一種常態化互動錄播系統的製作方法
2023-07-23 14:25:21
本發明涉及教育信息化技術領域，特別涉及一種常態化互動錄播系統。
背景技術：
回顧「十二五」期間，隨著國家教育信息化工作在以「一師一優課，一課一名師」等為目標的項目推動下，大中專院校及高中小學校的校園網、多媒體教室等硬體基礎設施建設有了突破性的進展，但與此同時也發現了很多問題。教師把使用教育信息化手段教學還停留在輔助層面，對信息化教學設備使用率偏低，這使得教學模式的創新還存在很多不足，難以廣泛推廣和應用。
當前「十三五」期間，我國教育信息化要圍繞堅持促進信息技術與教育教學的深度融合這一核心理念，堅持應用驅動、機制創新兩個方針的基本思路，在不斷創新教學模式、提高教學質量的基礎上大力推進教育信息化。
錄播教室系統以錄製課堂實錄為主線，以大量生產課程資源為特點，為教育資源的應用奠定了基礎，滿足信息化教學發展的需要。但目前市場上的精品錄播系統存在一些問題，如設備成本高、教室裝修複雜、資源利用難等，使得錄播教室在教育教學領域難以得到廣泛的推廣和應用。
技術實現要素：
本發明的目的旨在至少解決所述技術缺陷之一。
為此，本發明的目的在於提出一種常態化互動錄播系統，通過多級部署、集中管理的模式實現了校-局互聯互通、擴大了教育資源覆蓋，實現一對多的教學課程的音視頻互動。
為了實現上述目的，本發明的實施例提供一種常態化互動錄播系統，包括：包括：多套錄播設備、多臺流媒體伺服器、綜合管理伺服器，其中，所述綜合管理伺服器與多個學校的流媒體伺服器進行通信，每個學校內安裝有一臺流媒體伺服器，該流媒體伺服器與該學校中每個教室內的錄播設備進行通信，所述綜合管理伺服器用於存儲有學校、教師及學生的基本信息並提供其相關教學狀態的顯示界面，當所述綜合管理伺服器平臺接收到來自主講教師的互動錄播請求後，其中，所述互動錄播請求包括：該主講教師的基本信息和邀請互動的其他教室的基本信息，由所述綜合管理伺服器根據該主講教師的基本信息查找到其所在的學校，並向該學校的流媒體伺服器發送錄播指令，同時所述綜合管理伺服器根據邀請互動的其他教室的基本信息，通過平臺通知相應教師啟動音視頻互動，以實現主講教師與被邀請教室內的學生和老師的音視頻互動，
所述流媒體伺服器接收到來自所述綜合管理伺服器的錄播指令後，根據錄播指令中的主講教師信息，查找其所在的教室，獲取並存儲該教室的錄播數據，所述邀請互動的其他教室的學生或教師可通過登錄到流媒體伺服器查看錄播數據，實現與主講教師的音視頻互動；
每個所述錄播設備安裝於教室內，包括：音頻採集模塊、視頻採集模塊、錄播盒子、錄播一體機、投影儀、觸控電子白板，其中，
所述音頻採集模塊用於採集所述本間教室的音頻信號，並輸入至音頻處理器，由所述音頻處理器將處理後的音頻信號輸入至所述錄播盒子；
所述視頻採集模塊用於採集所述本間教室的視頻信號，並輸入至所述錄播盒子；
所述錄播一體機設置有ID卡識別單元，用於接收主講教師通過ID卡錄入的基本信息，該基本信息與教師在綜合管理伺服器上綁定的信息一致，通過在錄播一體機上掃描該ID卡即可實現自動登錄平臺，向平臺發送互動錄播請求，以及所述錄播一體機還用於接收來自投影儀的數據和來自觸控電子白板的手寫內容並發送至所述錄播盒子；
所述錄播盒子用於對接收到的音頻信號和視頻信號、來自投影儀的數據和來自觸控電子白板的手寫內容進行轉碼，並將轉碼後的信號發送至所述流媒體伺服器，由該流媒體伺服器存儲在本地，並通知所述綜合管理伺服器錄播開始，被邀請教室的學生或教師在登錄所述綜合管理伺服器的平臺後，轉接到主講教師的流媒體伺服器上，實時獲取教學視頻，以實現教學視頻的同步實時播放，實現主講教師與被邀請教室內的學生和老師的音視頻互動。
進一步，所述視頻採集模塊包括：學生攝像機、教師攝像機，其中，所述學生攝像機用於採集學生的視頻信號；所述教師攝像機配置有雲臺，用於採集教師的視頻信號。
進一步，所述音視頻互動至少包括以下方式之一：
(1)主講教師與多個被邀請教師或學生通過各自錄播設備，並藉助綜合管理伺服器實現一對多個音視頻互動，每個所述被邀請教師或學生通過其所在教室的錄播設備實現音頻、視頻及文本互動；
