CN111081100A - 一种全景教室的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全景教室的控制系统，包括中控系统、环幕显示系统、视频采集系统、人机交互系统、媒体处理系统、拾音系统、放音系统、灯光系统、电源管理系统、网络系统；环幕显示系统、视频采集系统、人机交互系统、媒体处理系统、拾音系统、放音系统、灯光系统、电源管理系统和网络系统均通过电性方式与中控系统连接；中控系统整合了中控主机、配置软件及中控系统App；人机交互系统包括了嵌入式触控平板电脑、手持式触控平板电脑、助教工作站、配置软件及交互系统App。有益效果：本发明通过多个系统之间的配合，构建了全方位、立体化、沉浸式的教学环境和氛围，实现了灵活易用的270°环幕全景教学体验，同时增加了多样化、智能化的教学互动功能。

Description

一种全景教室的控制系统

技术领域

本发明涉及全景系统技术领域，具体来说，涉及一种全景教室的控制系统。

背景技术

随着数字技术的发展和高校课程教学的需要，很多学校在教室内都装配了大尺寸的LED室内全彩表贴屏幕和拼接液晶屏幕，但是这些大屏除了把老师课件PPT内容放大之外，真正对教学体验和学生学习的效果帮助不大，所以有些学校建立了虚拟仿真实验室并使用VR头戴式设备进行课程教学尝试，但是以目前的技术水平，首先VR头戴式设备的佩戴体验不佳，画面清晰度也非常有限，长时间佩戴会造成眩晕等不适感，而且在每个学生在佩戴上VR头盔后无法方便有效地与周围的同学进行交流讨论，缺失了研讨式教学的氛围和环境，反而限制了学生在学习过程中自由的思想碰撞和各种创新创意的分享。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全景教室的控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种全景教室的控制系统，包括中控系统、环幕显示系统、视频采集系统、人机交互系统、媒体处理系统、拾音系统、放音系统、灯光系统、电源管理系统、网络系统；

所述环幕显示系统、视频采集系统、人机交互系统、媒体处理系统、拾音系统、放音系统、灯光系统、电源管理系统和网络系统均通过电性方式与所述中控系统连接；

所述中控系统整合了中控主机、配置软件及中控系统App；

所述人机交互系统包括了嵌入式触控平板电脑、手持式触控平板电脑、助教工作站、配置软件及交互系统App；

所述媒体处理系统包括了2D媒体主机、3D媒体主机、音频处理器、视频矩阵、2D画面融合器、3D画面融合器、配置软件及媒体处理系统App；

所述网络系统包括了路由器、交换机、无线AP、助教工作站、讲台电脑、课件大屏一体机、音频处理器、视频矩阵、2D媒体主机、3D媒体主机、中控主机、摄像机、投影机、2D画面融合器、3D画面融合器、课件投屏器、网络串口服务器、嵌入式触摸平板电脑和手持式触摸平板电脑；

所述助教工作站、课件大屏一体机、音频处理器、视频矩阵、2D媒体主机、3D媒体主机、中控主机、摄像机、投影机、2D画面融合器、3D画面融合器、课件投屏器、网络串口服务器、嵌入式触摸平板电脑均通过电性方式与所述交换机连接。所述讲台电脑、手持式触摸平板电脑通过802.11a/b/g/n/ac无线网络方式与所述无线AP连接，所述交换机、无线AP和路由器均通过电性方式与所述交换机连接。

进一步的，所述视频采集系统中配备了四台高清摄像机和四个课件投屏器，通过标准接口将视频信号传输给2D媒体主机，另外在与远程教室进行互动教学时，视频采集系统也能获取远程教室的摄像机画面和课件画面，并通过环幕显示系统显示出来。

进一步的，所述媒体处理系统将本教室多台摄像机画面、多个课件投屏器画面、2D媒体主机上的多媒体资源、3D媒体主机上的多媒体资源、远程教室的摄像机画面、远程教室的课件画面进行超大分辨率大于等于9600*1080像素点画面组织和布局，再经由2D画面融合器或3D画面融合器进行融合带处理后把信号传给环幕显示系统内的多台投影机，多台投影机投射在270°环幕上形成一张完整的超大分辨率大于等于9600*1080像素点画面。

进一步的，所述环幕显示系统中的多台高清投影机把超大分辨率的融合画面投射到半径约为5米、覆盖270°、弧长约为24米，高约为3.2米的圆弧硬幕上。投射出来的画面可以正常平滑地显示2D全景图片、2D全景视频、3D视频、三维模型。

