本发明提出了一种常态化互动录播系统，包括：多套录播设备、多台流媒体服务器、综合管理服务器，其中，所述综合管理服务器与多个学校的流媒体服务器进行通信，每个学校内安装有一台流媒体服务器，该流媒体服务器与该学校中每个教室内的录播设备进行通信，在所述综合管理服务器的管理下，实现主讲教师与邀请的多个辅助教室的学生和教师的音视频互动。本发明通过多级部署、集中管理的模式实现了校‑局互联互通、扩大了教育资源覆盖，实现一对多的教学课程的音视频互动。

Description

一种常态化互动录播系统
技术领域
本发明涉及教育信息化技术领域，特别涉及一种常态化互动录播系统。
背景技术
回顾“十二五”期间，随着国家教育信息化工作在以“一师一优课，一课一名师”等为目标的项目推动下，大中专院校及高中小学校的校园网、多媒体教室等硬件基础设施建设有了突破性的进展，但与此同时也发现了很多问题。教师把使用教育信息化手段教学还停留在辅助层面，对信息化教学设备使用率偏低，这使得教学模式的创新还存在很多不足，难以广泛推广和应用。
当前“十三五”期间，我国教育信息化要围绕坚持促进信息技术与教育教学的深度融合这一核心理念，坚持应用驱动、机制创新两个方针的基本思路，在不断创新教学模式、提高教学质量的基础上大力推进教育信息化。
录播教室系统以录制课堂实录为主线，以大量生产课程资源为特点，为教育资源的应用奠定了基础，满足信息化教学发展的需要。但目前市场上的精品录播系统存在一些问题，如设备成本高、教室装修复杂、资源利用难等，使得录播教室在教育教学领域难以得到广泛的推广和应用。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
为此，本发明的目的在于提出一种常态化互动录播系统，通过多级部署、集中管理的模式实现了校-局互联互通、扩大了教育资源覆盖，实现一对多的教学课程的音视频互动。
为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种常态化互动录播系统，包括：包括：多套录播设备、多台流媒体服务器、综合管理服务器，其中，所述综合管理服务器与多个学校的流媒体服务器进行通信，每个学校内安装有一台流媒体服务器，该流媒体服务器与该学校中每个教室内的录播设备进行通信，所述综合管理服务器用于存储有学校、教师及学生的基本信息并提供其相关教学状态的显示界面，当所述综合管理服务器平台接收到来自主讲教师的互动录播请求后，其中，所述互动录播请求包括：该主讲教师的基本信息和邀请互动的其他教室的基本信息，由所述综合管理服务器根据该主讲教师的基本信息查找到其所在的学校，并向该学校的流媒体服务器发送录播指令，同时所述综合管理服务器根据邀请互动的其他教室的基本信息，通过平台通知相应教师启动音视频互动，以实现主讲教师与被邀请教室内的学生和老师的音视频互动，
所述流媒体服务器接收到来自所述综合管理服务器的录播指令后，根据录播指令中的主讲教师信息，查找其所在的教室，获取并存储该教室的录播数据，所述邀请互动的其他教室的学生或教师可通过登录到流媒体服务器查看录播数据，实现与主讲教师的音视频互动；
每个所述录播设备安装于教室内，包括：音频采集模块、视频采集模块、录播盒子、录播一体机、投影仪、触控电子白板，其中，
所述音频采集模块用于采集所述本间教室的音频信号，并输入至音频处理器，由所述音频处理器将处理后的音频信号输入至所述录播盒子；
所述视频采集模块用于采集所述本间教室的视频信号，并输入至所述录播盒子；
所述录播一体机设置有ID卡识别单元，用于接收主讲教师通过ID卡录入的基本信息，该基本信息与教师在综合管理服务器上绑定的信息一致，通过在录播一体机上扫描该ID卡即可实现自动登录平台，向平台发送互动录播请求，以及所述录播一体机还用于接收来自投影仪的数据和来自触控电子白板的手写内容并发送至所述录播盒子；
所述录播盒子用于对接收到的音频信号和视频信号、来自投影仪的数据和来自触控电子白板的手写内容进行转码，并将转码后的信号发送至所述流媒体服务器，由该流媒体服务器存储在本地，并通知所述综合管理服务器录播开始，被邀请教室的学生或教师在登录所述综合管理服务器的平台后，转接到主讲教师的流媒体服务器上，实时获取教学视频，以实现教学视频的同步实时播放，实现主讲教师与被邀请教室内的学生和老师的音视频互动。
