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校园电视台方案

1. 需求背景
随着现代信息科技快速发展,社会价值呈现出多元化的变化,教育信息化的步伐也快速向前迈进。学生除了在学校学习老师已知的学识之外,更需要以多元教学模式来培养学生多方面的自学、动手能力、团队互动及正确的社会价值。而多元教学融入社会多元的环境和校园教学,使其更写实、普及且互动的参与才能得到成效。校园电视台既是结合学校、家庭及社会资源的较佳的多元互动教学平台。是与社会同步学习的有效率的成长途径。同时学校建设校园电视台系统能够帮助开展校园教学访谈节目、文化宣传节目、校园新闻等,实现直播与资源同步录制、后期点播。校园电视台能够大大丰富学生的校园文化生活,这不仅是信息传播的有利工具,同时也能调动起学生的参与校园活动的积极性和热情,从内到外提升校园形象。同时可以借助校园电视台帮助学校宣传和普及各种科、教、文、卫先进理念。
2. 方案概述
校园电视台系统简而言之就是在学校里建立的学校自己的电视台,将开放性、交互式的多媒体视频教学应用到教学实践中。
校园电视台将校园网、互联网联通,实现在各办公室或教室内的终端计算机上可以直接收看节目录制的现场直播,各教育频道的实时节目,内部视频服务器上已录制保存的节目,和校园电视台播放设备播放的音像资料,亦可在各教室的电视上收看相关节目,必要时还可实现对互联网上直播相关节目。具体实现以下功能:
1) 校内建立校园新闻节目,并可实现节目直播、点播;
2) 组织开展专家、教授、优秀老师专题访谈节目,实现同步录制和通过网络现场直播;
3) 提供资源发布平台,实现校内视频资源点播收看;
4) 提供跨平台、多终端访问功能,师生可通过PC、平板、手机各种客户端对资源发布平台进行访问,实现资源直播、点播、评论功能。
3. 方案设计
3.1. 系统整体设计
校园电视台系统主要有虚拟演播室、导播系统、传输系统和资源发布平台组成。
虚拟演播室:通过对现有教室或房间的简单改造搭建校园演播室。演播室可制作出诸如校内视频广播、校园新闻播报、优秀师生访谈、师生才艺表演等节目。这不仅是信息传播的有利工具,同时也能调动起学生的参与校园活动的积极性和热情,从内到外提升校园形象。
导播系统:虚拟演播主机同时支持本地导播和远程导播两种方式。用户可以在虚拟演播主机直接接入鼠标键盘即可完成本地导播;也可以通过网络以浏览器登录方式轻松进行远程导播。两种导播方式均带有预监、特技、鼠标点击跟踪等多种功能。
传输系统:校内建设校园电视台系统局域网,并与校内网、互联网联通。
资源发布平台:部署平台服务器、直播转发服务器,建设奥威亚教学视频资源管理平台。实现资源共享与节目直播。
3.2. 虚拟演播室
校园电视台系统能将录制场景画面、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;真实再现录制情景,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,轻松构建精品级的校园教学、文化资源。
3.2.1. 演录播室建设

 
图表 1 虚拟演播室平面设计图
虚拟演播室划分为两个区域,分别是拍摄区和导播区。
拍摄区:根据需求布置录制场景环境,如桌椅、访谈沙发等;部署高清云台摄像机、拾音话筒、蓝/绿幕布、专业三基色灯等设备。
导播区:部署各系统设备,包括虚拟演播主机、数字音频处理器、非编电脑等。
3.2.2. 演录播室效果图