进一步的，所述拾音系统通过麦克风将全景教室内拾取的声音经过调音台、音频处理器传输到2D媒体服务器，所述放音系统使用立体声扬声器，音频信号的传输采用低电阻大电流直接馈送方式，所选音频线材均为大截面无氧铜线。

进一步的，所述拾音系统和放音系统利用中控系统的中控主机通过局域网来控制音频处理器和功放，实现音量大小的调节和功放的开关。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明通过多个系统之间的配合，实现了全方位、立体化的教学环境，增加了学习互动的智能化和多样化；通过270°环幕，让学生置身于课程教学的情景之中，又能不失去与周边同学相互讨论研讨的氛围和环境，在大部分专业课程、虚拟实训、及安全教育和远程培训中都能大幅提升教学体验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的一种全景教室的控制系统的系统示意图；

图2是根据本发明实施例的一种网络系统的系统示意图；

图3是根据本发明实施例的一种媒体处理系统的系统示意图；

图4是根据本发明实施例的一种全景教室的整体布局示意图。

附图标记：

1、中控系统；2、环幕显示系统；3、视频采集系统；4、人机交互系统；5、媒体处理系统；6、拾音系统；7、放音系统；8、灯光系统；9、电源管理系统；10、网络系统；11、中控主机；12、投影机；13、摄像机；14、课件投屏器；15、嵌入式触控平板电脑；16、手持式触控平板电脑；17、助教工作站；18、麦克风；19、课件音频采集卡；20、立体声扬声器；21、补光灯；22、时序电源；23、路由器；24、交换机；25、无线AP；26、讲台电脑；27、课件大屏一体机；28、音频处理器；29、视频矩阵；30、2D媒体主机；31、3D媒体主机；32、中控主机；33、2D画面融合器；34、3D画面融合器；35、网络串口服务器。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对发明做出进一步的描述：

请参阅图1-4，根据本发明实施例的一种全景教室的控制系统，包括中控系统1、环幕显示系统2、视频采集系统3、人机交互系统4、媒体处理系统5、拾音系统6、放音系统7、灯光系统8、电源管理系统9、网络系统10；

所述环幕显示系统2、视频采集系统3、人机交互系统4、媒体处理系统5、拾音系统6、放音系统7、灯光系统8、电源管理系统9和网络系统10均通过电性方式与所述中控系统1连接；

所述中控系统1整合了中控主机11、配置软件及中控系统App；是一套基于网络架构的管理系统，可连接室内或大型设施中的所有硬件设备，并通过人机交互系统4中的嵌入式触控平板电脑15、手持式触控平板电脑16和助教工作站17轻松地集中控管这些设备。完成硬件连接后，用户可使用配置界面进行设备配置与设定。中控系统App随即联机至中控主机11，让您随时随地轻松地控制空间内的各种硬件设备。中控主机11可轻松地布署至现有的安装架构中，与相关硬件设备无缝整合，包含影音设备、照明设备、会议系统、空调、传感器、电源开关等。另外本系统在远程互动授课模式下也可以通过云导播软件远程发送指令对摄像机13实现控制，同时可对本地音视频等多媒体资源进行管理，满足日常教学培训、视频会议等的需求。智能灯光系统采用标准舞台灯光DMX512控制协议，通过平板电脑或者按键开关对现场所有可调光进行控制。

所述人机交互系统4包括了嵌入式触控平板电脑15、手持式触控平板电脑16、助教工作站17、配置软件及交互系统App；

所述媒体处理系统5包括了2D媒体主机30、3D媒体主机31、音频处理器28、视频矩阵29、2D画面融合器33、3D画面融合器34、配置软件及媒体处理系统App；

所述网络系统10包括了路由器23、交换机24、无线AP25、助教工作站17、讲台电脑26、课件大屏一体机27、音频处理器28、视频矩阵29、2D媒体主机30、3D媒体主机31、中控主机32、摄像机13、投影机12、2D画面融合器33、3D画面融合器34、课件投屏器14、网络串口服务器35、嵌入式触摸平板电脑15和手持式触摸平板电脑16；

所述助教工作站17、课件大屏一体机27、音频处理器28、视频矩阵29、2D媒体主机30、3D媒体主机31、中控主机32、摄像机13、投影机12、2D画面融合器33、3D画面融合器34、课件投屏器14、网络串口服务器35、嵌入式触摸平板电脑15均通过电性方式与所述交换机24连接。所述讲台电脑26、手持式触摸平板电脑16通过802.11a/b/g/n/ac无线网络方式与所述无线AP 25连接，所述无线AP 25和路由器23均通过电性方式与所述交换机24连接。

