CN107026995A - 录播设备及录播方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多镜头录播设备，主要包括主板、微处理器、网络交换机和摄像头模块；所述摄像头模块通过网络交换机与主板相连，摄像头模块与网络交换机通过网络外接口连接；所述微处理器同时连接主板和摄像头模块；主板上设置有内装主系统的中央处理器；所述摄像头模块主要包括摄像头一、摄像头二、同帧振荡器、HDMI视频采集模块和GPU。本发明还公开了上述录播设备的录播方法。本发明通过多镜头摄录视频图像，用以太网传输内部数据，视频图像经GPU拼接，再由CPU进行压缩。另外公开了一种单镜头录播设备及录播方法。本发明用价格低廉的普通摄像头和电子部件就能达到很高的录播精度，并且网络视频流量低，使得高质量常态录/直播变为现实。

Description

录播设备及录播方法

技术领域

本发明属于音频视频录播设备技术领域，具体涉及一种录播设备及录播方法。

背景技术

良好的教育对于社会非常重要。好的教学内容应当被自动录下来，科学研究中好的报告也应当被录下来，以便好的内容可以被更多的人分享。再如，学生可以用这些课堂内容视频帮助他们做作业，准备测验与考试，或补习缺失的课程以便赶上进度。目前蓬勃发展的慕课、微课、翻转课堂等在线教育服务，对录播设备都有强烈的需求。

录播设备是近年来出现的新型设备，广泛地用于教育、医疗和视频会议中。通常的录播设备有几路视频输入，每一路视频是单摄像头，数据放到数据采集卡上，并由CPU/GPU进行压缩、编码、解码等。

现有技术中针对课堂上课的录播设备，都是使用一个摄像头录制黑板上的内容。录制的比例通常是2比1，或者是16比9，录播的精度为高清或全高清。不过，通常黑板的比例是4比1。为了解决这个问题，现有的方法是进行人工操作或者用旋转摄像头，以选择录制的内容。但是，人工录制增加了人力成本、旋转摄像头则造价成本高，而且两者都不够可靠，其镜头运动不够流畅，而且录制过程中往往会丢掉一些无法复制的原始内容。

同时，现有的这些设备仅仅满足了初步的录播需要，但是造价昂贵并且分辨率低，安装与操作也很复杂，码流较高，不能满足价廉物美的市场需求，也不符合通过普通互联网传输常态课堂的录播需求。

发明内容

本发明的目的正是为了解决现有录播设备精度低、成本高、比特率高不能满足常态录播需求等技术问题，提出了一种新型的多镜头录播设备，简化了硬件结构，降低了制造成本，大大提高了图像精度，实现了画面比例调整，同时低比特率更利于网络传输，真正做到了价廉物美。

本发明提供了一种多镜头录播设备，主要包括主板、微处理器、网络交换机和摄像头模块。所述摄像头模块通过网络交换机与主板相连，摄像头模块与网络交换机通过网络外接口连接。所述微处理器同时连接主板和摄像头模块。主板上设置有内装主系统的中央处理器。所述摄像头模块主要包括摄像头一、摄像头二、同帧振荡器、HDMI视频采集模块和GPU。