 
图表 2 虚拟演播室效果图
3.2.3. 系统架构
 
图表 3 校园电视台系统拓扑图
3.2.4. 组成模块
校园电视台系统主要组成模块有:虚拟演播主机,数字音频处理器,拾音设备,高清云台摄像机,非编电脑,灯光设备,中控面板,电源控制器。虚拟演播主机支持接入多路高清视频信号,包括SDI、VGA/HDMI信号。
(1)图像采集与实时抠像
虚拟演播主机支持接入多路高清视频信号,包括2路抠像前景画面、1路非抠像画面,以及1路SDI/VGA/HDMI信号。根据校园电视台实际场景应用需求,设计两台高清摄像机进行蓝/绿幕布为背景的场景拍摄,高清图像信号传输到虚拟演播主机,经虚拟演播主机进行实时抠像、叠加虚拟背景处理,实现校园电视台录制。此外,虚拟演播主机同时支持虚拟电视台和数字电视台,支持拍摄录制不抠像的真实演播厅画面。
(2)虚拟背景
支持静态、动态背景实时叠加,支持4路静态背景与1路动态背景信号实时预览,虚拟演播主机内置静态图片背景库,静态背景图片可任意切换。
虚拟抠像及背景叠加场景为:主持人置身于蓝色或绿色的背景幕布前表演,然后利用虚拟演播主机功能将前景图象中的色度与其作背景的彩色幕布的色调差别作为依据,并将幕布前的图像"抠"出,这样就将前景从蓝色背景中分离出来,用三维背景素材的画面作为背景填充蓝色部分,形成一幅天衣无缝的合成画面。
(3)数字音频处理
语音信号通过无线话筒和鹅颈麦拾音话筒拾取,输入到数字音频矩阵处理器,通过均衡、降噪和混音等处理,输出1路音频虚拟录播主机。
(4)本地存储
u 虚拟演播主机内置1T/2T存储硬盘,用以保存日常的录课视频。存储容量满足学校日常录课需求。
u 虚拟演播主机提供USB接口,支持直接插入移动硬盘或U盘。在课程录制过程中,视频文件可直接存储到移动硬盘或U盘里,便于老师在课程录制完毕后直接通过移动硬盘或U盘拷贝所录制的视频文件。
(5)电源控制
采用自主研发的电源管理器进行校园电视台系统电源控制。
(6)灯光照明
由多组三基色专业摄影灯具组成。
(7)资源整合
最终所有的视、音频均传送到虚拟演播主机中进行编码处理,可通过平台进行实时直播。同时会生成标准MP4文件,保存在虚拟演播主机中,供后期再次编辑或上传到平台进行点播。
3.3. 导播系统
为方便导播人员进行导播管理控制,虚拟演播主机内嵌导播管理系统,提供满足课程录制功能的导播操作平台。校园电视台系统支持本地导播模式模式
导播平台具有完善的导播功能,包括场景画面、电脑信号等的场景切换,虚拟抠像、虚拟背景叠加、添加LOGO和字幕,切换特效、音量调节,云台摄像机焦距调节、多画面显示布局等功能。同时支持在手动导播过程中通过PC远程设置添加字幕。
实时导播技术能够充分表现实时编辑的魅力,让所有的信号源通过导播编辑后进行直播和录制,就像电视直播节目编辑功能。

 
图表 4 导播界面
系统支持鼠标键盘直接通过USB接入虚拟演播主机,配合HDMI环出画面实现本地导播。本地导播使导播应用更加稳定,响应速度更加快速。
3.4. 非编系统(可以选配其他专业非编系统)

 
图表 5 奥威亚非编软件应用界面
奥威亚校园电视台系统提供强大的后期视频非编系统,非编工具可以从导播平台或者资源发布平台调用。
支持对录制完成的视频文件进行多轨道同步编辑,支持添加视频轨道、图片轨道、文字轨道和音乐轨道。实现了音频、视频、字幕的同步编辑与多格式同步输出。
支持对多个视频文件的导入,进行合并、剪辑操作。
支持通过非编软件对视频文件添加音乐背景。可通过非编软件对视频文件进行同步配音,配音后生成一条新的配音轨道,不占用原有音乐轨道。
文字轨道实现同步编辑,提供多种文字编辑模板,支持设置文字的粗细、倾斜、字体、大小、颜色等。
具有多种转场特技、滤镜处理功能,具有多种视频布局功能,包括2分屏、4分屏、6分屏等布局模式。
提供输出效果实时预览窗口,支持对编辑效果的实时输出预览,可对预览视频进行进度条拖动、全屏播放、画面抓拍功能。
支持自定义输出格式,输出分辨率可调,自定义存储路径。
3.5. 资源发布平台
3.5.1. 发布平台介绍
本校园电视台方案中由教学视频资源管理系统(以下简称资源发布平台)作为发布平台,构建校园视频资源播出窗口,结合校园电视台系统,承担用户管理、资源管理、应用管理、整合及对接管理等功能,整体应用功能,承担学校对用户、资源及设备的集中管理。
虚拟演播室录制好的视频将自动上传到资源发布平台,提供基于教育云架构的资源服务、节目直播、资源点播等内容,并能满足不同客户端的体验,包括PC、笔记本、IOS移动端、ANDROID移动端等。

 
图表 6 奥威亚资源发布平台
3.5.2. 应用功能模块
 

 
图表 7 奥威亚资源发布平台应用功能模块
3.5.3. 设计理念
1)符合用户体验的UI设计
平台基于B/S架构设计,使用浏览器即可访问。UI设计更是考虑众多用户的操作习惯进行设计,易操作、易上手。

 
图表 8兼容多浏览器示意图
2)分权限的多种用户设计
根据不同用户,分配不同权限。不同类型根据不同的操作习惯,拥有不同功能的个人空间。
3)跨平台的多终端设计
应移动学习的号召,平台支持Windows、Android、iOS等操作系统的移动设备进行访问学习。