通过本发明的上述方案，所述视频采集系统3中配备了四台高清摄像机13和四个课件投屏器14，通过标准接口将视频信号传输给2D媒体主机30，另外在与远程教室进行互动教学时，视频采集系统3也能获取远程教室的摄像机画面和课件画面，并通过环幕显示系统2显示出来。

所述媒体处理系统5将本教室多台摄像机13画面、多个课件投屏器14画面、2D媒体主机30上的多媒体资源、3D媒体主机31上的多媒体资源、远程教室的摄像机画面、远程教室的课件画面进行超大分辨率大于等于9600*1080像素点画面组织和布局，再经由2D画面融合器33或3D画面融合器34进行融合带处理后把信号传给环幕显示系统2内的多台投影机12，多台投影机12投射在270°环幕上形成一张完整的超大分辨率大于等于9600*1080像素点画面。

所述环幕显示系统2中的多台高清投影机12把超大分辨率的融合画面投射到半径约为5米、覆盖270°、弧长约为24米，高约为3.2米的圆弧硬幕上。投射出来的画面可以正常平滑地显示2D全景图片、2D全景视频、3D视频、三维模型。

所述拾音系统6通过麦克风18将全景教室内拾取的声音经过调音台、音频处理器28传输到2D媒体服务器30，所述放音系统7使用立体声扬声器20，音频信号的传输采用低电阻大电流直接馈送方式，所选音频线材均为大截面无氧铜线。

所述放音系统7使用立体声扬声器20，放音系统方案设计的指导思想是：由于全景教室主要用途是授课及培训，方案着重提高系统的语言清晰度和声场均匀度，保证良好的人声重放效果。配置合适的周边器材，满足教学和培训等用途。采取的主要技术措施是：针对教室易出现的强反射声导致声音混浊，在设计时采用分区布置扬声器方式。利用扬声器系统的窄角度、高指向性特性(典型覆盖角度30-60度)，将主要直达声直接投向学生区，以得到良好的直达声与混合声之比，并尽可能控制强反射声，提高语言清晰度。针对每块供声区域的声反射特性，采用适当的功率推动，可有效减少不良反射声的干扰。使用立体声扬声器20的组合，通过不同扬声器相互叠加和覆盖，当全景教室内进行授课或培训时，声音各频度均能得到良好的体现，加大声音的表现力。采用音频处理器28对调音台输出信号进行处理，有效地减少中间处理环节，降低系统信号的损耗和干扰。音频信号的传输采用低电阻大电流直接馈送方式，所选音频线材均为大截面无氧铜线，以保证传输音质信号的高保真度。

所述拾音系统6和放音系统7利用中控系统1的中控主机11通过局域网来控制音频处理器28和功放，实现音量大小的调节和功放的开关。

在上述实施例中：

用户可以使用所述人机交互系统4内的嵌入式触控平板电脑、手持式触控平板电脑、助教工作站实现对教室内环幕显示系统2的控制，按照课程环节的需要在环幕上显示2D全景画面、3D画面和Unity三维模型，并能对这些画面和模型进行互动操作。

用户可以使用所述人机交互系统4内的嵌入式触控平板电脑、手持式触控平板电脑、助教工作站实现对教室内视频采集系统3的控制，按照课程环节的需要，采集摄像机13的画面、课件投屏器14的画面、远程教室的摄像机画面和课件画面。

用户可以使用所述人机交互系统4内的嵌入式触控平板电脑、手持式触控平板电脑、助教工作站实现对教室内媒体处理系统5的控制，按照课程环节的需要进行各类音视频资源的处理、画面组织和布局，并输出2D画面信号或3D画面信号。

用户可以使用所述人机交互系统4内的嵌入式触控平板电脑、手持式触控平板电脑、助教工作站实现对教室内拾音系统6的控制，按照课程环节的需要进行麦克风18音频的采集和课件音频采集卡19的采集。

用户可以使用所述人机交互系统4内的嵌入式触控平板电脑、手持式触控平板电脑、助教工作站实现对教室内放音系统7的控制，按照课程环节的需要进行本教室麦克风和课件音频、远程教室麦克风和课件音频的扩声和音量大小的调节。

用户可以使用所述人机交互系统4内的嵌入式触控平板电脑、手持式触控平板电脑、助教工作站实现对教室内灯光系统8的控制，按照课程环节的需要对补光灯、射灯、照明灯进行开关、色温、亮度的调节。