进一步，所述视频采集模块包括：学生摄像机、教师摄像机，其中，所述学生摄像机用于采集学生的视频信号；所述教师摄像机配置有云台，用于采集教师的视频信号。
进一步，所述音视频互动至少包括以下方式之一：
(1)主讲教师与多个被邀请教师或学生通过各自录播设备，并借助综合管理服务器实现一对多个音视频互动，每个所述被邀请教师或学生通过其所在教室的录播设备实现音频、视频及文本互动；
(2)同屏互动：对于主讲教师与多个被邀请的教师或学生，每个人通过其所在教室的触控电子白板的书写内容，均同步到其他教室的触控电子白板，进行实时同步显示，实现同屏互动共享。
进一步，所述录播一体机上设置有自动录制键，以在教师的操控下一键录制音视频，自动将来自录播盒子、投影仪和触控电子白板的数据发送至所述流媒体服务器。
进一步，所述综合管理服务器提供针对录播数据的在线编辑及转发功能，由所述主讲教师登录平台后，在自己的个人帐号界面下查找到该录播数据，并进行编辑或转发操作。
进一步，所述综合管理服务器自动将录制完的互动录播视频课程上传至主讲教师的个人账号中，为主讲教师提供在线剪辑、索引打点、添加片头尾、导播画面编辑及视频合成操作，编辑完成的视频通过所述互动应用平台发送给学生进行线下点播观看。
进一步，所述综合管理服务器还用于统计互动录播视频的播放数据，其中，所述播放数据包括：统计观看过该视频的学生ID、日播放量、总播放量、每个学生观看的视频长度，以及向学生提供针对该视频的在线笔记和讨论区功能。
进一步，所述学生通过所述录播一体机或移动终端登录所述综合管理服务器进行点播观看及切片式笔记管理，包括：将视频时间驻点与学生通过平台记录的笔记进行关联，以便于后续分析及查找。
进一步，在巡课过程中，对在同一屏幕内显示的互动录播视频，采用三路主辅画面切换设置，其中，三路画面包括：主讲教师画面、学生画面和VGA画面，其中，将上述三路画面中的一路设置为高码率主画面，另两路画面设置为低码率辅助画面，并根据预先配置的切换时，对每个画面的码率实现自动轮换。
进一步，所述综合管理服务器还用于获取多个辅助教室的视频监控画面，并将上述画面进行同屏显示，以实现对每个辅助教室的教学过程进行监控。
根据本发明实施例的常态化互动录播系统，通过在每个教室安装一套录播设备，实现将每个教室升级为一间互动录播教室，每个互动录播教室的音频信号和视频信号需上传至学校内的流媒体服务器进行存储，流媒体服务器再转发至其他学校，由综合管理服务器进行集中管理，通过采用这种多级部署、集中管理的模式实现了校-局互联互通；通过一个主讲教室带多个辅助教室的模式，实现一对多的教学课程的音视频互动，实现了教育资源的分享，扩大了优质教育资源的覆盖，解决了教育资源区域均衡化问题，使教育资源更开放，跨区域教学互动更便捷，充分体现了常态化、高扩展、高共享、高灵活、高经济、高易用的优势；学生不仅可以在线实时听课互动，还可以线下温习，实现了随时随地学习的便捷。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例的常态化互动录播系统的结构图；
图2为本发明实施例的录播设备的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明实施例的一种常态化互动录播系统，包括：多套录播设备100、多个流媒体服务器200、综合管理服务器300。其中，综合管理服务器300可以放置于区县教育局或其他位置处。该综合管理服务器300与多个学校的流媒体服务器200进行通信，每个学校内安装有一台流媒体服务器200，该流媒体服务器200与该学校中每个教室内的录播设备100进行通信。由此，形成教室-学校-教育局的多级部署、集中管理模式，实现了校-局互联互通。
下面分别对各个模块的功能和结构进行说明。
具体地，综合管理服务器300用于存储有学校、教师及学生的基本信息并提供其相关教学状态的显示界面。
当综合管理服务器300接收到来自主讲教师的互动录播请求后，其中，互动录播请求包括：该主讲教师的基本信息和邀请互动的其他教室的基本信息，由综合管理服务器300根据该主讲教师的基本信息查找到其所在的学校，并向该学校的流媒体服务器200发送录播指令。