(2)同屏互動：對於主講教師與多個被邀請的教師或學生，每個人通過其所在教室的觸控電子白板的書寫內容，均同步到其他教室的觸控電子白板，進行實時同步顯示，實現同屏互動共享。
進一步，所述錄播一體機上設置有自動錄製鍵，以在教師的操控下一鍵錄製音視頻，自動將來自錄播盒子、投影儀和觸控電子白板的數據發送至所述流媒體伺服器。
進一步，所述綜合管理伺服器提供針對錄播數據的在線編輯及轉發功能，由所述主講教師登錄平臺後，在自己的個人帳號界面下查找到該錄播數據，並進行編輯或轉發操作。
進一步，所述綜合管理伺服器自動將錄製完的互動錄播視頻課程上傳至主講教師的個人帳號中，為主講教師提供在線剪輯、索引打點、添加片頭尾、導播畫面編輯及視頻合成操作，編輯完成的視頻通過所述互動應用平臺發送給學生進行線下點播觀看。
進一步，所述綜合管理伺服器還用於統計互動錄播視頻的播放數據，其中，所述播放數據包括：統計觀看過該視頻的學生ID、日播放量、總播放量、每個學生觀看的視頻長度，以及向學生提供針對該視頻的在線筆記和討論區功能。
進一步，所述學生通過所述錄播一體機或移動終端登錄所述綜合管理伺服器進行點播觀看及切片式筆記管理，包括：將視頻時間駐點與學生通過平臺記錄的筆記進行關聯，以便於後續分析及查找。
進一步，在巡課過程中，對在同一屏幕內顯示的互動錄播視頻，採用三路主輔畫面切換設置，其中，三路畫面包括：主講教師畫面、學生畫面和VGA畫面，其中，將上述三路畫面中的一路設置為高碼率主畫面，另兩路畫面設置為低碼率輔助畫面，並根據預先配置的切換時，對每個畫面的碼率實現自動輪換。
進一步，所述綜合管理伺服器還用於獲取多個輔助教室的視頻監控畫面，並將上述畫面進行同屏顯示，以實現對每個輔助教室的教學過程進行監控。
根據本發明實施例的常態化互動錄播系統，通過在每個教室安裝一套錄播設備，實現將每個教室升級為一間互動錄播教室，每個互動錄播教室的音頻信號和視頻信號需上傳至學校內的流媒體伺服器進行存儲，流媒體伺服器再轉發至其他學校，由綜合管理伺服器進行集中管理，通過採用這種多級部署、集中管理的模式實現了校-局互聯互通；通過一個主講教室帶多個輔助教室的模式，實現一對多的教學課程的音視頻互動，實現了教育資源的分享，擴大了優質教育資源的覆蓋，解決了教育資源區域均衡化問題，使教育資源更開放，跨區域教學互動更便捷，充分體現了常態化、高擴展、高共享、高靈活、高經濟、高易用的優勢；學生不僅可以在線實時聽課互動，還可以線下溫習，實現了隨時隨地學習的便捷。
本發明附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。
附圖說明
本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：
圖1為本發明實施例的常態化互動錄播系統的結構圖；
圖2為本發明實施例的錄播設備的結構示意圖。
具體實施方式
下面詳細描述本發明的實施例，實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
如圖1所示，本發明實施例的一種常態化互動錄播系統，包括：多套錄播設備100、多個流媒體伺服器200、綜合管理伺服器300。其中，綜合管理伺服器300可以放置於區縣教育局或其他位置處。該綜合管理伺服器300與多個學校的流媒體伺服器200進行通信，每個學校內安裝有一臺流媒體伺服器200，該流媒體伺服器200與該學校中每個教室內的錄播設備100進行通信。由此，形成教室-學校-教育局的多級部署、集中管理模式，實現了校-局互聯互通。
下面分別對各個模塊的功能和結構進行說明。
具體地，綜合管理伺服器300用於存儲有學校、教師及學生的基本信息並提供其相關教學狀態的顯示界面。
當綜合管理伺服器300接收到來自主講教師的互動錄播請求後，其中，互動錄播請求包括：該主講教師的基本信息和邀請互動的其他教室的基本信息，由綜合管理伺服器300根據該主講教師的基本信息查找到其所在的學校，並向該學校的流媒體伺服器200發送錄播指令。