用户可以使用所述人机交互系统4内的嵌入式触控平板电脑、手持式触控平板电脑、助教工作站实现对教室内电源管理系统9的控制，按照用户的需要，进行对整个教室设备的一键开关机和对个别设备的关开机操作，另外也能实时监控教室内每台设备的当前的开关机状态。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限定本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种全景教室的控制系统，其特征在于，包括中控系统(1)、环幕显示系统(2)、视频采集系统(3)、人机交互系统(4)、媒体处理系统(5)、拾音系统(6)、放音系统(7)、灯光系统(8)、电源管理系统(9)、网络系统(10)；

所述环幕显示系统(2)、视频采集系统(3)、人机交互系统(4)、媒体处理系统(5)、拾音系统(6)、放音系统(7)、灯光系统(8)、电源管理系统(9)和网络系统(10)均通过电性方式与所述中控系统(1)连接；

所述中控系统(1)整合了中控主机(11)、配置软件及中控系统App；

所述人机交互系统(4)包括了嵌入式触控平板电脑(15)、手持式触控平板电脑(16)、助教工作站(17)、配置软件及交互系统App；

所述媒体处理系统(5)包括了2D媒体主机(30)、3D媒体主机(31)、音频处理器(28)、视频矩阵(29)、2D画面融合器(33)、3D画面融合器(34)、配置软件及媒体处理系统App；

所述网络系统(10)包括了路由器(23)、交换机(24)、无线AP(25)、助教工作站(17)、讲台电脑(26)、课件大屏一体机(27)、音频处理器(28)、视频矩阵(29)、2D媒体主机(30)、3D媒体主机(31)、中控主机(32)、摄像机(13)、投影机(12)、2D画面融合器(33)、3D画面融合器(34)、课件投屏器(14)、网络串口服务器(35)、嵌入式触摸平板电脑(15)和手持式触摸平板电脑(16)；

所述助教工作站(17)、课件大屏一体机(27)、音频处理器(28)、视频矩阵(29)、2D媒体主机(30)、3D媒体主机(31)、中控主机(32)、摄像机(13)、投影机(12)、2D画面融合器(33)、3D画面融合器(34)、课件投屏器(14)、网络串口服务器(35)、嵌入式触摸平板电脑(15)均通过电性方式与所述交换机(24)连接，所述讲台电脑(26)、手持式触摸平板电脑(16)通过802.11a/b/g/n/ac无线网络方式与所述无线AP(25)连接，所述交换机(24)、无线AP(25)和路由器(23)均通过电性方式与所述交换机(24)连接。

2.根据权利要求1所述的一种全景教室的控制系统，其特征在于，所述视频采集系统(3)中配备了四台高清摄像机(13)和四个课件投屏器(14)，通过标准接口将视频信号传输给2D媒体主机(30)，另外在与远程教室进行互动教学时，视频采集系统(3)也能获取远程教室的摄像机画面和课件画面，并通过环幕显示系统(2)显示出来。

3.根据权利要求1所述的一种全景教室的控制系统，其特征在于，所述媒体处理系统(5)将本教室多台摄像机(13)画面、多个课件投屏器(14)画面、2D媒体主机(30)上的多媒体资源、3D媒体主机(31)上的多媒体资源、远程教室的摄像机画面、远程教室的课件画面进行超大分辨率(大于等于9600*1080像素点)画面组织和布局，再经由2D画面融合器(33)或3D画面融合器(34)进行融合带处理后把信号传给环幕显示系统(2)内的多台投影机(12)，多台投影机(12)投射在270°环幕上形成一张完整的超大分辨率(大于等于9600*1080像素点)画面。

4.根据权利要求1所述的一种全景教室的控制系统，其特征在于，所述环幕显示系统(2)中的多台高清投影机(12)把超大分辨率的融合画面投射到半径约为5米、覆盖270°、弧长约为24米，高约为3.2米的圆弧硬幕上，投射出来的画面可以正常平滑地显示2D全景图片、2D全景视频、3D视频、三维模型。

5.根据权利要求1所述的一种全景教室的控制系统，其特征在于，所述拾音系统(6)通过麦克风(18)将全景教室内拾取的声音经过调音台、音频处理器(28)传输到2D媒体服务器(30)，所述放音系统(7)使用立体声扬声器(20)，音频信号的传输采用低电阻大电流直接馈送方式，所选音频线材均为大截面无氧铜线。

6.根据权利要求1所述的一种全景教室的控制系统，其特征在于，所述拾音系统(6)和放音系统(7)利用中控系统(1)的中控主机(11)通过局域网来控制音频处理器(28)和功放，实现音量大小的调节和功放的开关。

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