进一步地，所述主板上连接有硬盘驱动器、WiFi模块、USB网口、USB音频接口和直播模块。

进一步地，所述微处理器连接有红外接收板、LED指示灯和电源适配器。

进一步地，所述摄像头一、摄像头二为网络摄像头，主板、网络摄像头和HDMI视频采集模块通过网络交换机相互连接。

作为进一步地优选技术手段，所述GPU集成在主板上。

本发明还提供了一种录播方法，基于前述的多镜头录播设备：

一，直流电源为多镜头录播设备供电；

二，两个摄像头同步采集视频图像；

三，HDMI视频采集模块将视频图像编码为高比特率流，并将其发送到GPU；

四，GPU将来自两个摄像镜头的视频图像解码，并将它们拼接在一起；

五，视频处理模块处理从GPU接收拼接的视频流，根据校准信息将不同的帧融合成最终视频图像，并将融合视频图像以原始格式编码在中央处理器上；

六，融合视频图像自动转换为若干种分辨率格式；

七，中央处理器将视频进行直播，或以低比特率存储在硬盘驱动器中。

进一步地，客户终端设备通过主板上设置的WiFi模块，访问录播设备，实现在线直播、点播。

本发明另外还提供了一种单镜头录播设备，主要包括主板、微处理器、网络交换机和摄像头模块。所述摄像头模块通过网络交换机与主板相连，摄像头模块与网络交换机通过网络外接口连接。所述微处理器同时连接主板和摄像头模块。主板上设置有内装主系统的中央处理器。所述摄像头模块主要包括单摄像头、HDMI视频采集模块和GPU。

以及基于单镜头录播设备的如下录播方法：

一，直流电源为单镜头录播设备供电；

二，摄像头采集视频图像；

三，HDMI视频采集模块将视频图像编码为高比特率流，并将其发送到GPU；

四，GPU将来自摄像镜头的视频图像解码，并进行形状和色差校正；

五，视频处理模块处理从GPU接收拼接的视频流，根据校准信息将不同的帧融合成最终视频图像，并将融合视频图像以原始格式编码在中央处理器上；

六，融合视频图像自动转换为若干种分辨率格式；

七，中央处理器将视频进行直播，或以低比特率存储在硬盘驱动器中。

本发明通过多镜头摄录视频图像，用以太网传输内部数据，视频图像经GPU拼接，再由CPU进行压缩。本发明用价格低廉的普通摄像头和电子部件就能达到很高的录播精度，并且网络视频流量低，使得高质量常态录/直播变为现实。另一种单镜头录播设备，通过图像校正和压缩，同样能够达到上述技术效果。

附图说明

图1是本发明多镜头录播设备的总体结构框图；

图2是本发明中摄像头模块实施例一的结构示意图；

图3是本发明多镜头录播设备的工作流程图；

图4是本发明中摄像头模块实施例二的结构示意图；

图5是本发明单镜头录播设备的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

实施例一

如图1所示，本发明的一种多镜头录播设备，主要包括主板、微处理器(MCU)、网络交换机和摄像头模块。所述摄像头模块通过网络交换机与主板相连，摄像头模块与网络交换机通过网络外接口连接。该网络外接口具有多个接口。微处理器同时连接主板和摄像头模块。作为优选，本发明的主板上设置有中央处理器(如Intel CPU)，内装有GNU/Linux操作主系统，MCU是一个8位简单计算机，运行简单的软件。

其中，主板上连接有硬盘驱动器、WiFi模块、USB网口(以太网)、USB音频接口和直播模块。主板上仅有的一个以太网接口用于连接网络交换机，以实现设备内部的数据交换，因此本发明使用了若干USB以太网口用于连接外部设备。本发明也提供多路外接视频采集线，以便采集教室内学生的视频。设备提供USB音频适配器，可以接入音频线，实现单声道麦克风输入和音频输出。WiFi模块直接连接到主板上，用于实现本地WiFi热点功能。

微处理器连接有红外接收板和LED指示灯，红外接收板用于接收遥控器信号，并通过LED指示灯体现其工作状态。电源适配器为微处理器提供合适的直流工作电压。

本发明的摄像头模块采用多摄像头结构，附图2示出了其中一个优选的实施例，主要包括摄像头一、摄像头二、同帧振荡器、HDMI视频采集模块和GPU。摄像头一和摄像头二分别同时连接同帧振荡器、HDMI视频采集模块。同帧振荡器与HDMI视频采集模块相连。其中，多摄像头为网络摄像头，主板(实质上是集成在其上的GPU)、网络摄像头和HDMI视频采集模块通过网络交换机相互连接。

如图2所示，本实施例的摄像头模块具有共享的同帧振荡器，各网络摄像头均与该同帧振荡器相连，以简化帧同步的过程。因为来自两个摄像头的帧被合并成一个图像，所以两个摄像头的帧必须是同步的，即必须保证在同一时刻拍摄。作为一种优选的技术手段，摄像头模块的GPU可以集成在前述的主板上。