同時，綜合管理伺服器300根據邀請互動的其他教室的基本信息，通過平臺通知相應教師啟動音視頻互動，以實現主講教師與被邀請教室內的學生和老師的音視頻互動。
流媒體伺服器200接收到來自綜合管理伺服器300的錄播指令後，根據錄播指令中的主講教師信息，查找其所在的教室，獲取並存儲該教室的錄播數據。
進而，邀請互動的其他教室的學生或教師可通過登錄到流媒體伺服器上查看錄播數據，實現與主講教師的音視頻互動。
當進行直播互動時，發起直播的教室為主講教室，收聽直播的教室為輔助教室，每個學校能夠有多個主講教室和多個輔助教室，每個主講教室支持多個輔助教室的收聽。
音視頻互動至少包括以下方式之一：
(1)主講教師與多個被邀請教師或學生通過各自錄播設備100，並藉助綜合管理伺服器300實現一對多個音視頻互動，每個被邀請教師或學生通過其所在教室的錄播設備100實現音頻、視頻及文本互動；
(2)同屏互動：對於主講教師與多個被邀請的教師或學生，每個人通過其所在教室的觸控電子白板的書寫內容，均同步到其他教室的觸控電子白板，進行實時同步顯示，實現同屏互動共享。
綜合管理伺服器300上搭建有互動應用平臺，該平臺基於B/S架構，採用Moodle(Modular Object-Oriented Dynamic Learning Environment，模塊化面向對象的動態學習環境)課程管理平臺設計理念，互動的角色包括主講教師和學生，由主講教師發起直播，輔助教室內的學生進行點播。
每個主講教室和收聽該主講教室的多個輔助教室之間通過互動應用平臺進行互動，互動的角色包括主講教師和學生，由主講教師發起直播，輔助教室內的學生收聽直播。
直播過程中，主講教師和學生進行實時音視頻互動，互動應用平臺接收主講教師的音視頻互動指令，以由主講教師選擇接入一個輔助教室回傳的音視頻信號，其中，回傳的音頻信號通過音頻處理器處理後進行外放。互動應用平臺還接收主講教師的同屏互動指令，以為主講教師提供同屏互動功能，使得主講教師邀請參與直播的多個輔助教室的學生進行實時同屏互動，在輔助教室的學生接收該邀請後，由每個輔助教室內的觸控電子白板將書寫的互動內容實時發送至互動應用平臺，以由互動應用平臺將多個輔助教室發來的書寫內容進行同屏共享。
下面參考圖2對錄播設備100的結構進行說明。
每個錄播設備100安裝於教室內，包括：音頻採集模塊、視頻採集模塊、錄播盒子、錄播一體機、投影儀、觸控電子白板、音響。
具體地、音頻採集模塊用於採集本間教室的音頻信號，並輸入至音頻處理器，由音頻處理器將處理後的音頻信號輸入至錄播盒子。視頻採集模塊用於採集本間教室的視頻信號，並輸入至錄播盒子。
具體地，音頻採集模塊1用於採集本間教室的音頻信號，並輸入至音頻處理器3，音頻處理器3通過回聲抑制功能抑制回傳的音頻信號，避免回傳的音頻信號被擴音後再次傳輸的疊音幹擾。同時，音頻處理器3的自適應語音增益技術保證了教師錄製音頻的高清晰度，實時背景建模技術可自動濾除除人聲以外的環境噪音，輸出高信噪比音頻信號，音頻處理器3將處理後的音頻信號輸入至錄播盒子4。
視頻採集模塊2用於採集本間教室的視頻信號，採用全IP多流傳輸，可同時接入多路高清網絡攝像機和多媒體信號進行採集硬編碼，並輸入至錄播盒子4。
參考圖2，視頻採集模塊包括：學生攝像機、教師攝像機，其中，學生攝像機用於採集學生的視頻信號；教師攝像機配置有雲臺，用於採集教師的視頻信號。
錄播一體機設置有ID卡識別單元，用於接收主講教師通過ID卡錄入的基本信息，該基本信息與教師在綜合管理伺服器300上綁定的信息一致，通過在錄播一體機上掃描該ID卡即可實現自動登錄平臺，向平臺發送互動錄播請求。
此外，錄播一體機還用於接收來自投影儀的數據和來自觸控電子白板的手寫內容，將上述數據統一發送至錄播盒子。
優選地，錄播一體機5採用X86工控機和嵌入式的混合架構設計，集成度高、穩定性好，可連續24小時無故障運行，有效保障課程的錄製及多間教室的實時互動的需要，同時基於Windows系統開發，具有高易用、強交互能力，可在互動中展現良好的交互感受。