同时，综合管理服务器300根据邀请互动的其他教室的基本信息，通过平台通知相应教师启动音视频互动，以实现主讲教师与被邀请教室内的学生和老师的音视频互动。
流媒体服务器200接收到来自综合管理服务器300的录播指令后，根据录播指令中的主讲教师信息，查找其所在的教室，获取并存储该教室的录播数据。
进而，邀请互动的其他教室的学生或教师可通过登录到流媒体服务器上查看录播数据，实现与主讲教师的音视频互动。
当进行直播互动时，发起直播的教室为主讲教室，收听直播的教室为辅助教室，每个学校能够有多个主讲教室和多个辅助教室，每个主讲教室支持多个辅助教室的收听。
音视频互动至少包括以下方式之一：
(1)主讲教师与多个被邀请教师或学生通过各自录播设备100，并借助综合管理服务器300实现一对多个音视频互动，每个被邀请教师或学生通过其所在教室的录播设备100实现音频、视频及文本互动；
(2)同屏互动：对于主讲教师与多个被邀请的教师或学生，每个人通过其所在教室的触控电子白板的书写内容，均同步到其他教室的触控电子白板，进行实时同步显示，实现同屏互动共享。
综合管理服务器300上搭建有互动应用平台，该平台基于B/S架构，采用Moodle(Modular Object-Oriented Dynamic Learning Environment，模块化面向对象的动态学习环境)课程管理平台设计理念，互动的角色包括主讲教师和学生，由主讲教师发起直播，辅助教室内的学生进行点播。
每个主讲教室和收听该主讲教室的多个辅助教室之间通过互动应用平台进行互动，互动的角色包括主讲教师和学生，由主讲教师发起直播，辅助教室内的学生收听直播。
直播过程中，主讲教师和学生进行实时音视频互动，互动应用平台接收主讲教师的音视频互动指令，以由主讲教师选择接入一个辅助教室回传的音视频信号，其中，回传的音频信号通过音频处理器处理后进行外放。互动应用平台还接收主讲教师的同屏互动指令，以为主讲教师提供同屏互动功能，使得主讲教师邀请参与直播的多个辅助教室的学生进行实时同屏互动，在辅助教室的学生接收该邀请后，由每个辅助教室内的触控电子白板将书写的互动内容实时发送至互动应用平台，以由互动应用平台将多个辅助教室发来的书写内容进行同屏共享。
下面参考图2对录播设备100的结构进行说明。
每个录播设备100安装于教室内，包括：音频采集模块、视频采集模块、录播盒子、录播一体机、投影仪、触控电子白板、音响。
具体地、音频采集模块用于采集本间教室的音频信号，并输入至音频处理器，由音频处理器将处理后的音频信号输入至录播盒子。视频采集模块用于采集本间教室的视频信号，并输入至录播盒子。
具体地，音频采集模块1用于采集本间教室的音频信号，并输入至音频处理器3，音频处理器3通过回声抑制功能抑制回传的音频信号，避免回传的音频信号被扩音后再次传输的叠音干扰。同时，音频处理器3的自适应语音增益技术保证了教师录制音频的高清晰度，实时背景建模技术可自动滤除除人声以外的环境噪音，输出高信噪比音频信号，音频处理器3将处理后的音频信号输入至录播盒子4。
视频采集模块2用于采集本间教室的视频信号，采用全IP多流传输，可同时接入多路高清网络摄像机和多媒体信号进行采集硬编码，并输入至录播盒子4。
参考图2，视频采集模块包括：学生摄像机、教师摄像机，其中，学生摄像机用于采集学生的视频信号；教师摄像机配置有云台，用于采集教师的视频信号。
录播一体机设置有ID卡识别单元，用于接收主讲教师通过ID卡录入的基本信息，该基本信息与教师在综合管理服务器300上绑定的信息一致，通过在录播一体机上扫描该ID卡即可实现自动登录平台，向平台发送互动录播请求。
此外，录播一体机还用于接收来自投影仪的数据和来自触控电子白板的手写内容，将上述数据统一发送至录播盒子。
优选地，录播一体机5采用X86工控机和嵌入式的混合架构设计，集成度高、稳定性好，可连续24小时无故障运行，有效保障课程的录制及多间教室的实时互动的需要，同时基于Windows系统开发，具有高易用、强交互能力，可在互动中展现良好的交互感受。
此外，录播一体机5还包括导播模块，导播模块内置符合教学场景的人性化导播策略，自动侦测触控电子白板8、鼠标及键盘的操作，一旦侦测到有相关操作，则优先切换VGA画面进行录制。