 
图表 9多平台设计示意图
3.5.4. 资源服务
应用平台提供完善的资源服务管理,为平台各功能应用提供基础支撑。

 
图表 10资源发布平台资源服务图
3.5.5. 个人空间
资源发布平台提供“个人空间”功能,师生可通过特定的实名用户账号登陆云平台,根据不同的权限设置进行操作。教师可进行录制申请、管理录制视频、发表微课、参与各种评比活动等功能操作;学生可利用个人空间进行针对性视频收藏、点评、下载等操作,推进网络学习空间人人通。

 
图表 11个人空间功能模块图
4. 场景应用
4.1. 校园新闻
学校组织学生开展校园新闻播报、录制,并通过资源发布平台实现校园新闻实时直播,同时录制完成的新闻视频自动上传资源发布平台,供全校师生点击回放。

 
图表 12校园新闻录制场景
4.2. 专家访谈
学校可邀请校内外专家、教授及优秀的教师开展专题访谈节目,对节目过程进行实时录制、直播。同时录制完成的访谈视频自动上传资源发布平台,供全校师生点击回放。

 
图表 13校园访谈节目录制场景
4.3. 大规模直播
校举行校内新闻或者其它视频直播活动,资源发布平台为高校提供大规模视频直播功能,类似于门户网站直播,无需登录、预约即可浏览。单个转发服务器可支持不少于500路的直播;直播过程时提供实时在线文字评论功能,提供二维码扫描功能,通过扫面二维码可参与直播观看。

 
图表 14在线直播
4.4. 移动学习
针对多数人习惯于随时随地使用手头的移动设备进行视频浏览学习,资源发布平台已实现Windows、IOS、Android等跨平台访问,可在手机、平板电脑等移动设备通过浏览器进行访问学习。为保证移动设备访问的稳定性和便捷性专门研发了教学应用平台手机APP客户端,在APP store等应用网站可进行免费下载。

 
图表 15移动端访问
5. 系统特点
5.1. 软件硬件全嵌入式设计
全新嵌入式架构,虚拟演播主机基于Linux系统,专机专用,完全脱离Windows系统,不用担心微软的操作系统是否停止更新及受到其他病毒的侵袭。嵌入式架构可降低设备故障率,虚拟演播主机的供电只需12V,低能耗、低发热。
5.2. 专业抠像技术
专业的蓝/绿背景抠像技术,能够精确地对蓝/绿幕布前面的前景图像进行抠像,前景抠像无瑕疵、失真,与三维虚拟背景进行完美合成,合成画面由虚拟演播主机实时输出。
5.3. 支持电影模式和资源模式同步录制
支持电影模式和资源模式同步录制。录制的视频画面可以是单路视频流画面,也可以是多路视频(包括摄像机、VGA)叠加、画中画等各种布局的组合画面。
5.4. 支持本地导播
虚拟演播主机支持本地导播,用户可以在虚拟演播主机直接接入鼠标键盘即可完成本地导播,具有预监、特技、字幕等多种功能。
5.5. 多路1080P 50fps/60fps并发处理
能同时处理并发的1080P 50fps/60fps信号,能够自如应对多路1080p@60全高清视频信号并发处理,采用先进的H.264.High.Profile视频编码方式生成高质量的1080p全高清mp4文件。
5.6. 高智能数字音频处理
将课室内多路音频信号,如拾音话筒、领夹麦克风、电脑音频等进行智能混音处理,对环境音进行降噪处理,对人声进行自动增益处理,以达到音频录制效果的优化。
5.7. 低功耗无风扇设计
虚拟演播主机具有嵌入式低功耗环保优势,整机正常工作状态下功耗不超过30W。虚拟演播主机采用无风扇散热设计,保证视频录制音频效果,降低录播课室环境噪声。
6. 主要产品性能及技术参数
6.1. 虚拟演播主机

 
序号 技术参数
实时直播/同步录制、虚拟抠像、虚拟背景、实时导播。
支持3路前景接入,支持3路前景实时抠像。
支持内置存储背景图片素材库,提供3路静态背景图片预览窗口。支持1路动态视频虚拟背景。
采用标准流媒体文件格式MP4,适合通用播放器或嵌入网页播放方式。
主机可同时输入多路1080P/50/60高清视频信号,其中包括多路本地高清摄像机及VGA和HDMI电脑信号;
手动录播方式:由管理人员在导播界面进行切换控制。
本地导播技术、带有预监、特技、鼠标点击跟踪等多种功能。
数字接口HDMI实时直播环出,支持自动/手动方式设置HDMI分辨率。
支持切换特技效果,拉幕、淡入淡出等等,支持字幕,支持静态、动态台标/LOGO。
10  实时性高:直播延时≤1秒
11  采用视频兼容设计,适应SDI、HDMI、VGA、YPbPr、S-VIDEO、CVBS等高/标清信号
12  配置TFT液晶屏与控制按钮,显示系统信息和设置
13  提供物理CONSOLE端口,通过多媒体中央控制系统或其他主流的第三方控制系统管理,实现远程打开/关闭录播系统,启动/停止直播和录制等其他的功能。
14  支持用户的分级别管理,用户认证后才能观看相应级别的直播节目。
15  录制视频自动上传,与资源平台自动同步
6.2. 音频处理器