参见附图3，本实施例的工作原理和工作过程如下：

当设备由直流电源(如，经电源适配器转换为19V)供电时，微控制器(MCU)将一直处于运行状态。此后，

1、通过红外遥控器操作MCU发送命令，使得主板启动；

2、主板通过中央处理器加载主系统，并启动内部软件，其中，主系统内部具有视频处理模块、转换服务模块、校准模块、MCU通信模块和WEB用户界面等；

3、主系统通过MCU发送命令为本发明多镜头录播设备的各组成部分上电；

4、摄像头模块加载子系统；

5、摄像头同步采集视频图像；

6、HDMI视频采集模块将视频编码为高比特率(5M-10M/s)流，并将其发送到GPU；

7、GPU将来自两个摄像镜头的视频解码，并将它们拼接在一起；

8、视频处理模块处理从GPU接收拼接的视频流，根据校准信息将不同的帧融合成最终视频图像，并将视频以原始格式编码在中央处理器上；

9、融合视频图像稍后会由转换服务模块自动转换为若干种分辨率格式(如MP4、MKV等)；

10、中央处理器将视频进行直播，或以低比特率(1M/s)存储在硬盘驱动器中供进一步使用。

在上述步骤8中，校准实用程序使用计算机视觉技术识别摄像头图像中的背景并计算信息，再通过视频处理软件将两个图像进行融合。

在一个具体应用中，本发明采用多镜头的目的是获取更宽的图像，匹配教室黑板的长宽比，全景展示教室上课时板书画面。比如通过两个镜头分别采集信号，两路信号通过图像拼接技术实时融合，获得清晰的全景黑板画面。融合后图像分辨率能够达到3840*1080，贴近真实黑板比例。通过双镜头采集视频信号，也大大地降低了达到高精度录制的设备成本。

本实施例中使用双镜头融合技术获取的宽幅视频信号，镜头采集到的视频信号经由数据采集卡传递给数据处理模块，视频信号通过H.264(或H.265)视频压缩技术进行压缩处理。外设拾音器采集到的音频数据同步传递给数据处理模块，音视频数据经过同步、压缩处理后，存储到设备内置的硬盘中。H.264(或H.265)视频编解码标准有低码率(Low BitRate)、图像质量高、容错能力强、网络适应性强等优点。另外可以充分利用H.264(或H.265)的优点，把教师和学生与背景(黑板)分开，大幅度压缩了视频数据。

本发明的Web用户界面由Web服务器、后端软件和客户端软件组成。它允许用户使用不同的设备(台式电脑、笔记本电脑、平板电脑、智能手机等)上的普通浏览器软件操作录播设备。客户终端设备通过主板上设置的WiFi模块，访问录播设备，实现在线直播、点播。

需要声明的是，本发明的网络摄像头不限于两个，具体数量视使用场景需要而定。

综上所述，本发明通过多镜头摄录视频图像，用以太网传输内部数据，视频图像经GPU拼接，再由CPU进行压缩。本发明用价格低廉的普通摄像头和电子部件就能达到很高的录播精度，并且网络视频流量低，使得高质量常态录/直播变为现实。

实施例二

参见附图1、4和5，本实施例二与实施例一在硬件上的区别在于，提供了一种单摄像头录播设备，其中的摄像头模块采用单摄像头结构，主要包括网络摄像头、HDMI视频采集模块和GPU。

通常情况下，单摄像头采集的图像在边缘处会存在扭曲和色差。本实施例中，HDMI视频采集模块将摄像头同步采集的视频图像编码为高比特率(5M-10M/s)流，并将其发送到GPU，然后GPU将对图像在边缘处的扭曲和色差进行校正，最后视频处理模块处理从GPU接收拼接的视频流，根据校准信息将不同的帧融合成最终视频图像，并将视频以原始格式编码在中央处理器上。