录播盒子用于对接收到的音频信号和视频信号、来自投影仪的数据和来自触控电子白板的手写内容进行转码，并将转码后的信号发送至流媒体服务器200。由该流媒体服务器200存储在本地，并通知综合管理服务器300录播开始。被邀请教室的学生或教师在登录综合管理服务器的平台后，转接到主讲教师的流媒体服务器上，实时获取教学视频，以实现教学视频的同步实时播放，实现主讲教师与被邀请教室内的学生和老师的音视频互动。
具体地，录播盒子4内嵌帧同步校准模块，实现在音视频传输过程中多路视频的同步控制，保证多画面采集传输的一致性。同时，为了适配互动低延时下的网络带宽需要，通过双码流采集实现自动无缝码流切换，在保证互动流畅、唇音同步的情况下，可将网络带宽减少42％～67％。
课程录制结束后，综合管理服务器300的互动应用平台接收来自主讲教师的课程结束指令，以实现结束课程。
综合管理服务器300自动将录制完的互动录播视频课程上传至主讲教师的个人账号中，为主讲教师提供在线剪辑、索引打点、添加片头尾、导播画面编辑及视频合成操作，编辑完成的视频通过互动应用平台发送给学生进行线下点播观看。
综合管理服务器300提供在线编辑及转发功能，由主讲教师登录平台后，在自己的个人帐号界面下查找到该录播数据，并进行编辑或转发操作。
综合管理服务器300还用于统计互动录播视频的播放数据，其中，播放数据包括：统计观看过该视频的学生ID、日播放量、总播放量、每个学生观看的视频长度，以及向学生提供针对该视频的在线笔记和讨论区功能。由此，根据学生的点播次数提供视频观看数据、视频热度分布数据的统计分布，方便主讲教师更准确地掌握学生的学习情况。
学生通过录播一体机或移动终端登录综合管理服务器300进行点播观看及切片式笔记管理，包括：将视频时间驻点与学生通过平台记录的笔记进行关联，以便于后续分析及查找。
互动应用平台通过在视频教程的界面下方设置讨论界面，学生及教师可以通过该界面的讨论区进行互动讨论，实时反馈学习内容和问题，提高学习效率。
另外，综合管理服务器300还用于获取多个辅助教室的视频监控画面，并将上述画面进行同屏显示，以实现对每个辅助教室的教学过程进行监控。
在巡课过程中，对在同一屏幕内显示的互动录播视频，采用三路主辅画面切换设置，其中，三路画面包括：主讲教师画面、学生画面和VGA画面，其中，将上述三路画面中的一路设置为高码率主画面，另两路画面设置为低码率辅助画面，并根据预先配置的切换时，对每个画面的码率实现自动轮换。
根据本发明实施例的常态化互动录播系统，通过在每个教室安装一套录播设备，实现将每个教室升级为一间互动录播教室，每个互动录播教室的音频信号和视频信号需上传至学校内的流媒体服务器进行存储，流媒体服务器再转发至其他学校，由综合管理服务器进行集中管理，通过采用这种多级部署、集中管理的模式实现了校-局互联互通；通过一个主讲教室带多个辅助教室的模式，实现一对多的教学课程的音视频互动，实现了教育资源的分享，扩大了优质教育资源的覆盖，解决了教育资源区域均衡化问题，使教育资源更开放，跨区域教学互动更便捷，充分体现了常态化、高扩展、高共享、高灵活、高经济、高易用的优势；学生不仅可以在线实时听课互动，还可以线下温习，实现了随时随地学习的便捷。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (10)

1.一种常态化互动录播系统，其特征在于，包括：多套录播设备、多台流媒体服务器、综合管理服务器，其中，所述综合管理服务器与多个学校的流媒体服务器进行通信，每个学校内安装有一台流媒体服务器，该流媒体服务器与该学校中每个教室内的录播设备进行通信，
所述综合管理服务器用于存储有学校、教师及学生的基本信息并提供其相关教学状态的显示界面，当所述综合管理服务器平台接收到来自主讲教师的互动录播请求后，其中，所述互动录播请求包括：该主讲教师的基本信息和邀请互动的其他教室的基本信息，由所述综合管理服务器根据该主讲教师的基本信息查找到其所在的学校，并向该学校的流媒体服务器发送录播指令，同时所述综合管理服务器根据邀请互动的其他教室的基本信息，通过平台通知相应教师启动音视频互动，以实现主讲教师与被邀请教室内的学生和老师的音视频互动，