 
序号 技术参数
1 矩阵功能:输入多路信号并将其按用户设定比例进行混合,分配到多个输出通道中。模拟音频输入/输出通道(MIC/LINE):8路输入/4路输出。 
2 可选择多种电平的音源输入,支持幻像供电功能,为电容式话筒提供48V 的供电。
3 AGC自动增益控制:自动提升和压缩话筒音量,使之以恒定的电平输出。
4 AVC回声消除:全新的自适应式回声消除功能,无需人工调试。
5 AFC声反馈啸叫消除:采用自适应处理的方式对现场扩声系统的啸叫进行有效的消除;
6 ANC自动噪声消除:自动噪声消除根据环境的声场变化自动进行噪声消除。
7 转换器类型
8 频率响应
9 模/数动态范围(A-计权)
6.3. 高清云台摄像机

 
序号 技术参数
1 视频输出接口 HDMI接口、SDI接口
2 传感器类型 CMOS、1/2.7英寸
3 传感器像素 总像素:220万,有效像素:212万
4 扫描方式 逐行
5 镜头焦距 20x, f4.42mm ~ 88.5mm, F1.8 ~ F2.8
6 数字变焦 16倍
7 聚焦方式 自动、手动
8 最低照度 0.5 Lux @ (F1.8, AGC ON)
9 电子快门 1/25s ~ 1/10000s
10 白平衡 自动、室内、室外、一键、手动
11 背光补偿 支持
12 数字降噪 2D&3D数字降噪
13 信噪比 ≥55dB
14 水平视场角 60.7° ~ 3.36°
15 垂直视场角 34.1° ~ 1.89°
16 水平转动范围 ±170°
17 垂直转动范围 -30° ~ +120°
18 水平转动速度范围 1.0° ~ 94.2°/s
19 垂直转动速度范围 1.0° ~ 74.8°/s
20 水平、垂直翻转 支持
21 预置位数量 255
22 预置位精度 ≤0.1°
23 网络接口 RJ45
24 音频接口 Line In,3.5mm
25 SD接口 Micro SD卡
26 通讯接口 RS232、RS422
27 支持的协议类型 VISCA
28 视频分辨率 最大1080P60
29 网络流传输协议 RTP、RTSP
30 视频编码 H.264
31 音频编码 AAC
32 电源 PoC
33 可选配适配器 DC12V/2.0A
34 功耗 15W
35 工作温度 -5 ~ 40℃
36 储藏温度 -20 ~ 60℃
6.4. 无线领夹话筒GTS-668

 
序号 技术参数
(1)综合特性
1 射频范围:740MHz---790MHz
2 调制方式:FM
3 振荡方式:PLL
4 偏移度:±48KHz(具压缩扩展及自动音量限制电路)
5 频道宽度:250KHz
6 信噪比S/N:>105dB
7 失真:≤ 0.3% (1KHz,A计权)
8 频率响应:40Hz~18KHz(±3dB)   
(2)接收机
9 接收方式:自动选讯接收
10 振荡方式:PLL
11 灵敏度:12dBuv
12 谐波干扰比 : >80dB
13 假象干扰比 : >70dB
(3)手持式发射话筒
14 发射功率: 10mW
15 最大输入声压:130dB
16 麦克风音头 :电容式、动圈式 (可选)
17 使用电池:AA电池*2节
(4)腰包式发射器
18 发射功率: 10mW
19 振荡方式:PLL
20 麦克风音头 :电容式
21 音头指向性 :全向、心型、超心型(可选)
22 音头佩戴方式:领夹式、头戴式 (可选)
6.5. 课室照明
灯光照明系统在校园电视台系统中极其重要,它是录制出高质量画面效果文件的重要因素之一;
较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30~50HZ 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。
6.6. 声音处理
对于要求较高的录播课室,建议在课室后墙、侧墙3.8米以下区域墙面安装可变吸声扩散单元或布艺吸声软包,顶部天花采用跌级造型天花,采用微孔吸声板,规格1mm 孔径0.04几何孔,能有效减小第一次反射到听观席;
为满足课室的声学效果,所用吸声材料必须要达到下列要求:
1)木质吸音板厚15mm以上;
2)无粉尘污染---24小时粉尘释放量不大于0.03mg/m3;国家标准值0.15 mg/m3;
3)防火性能墙面需达到B1级难燃,天花需达到A级不燃标准,其它部位都需按照《建筑内部装修设计防火规范》执行。
 
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