此外，錄播一體機5還包括導播模塊，導播模塊內置符合教學場景的人性化導播策略，自動偵測觸控電子白板8、滑鼠及鍵盤的操作，一旦偵測到有相關操作，則優先切換VGA畫面進行錄製。
錄播盒子用於對接收到的音頻信號和視頻信號、來自投影儀的數據和來自觸控電子白板的手寫內容進行轉碼，並將轉碼後的信號發送至流媒體伺服器200。由該流媒體伺服器200存儲在本地，並通知綜合管理伺服器300錄播開始。被邀請教室的學生或教師在登錄綜合管理伺服器的平臺後，轉接到主講教師的流媒體伺服器上，實時獲取教學視頻，以實現教學視頻的同步實時播放，實現主講教師與被邀請教室內的學生和老師的音視頻互動。
具體地，錄播盒子4內嵌幀同步校準模塊，實現在音視頻傳輸過程中多路視頻的同步控制，保證多畫面採集傳輸的一致性。同時，為了適配互動低延時下的網絡帶寬需要，通過雙碼流採集實現自動無縫碼流切換，在保證互動流暢、唇音同步的情況下，可將網絡帶寬減少42％～67％。
課程錄製結束後，綜合管理伺服器300的互動應用平臺接收來自主講教師的課程結束指令，以實現結束課程。
綜合管理伺服器300自動將錄製完的互動錄播視頻課程上傳至主講教師的個人帳號中，為主講教師提供在線剪輯、索引打點、添加片頭尾、導播畫面編輯及視頻合成操作，編輯完成的視頻通過互動應用平臺發送給學生進行線下點播觀看。
綜合管理伺服器300提供在線編輯及轉發功能，由主講教師登錄平臺後，在自己的個人帳號界面下查找到該錄播數據，並進行編輯或轉發操作。
綜合管理伺服器300還用於統計互動錄播視頻的播放數據，其中，播放數據包括：統計觀看過該視頻的學生ID、日播放量、總播放量、每個學生觀看的視頻長度，以及向學生提供針對該視頻的在線筆記和討論區功能。由此，根據學生的點播次數提供視頻觀看數據、視頻熱度分布數據的統計分布，方便主講教師更準確地掌握學生的學習情況。
學生通過錄播一體機或移動終端登錄綜合管理伺服器300進行點播觀看及切片式筆記管理，包括：將視頻時間駐點與學生通過平臺記錄的筆記進行關聯，以便於後續分析及查找。
互動應用平臺通過在視頻教程的界面下方設置討論界面，學生及教師可以通過該界面的討論區進行互動討論，實時反饋學習內容和問題，提高學習效率。
另外，綜合管理伺服器300還用於獲取多個輔助教室的視頻監控畫面，並將上述畫面進行同屏顯示，以實現對每個輔助教室的教學過程進行監控。
在巡課過程中，對在同一屏幕內顯示的互動錄播視頻，採用三路主輔畫面切換設置，其中，三路畫面包括：主講教師畫面、學生畫面和VGA畫面，其中，將上述三路畫面中的一路設置為高碼率主畫面，另兩路畫面設置為低碼率輔助畫面，並根據預先配置的切換時，對每個畫面的碼率實現自動輪換。
根據本發明實施例的常態化互動錄播系統，通過在每個教室安裝一套錄播設備，實現將每個教室升級為一間互動錄播教室，每個互動錄播教室的音頻信號和視頻信號需上傳至學校內的流媒體伺服器進行存儲，流媒體伺服器再轉發至其他學校，由綜合管理伺服器進行集中管理，通過採用這種多級部署、集中管理的模式實現了校-局互聯互通；通過一個主講教室帶多個輔助教室的模式，實現一對多的教學課程的音視頻互動，實現了教育資源的分享，擴大了優質教育資源的覆蓋，解決了教育資源區域均衡化問題，使教育資源更開放，跨區域教學互動更便捷，充分體現了常態化、高擴展、高共享、高靈活、高經濟、高易用的優勢；學生不僅可以在線實時聽課互動，還可以線下溫習，實現了隨時隨地學習的便捷。
在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「一些實施例」、「示例」、「具體示例」、或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。
儘管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下在本發明的範圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。本發明的範圍由所附權利要求及其等同限定。