所述流媒体服务器接收到来自所述综合管理服务器的录播指令后，根据录播指令中的主讲教师信息，查找其所在的教室，获取并存储该教室的录播数据，所述邀请互动的其他教室的学生或教师可通过登录到流媒体服务器查看录播数据，实现与主讲教师的音视频互动；
每个所述录播设备安装于教室内，包括：音频采集模块、视频采集模块、录播盒子、录播一体机、投影仪、触控电子白板，其中，
所述音频采集模块用于采集所述本间教室的音频信号，并输入至音频处理器，由所述音频处理器将处理后的音频信号输入至所述录播盒子；
所述视频采集模块用于采集所述本间教室的视频信号，并输入至所述录播盒子；
所述录播一体机设置有ID卡识别单元，用于接收主讲教师通过ID卡录入的基本信息，该基本信息与教师在综合管理服务器上绑定的信息一致，通过在录播一体机上扫描该ID卡即可实现自动登录平台，向平台发送互动录播请求，以及所述录播一体机还用于接收来自投影仪的数据和来自触控电子白板的手写内容，并发送至所述录播盒子；
所述录播盒子用于对接收到的音频信号和视频信号、来自投影仪的数据和来自触控电子白板的手写内容进行转码，并将转码后的信号发送至所述流媒体服务器，由该流媒体服务器存储在本地，并通知所述综合管理服务器录播开始，被邀请教室的学生或教师在登录所述综合管理服务器的平台后，转接到主讲教师的流媒体服务器上，实时获取教学视频，以实现教学视频的同步实时播放，实现主讲教师与被邀请教室内的学生和老师的音视频互动。
2.根据权利要求1所述的常态化互动录播系统，其特征在于，所述视频采集模块包括：学生摄像机、教师摄像机，其中，
所述学生摄像机用于采集学生的视频信号；所述教师摄像机配置有云台，用于采集教师的视频信号。
3.根据权利要求1所述的常态化互动录播系统，其特征在于，所述音视频互动至少包括以下方式之一：
(1)主讲教师与多个被邀请教师或学生通过各自录播设备，并借助综合管理服务器实现一对多个音视频互动，每个所述被邀请教师或学生通过其所在教室的录播设备实现音频、视频及文本互动；
(2)同屏互动：对于主讲教师与多个被邀请的教师或学生，每个人通过其所在教室的触控电子白板的书写内容，均同步到其他教室的触控电子白板，进行实时同步显示，实现同屏互动共享。
4.根据权利要求1所述的常态化互动录播系统，其特征在于，所述录播一体机上设置有自动录制键，以在教师的操控下一键录制音视频，自动将来自录播盒子、投影仪和触控电子白板的数据发送至所述流媒体服务器。
5.如权利要求4所述的常态化互动录播系统，其特征在于，所述综合管理服务器提供针对录播数据的在线编辑及转发功能，由所述主讲教师登录平台后，在自己的个人帐号界面下查找到该录播数据，并进行编辑或转发操作。
6.根据权利要求5所述的常态化互动录播系统，其特征在于，所述综合管理服务器自动将录制完的互动录播视频课程上传至主讲教师的个人账号中，为主讲教师提供在线剪辑、索引打点、添加片头尾、导播画面编辑及视频合成操作，编辑完成的视频通过所述互动应用平台发送给学生进行线下点播观看。
7.根据权利要求4所述的常态化互动录播系统，其特征在于，所述综合管理服务器还用于统计互动录播视频的播放数据，其中，所述播放数据包括：统计观看过该视频的学生ID、日播放量、总播放量、每个学生观看的视频长度，以及向学生提供针对该视频的在线笔记和讨论区功能。
8.根据权利要求7所述的常态化互动录播系统，其特征在于，所述学生通过所述录播一体机或移动终端登录所述综合管理服务器进行点播观看及切片式笔记管理，包括：将视频时间驻点与学生通过平台记录的笔记进行关联，以便于后续分析及查找。
9.根据权利要求1所述的常态化互动录播系统，其特征在于，在巡课过程中，对在同一屏幕内显示的互动录播视频，采用三路主辅画面切换设置，其中，三路画面包括：主讲教师画面、学生画面和VGA画面，其中，将上述三路画面中的一路设置为高码率主画面，另两路画面设置为低码率辅助画面，并根据预先配置的切换时，对每个画面的码率实现自动轮换。
10.根据权利要求1所述的常态化互动录播系统，其特征在于，所述综合管理服务器还用于获取多个辅助教室的视频监控画面，并将上述画面进行同屏显示，以实现对每个辅助教室的教学过程进行监控。
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