本发明的录播设备内置WiFi无线模块，可以用手机、平板电脑、PC等终端通过WiFi连接设备，进而通过内置客户端软件操控设备。本录播设备录制的音视频信号可以通过网络交换机的WAN端口进行直播，即可以通过互联网实时看到录制的课堂画面，通过内置无线模块也可在平板、PC等操控终端看到直播画面。通过互联网访问录播设备，可以实现在线直播、点播功能。

本实施例适用于背景宽度不是很大的录播场景，单摄像头结构进一步降低了设备成本。

本发明的录播设备在实际录播过程中，可选择多种输出分辨率的视频信号，当选择4K(3840*1080)分辨率时，录制9分18秒的视频文件大小44MB，录制一小时的视频占用存储空间约540MB，音频同步清晰，可以清楚的看到黑板上板书的文字。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

本发明不限于以上对实施例的描述，本领域技术人员根据本发明揭示的内容，在本发明基础上不必经过创造性劳动所进行的改进和修改，比如内置摄像头、内置主机分别改为外置摄像头、外置主机或者反之等，都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多镜头录播设备，主要包括主板、微处理器、网络交换机和摄像头模块，其特征在于：

所述摄像头模块通过网络交换机与主板相连；

摄像头模块与网络交换机通过网络外接口连接；

所述微处理器同时连接主板和摄像头模块；

主板上设置有内装主系统的中央处理器；

所述摄像头模块主要包括摄像头一、摄像头二、同帧振荡器、HDMI视频采集模块和GPU。

2.根据权利要求1所述的一种多镜头录播设备，其特征在于：

所述主板上连接有硬盘驱动器、WiFi模块、USB网口、USB音频接口和直播模块。

3.根据权利要求1所述的一种多镜头录播设备，其特征在于：

所述微处理器连接有红外接收板、LED指示灯和电源适配器。

4.根据权利要求1所述的一种多镜头录播设备，其特征在于：

所述摄像头一、摄像头二为网络摄像头，所述主板、网络摄像头和HDMI视频采集模块通过所述网络交换机相互连接。

5.根据权利要求1所述的一种多镜头录播设备，其特征在于：

所述GPU集成在主板上。

6.一种基于权利要求1-5任一项所述的多镜头录播设备的录播方法，其特征在于：

一，直流电源为多镜头录播设备供电；

二，两个摄像头同步采集视频图像；

三，HDMI视频采集模块将视频图像编码为高比特率流，并将其发送到GPU；

四，GPU将来自两个摄像镜头的视频图像解码，并将它们拼接在一起；

五，视频处理模块处理从GPU接收拼接的视频流，根据校准信息将不同的帧融合成最终视频图像，并将融合视频图像以原始格式编码在中央处理器上；

六，融合视频图像自动转换为若干种分辨率格式；

七，中央处理器将视频进行直播，或以低比特率存储在硬盘驱动器中。

7.根据权利要求6所述的录播方法，其特征在于：

客户终端设备通过主板上设置的WiFi模块，访问录播设备，实现在线直播、点播。

8.一种单镜头录播设备，主要包括主板、微处理器、网络交换机和摄像头模块,其特征在于：

所述摄像头模块通过网络交换机与主板相连，摄像头模块与网络交换机通过网络外接口连接；

所述微处理器同时连接主板和摄像头模块；

主板上设置有内装主系统的中央处理器；

所述摄像头模块主要包括单摄像头、HDMI视频采集模块和GPU。

9.一种基于权利要求8所述的单镜头录播设备的录播方法，其特征在于：

一，直流电源为单镜头录播设备供电；

二，摄像头采集视频图像；

三，HDMI视频采集模块将视频图像编码为高比特率流，并将其发送到GPU；

四，GPU将来自摄像镜头的视频图像解码，并进行形状和色差校正；

五，视频处理模块处理从GPU接收拼接的视频流，根据校准信息将不同的帧融合成最终视频图像，并将融合视频图像以原始格式编码在中央处理器上；

六，融合视频图像自动转换为若干种分辨率格式；

七，中央处理器将视频进行直播，或以低比特率存储在硬盘驱动器中。