一、 需求分析

　　4K教学录播在使用方式上与传统的精品录播有较大差异，4K教学录播主要满足每个教师经常性、常态性的课堂视频录制，注重效果的同时，关注使用便捷性和扩展性，方便自己、学生、家长、学校领导等观看。随着教育信息化不断深入，传统的录播系统已经无法满足教学录播需求：

　　名师优课录制需求：名师资源有限，通过传统的方式授课，只能使少数的人享受到名师授课，而大多数学生渴望却无法享受到。教育机构非常需要一套系统可以方便的记录名师的教学过程，学生、老师可以通过网络随时进行直播点播学习，这样将可以有效的提高整体的教育水平。

　　教师自我提升需求：年轻教师在教学经验、教学方法上不如老教师精湛，传统的提升方法是到教授现场学习观摩，但这对时间、空间的安排要求非常高，因此教育机构需要一个系统来解决这个问题，同时年轻教师可以观察自身平时授课视频，来发现问题，自我提升。

　　全自动录制需求：传统的录播系统在使用的时候通常需要电教老师进行导播，及后续的非编，这种模式工作量很大，无法满足日益增大的优质课程制作需求。因此，精品课录播系统必须要能全自动运行，快速实现课程制作。

　　更精准的跟踪切换需求:传统自动录播系统的跟踪切换策略在具体使用时存在各种问题，学生检测、教师跟踪等的准确率参差不齐，造成一些垃圾镜头，从而造成后期大量的非编工作，因此需要系统能提供更精准的跟踪切换，提升工作效率。

　　简单的后期制作需求：授课过程录制是教学录播做重要的一环，制作高品质的教学课件，建立共享资源库，才能完成知识传承和交流工作。但如何才能高效率的制作高品质课件呢?按照传统思路，授课老师亲自制作课件，一般要求老师掌握计算机、摄像和课件编辑等专业技术，但是目前大多数学校教师教学任务繁重，势必会给教师授课带来很多的负担，因此需要一套操作简便、高效实现高品质视频制作的录播系统。

　　快速部署需求：传统的录播系统一般包括录播摄像机、录播主机、跟踪摄像机、跟踪主机、定位摄像机、定位主机、音频处理器、大量吊麦、导播台及电源模块等等，而且需要对教室配合进行装修，对灯光、噪声等都有非常高的要求，所以录播教室部署非常复杂，如何使部署更加简单，对录播教室建设具有非常大的意义。

　　降低部署成本需求：由于传统录播系统设备成本、装修成本都比较高，无法进行大规模的建设，因此普及教育信息化必须要降低单个录播教室的部署成本。

　　扩展性需求：录播教室作为学校重资产，在实现录播功能的同时，还能兼具其他如巡考、巡课、安防等功能，将大大提高系统的使用率，提高投入产出比。

　　二、 设计原则

　　为了达到国内领先的目标，教学录播系统的建设应该充分考虑系统的先进性、共享性、扩展性、灵活性、实用性、可靠性和易用性的原则。

　　先进性原则

　　系统设计不但要考虑充分利用当前的最新技术，而且还必须考虑随着技术的进一步发展，能在系统中不断溶入新技术，使系统始终充满活力，始终保持一定的先进性。

　　动态扩展原则

　　录播系统的规模可以动态伸缩，满足应用和用户规模增长的需要。新增教学录像系统，仅需要在新增教室内增加教室录播设备即可，投资幅度大大缩小。

　　灵活性原则

　　针对不同的客户需求、不同的网络环境，在画面路数、分辨率、码率配置、编码方式、格式等等都可做动态调整，灵活适应不同场景。

　　实用性原则

　　此系统的建设应以实用性为基本原则。系统功能必须满足录、看、控、存、查、管、用的要求，硬件和软件平台界面友好、易学易用、使用方便、音视频清晰;采用统一的系统标准和通信协议，使整个系统中各个子系统间能互联互控，充分发挥整个系统的功能。

　　可靠性原则

　　在考虑技术先进性和开放性的同时，还应从系统结构、技术措施、设备性能、系统管理、厂商技术支持及维修能力等方面着手，确保系统运行的可靠性和稳定性，达到最大的平均无故障时间。系统建设需要保证系统安全、正确地完成相应功能，从而保证系统的完整性、正确性和可恢复性。

　　易用性原则

　　在满足教学录播需求的情况下，教室内设备降到最少，不需要复杂的操作即可实现录播，可维护性、易用性都大大提升。

　　多用途原则

　　系统可以实现录播功能，在主机关机的情况下还应兼具电子巡考、校长巡课、网络教研、多媒体教室安防等功能。

　　三、 总体架构

　　大华常态化4K教学录播系统建设分为录播教室和资源管理中心，录播教室是硬件主要包含：1个4K教师摄像机、1个双目学生摄像机、1台录播主机、1台触摸控制屏或者导播客户端、2个拾音器。采集老师全景、老师特写、学生画面、电脑VGA画面、HDMI画面，通过自动切换、跟踪，实现课堂视频的自动合成。

　　对接班班通设备，实现整体教室统一管理。

　　资源管理中心包括：1台资源管理平台、点播服务器(选配)以及1台PC客户端，下一章重点讲解。

　　4K教学录播系统拓扑图

　　四、系统组成

　　4.1教学录播一体机

　　大华4K教学录播一体机DH-TRS1000-N3采用高度集成化设计，支持4路BNC视频接口，支持SD-SDI、HD-SDI、3G-SDI，支持1路HDMI、1路VGA信号的同步采集，内嵌图像识别跟踪模块、视频检测模块、自动/半自动/手动导播切换模块、高清录播模块、直播模块、点播模块等，4K教学录播所需要的功能模块全部整合在1台1U设备上，纯硬件嵌入式架构， LINUX操作系统，方案稳定。

　　录播主机支持VGA、HDMI信号作为视频输入，当PPT切换的时候，系统自动将PPT画面切换到主画面。支持VGA直接输出主画面(电影模式)，主机带2个SATA接口，最大单盘容量8TB，按照每节课45分钟，每节课约1.5GB，16TB课件可以保存10000节课的视频，能满足各种应用场景的录播需求。

　　高清音视频编码：大华4K教学录播一体机DH-TRS1000-N3的视频编码采集1080P高清视频信号，音频编码采用AAC高清音频编码方式，所有资源通道的录像都包含混音后音频录像。高清的音视频编码让DH-TRS1000-N3常态化录播系统主机可以轻松获得更加细腻优质的录像效果。

　　自动导播功能：大华4K教学录播一体机DH-TRS1000-N3内置智能检测、自动切换功能模块，可以根据策略实现全自动的跟踪切换：

　　A、 老师在讲台区域讲课，主画面显示老师特写画面;

　　B、 老师在讲台上走动时，画面切换到讲台全景画面;

　　C、 老师走下讲台，授课区无人时，切换到学生全景画面;

　　D、 学生起立，切换到学生全景;

　　E、 教师操作电脑时，切换到PPT画面;

　　轻松选择模式录制：《精品视频公开课拍摄制作技术标准》及《数字校园示范校建设参考指标》都要求用于提交评比或共享的视频都需采用单流的视频文件方式，DH-TRS1000-N3很好地满足了这一技术要求。

　　4.2 视频摄像系统-

　　大华专门为教学业务设计了二款教学专用摄像机，其中教师4K半球摄像机，采用EPTZ技术，具备高清、智能、功能融合的特色，外观精致美观、可桌面摆放式安装，通过非云台摄像机即可实现教师特写、教师全景拍摄与录制。

　　产品特点：

　　设计精巧、美观;

　　支持网络信号输出，支持POE供电;

　　高性能处理器，支持880万(4096*2160)@30fps高分辨率实时输出;

　　支持教师跟踪检测，教师特写、全景自动识别切换;

　　支持G.711/G.722/G.726/MPEG2/AAC音频编码;

　　支持GBT28181、ONVIF等各种网络协议，组网更方便;

　　通过网络实现实时监控，远程升级，录像、抓图等功能，使用和维护方便;

　　独特的三维定位功能，捕捉目标更方便、精准、快捷;

　　学生双目摄像机，具备高清、智能、功能融合的特色，通过双目相机的立体视觉技术做学生起立检测，同时实现学生全景拍摄与录制。

　　产品特点：

　　设计精巧、美观;

　　支持SDI/网络信号输出，支持POE供电;

　　高性能处理器，支持200万(1920*1080)@25fps高分辨率实时输出;

　　支持学生动态跟踪检测;

　　支持G.711/G.722/G.726/MJPEG/AAC音频编码;

　　支持GBT28181、ONVIF等各种网络协议，组网更方便;

　　通过网络实现实时监控，远程升级，录像、抓图等功能，使用和维护方便;

　　独特的三维定位功能，捕捉目标更方便、精准、快捷;

　　4.3 智能检测系统

　　老师定位检测：教师定位使用4K半球内置定位算法，用于判断教师的位置，需要在讲台附近，绘制切换触发线，通过智能检测功能实现对教师位置、讲台人数的判断。

　　学生起立检测：通过双目摄像机内置算法判断区域内学生是否起立，如检测到起立，则将学生画面切换到主画面，实现对学生起立动作的判断与联动。

　　电脑画面检测：通过视频动检技术，精确判断输入的VGA/HDMI画面是否有变化，如检测到有动作，系统自动切换到电脑画面，把整个电脑高清画面切换到主画面，使PPT、视频等画面观看更清晰。

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