校園虛擬演播室方案概述

　　基本概況

　　隨著信息社會的到來，校園電視技術(shù)不斷發(fā)展，正越來越深刻地改變著我們的生產(chǎn)方式、生活方式、工作方式和學(xué)習(xí)方式。從實踐層面，加強校園電視臺及虛擬演播室建設(shè)，更好的利用視覺媒體的優(yōu)勢，廣泛參與學(xué)校的各項活動，提升活動的水平，更好的影響教育對象，推動校園文化的外顯;廣開途徑，創(chuàng)建多元化的播放平臺，做好宣傳工作，打破時間和空間的限制，提升研究與實踐水平，推進(jìn)校園文化的形成。在此同時，規(guī)范秩序文化建設(shè)，推進(jìn)精神文明建設(shè)，促進(jìn)校園文化的積淀與升華，完成一支隊伍的建設(shè)，發(fā)掘新的增長點，形成雙贏的局面。

　　進(jìn)入21世紀(jì)，校園電視技術(shù)不斷發(fā)展，正越來越深刻地改變著我們的生產(chǎn)方式、生活方式、工作方式和學(xué)習(xí)方式。校園電視為我們新世紀(jì)的教育改革提供了有效地手段。為了適應(yīng)未來社會對人才的需求，必須加快教育改革的步伐，將校園電視引入校園文化的構(gòu)建過程中。把校園電視作為推進(jìn)校園文化建設(shè)的重要動力和有效手段。

　　現(xiàn)代教育構(gòu)建校園文化，一定離不開校園電視這一已經(jīng)深深影響并改變教育傳統(tǒng)體制的文明成果，而校園電視作為降低教育成本，提高教育效益的手段之一，如何將校園電視臺及虛擬演播室應(yīng)用于推進(jìn)校園文化建設(shè)的過程中，對于從更高層次上把握校園電視在教育中突出的作用，進(jìn)一步擴(kuò)大校園電視在教育中所涉及的范圍和領(lǐng)域，具有重大的意義。

　　建設(shè)目的

　　本項目建設(shè)目的是加強學(xué)校的互動教學(xué)應(yīng)用，構(gòu)建校園文化， 推動校園精神文明建設(shè)，拓展師生校園生活樂趣而開展的。通過虛擬演播室的建設(shè)，我們能做到 ：

　　1、通過加強校園電視臺的規(guī)范建設(shè)、形成校園電視制作的相關(guān)秩序文化，從而形成推進(jìn)校園文化建設(shè)的相關(guān)策略。

　　2、通過加強校園電視臺虛擬演播室的建設(shè)，打破時間、空間、視角的限制，促進(jìn)校園文化建設(shè)的外顯，豐富師生的精神生活，潛移默化的影響教育對象，推進(jìn)校園文化的發(fā)展。

　　3、積累校園文化建設(shè)的相關(guān)資源，豐富校園文化的表現(xiàn)力，形成文化的積淀與提升。

　　4、通過課題研究，推進(jìn)師生對校園文化的認(rèn)同感，形成共同的價值觀，并促進(jìn)校園電視人的成長。

　　5、在線輔導(dǎo)課程應(yīng)用，開展課外活動應(yīng)用, 借助“虛擬演播室系統(tǒng)”，通過網(wǎng)絡(luò)的直播、傳送、記錄、評價等多種功能，實現(xiàn)在虛擬環(huán)境下對課堂 節(jié)目活動的高清再現(xiàn)的，完成各學(xué)科情景互動教學(xué)實驗教室建設(shè)、精品課程錄制、校園電視臺建設(shè)。

　　在教學(xué)過程中引入或創(chuàng)設(shè)生動具體的虛擬場景，可以提供直觀生動的活動現(xiàn)場，通過液晶一體機(jī)或投影再現(xiàn)的學(xué)生在虛擬場景中的表演,可以讓學(xué)生通過視覺和聽覺去感受場景，產(chǎn)生聯(lián)想，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。參與表演的學(xué)生可以身臨其境的學(xué)語言，使用“虛擬演播室系統(tǒng)”教學(xué) , 學(xué)生覺得有話可說，有戲可演，可以全身心投入課堂中。

　　建設(shè)依據(jù)及原則

　　GB8898-2011 《音頻、視頻及類似電子設(shè)備安全要求》

　　GB16796-2009 《安全防范報警設(shè)備安全要求和試驗方法》

　　GB17859-1999 《計算機(jī)信息系統(tǒng)安全保護(hù)等級劃分準(zhǔn)則》

　　GB50057-2010 《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》

　　GB50198-2011 《民用閉路監(jiān)控電視系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》

　　GB50348-2004 《安全防范工程技術(shù)規(guī)范》

　　GA308-2001 《安全防范系統(tǒng)驗收規(guī)則》

　　GA/T74-2000 《安全防范系統(tǒng)通用圖形符號》

　　GA/T75-94 《安全防范工程程序與要求》

　　GA/T367-2001 《視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)要求》

　　GA/T368-2001 《入侵報警系統(tǒng)技術(shù)要求》

　　GA/T379-2002 《報警傳輸系統(tǒng)串行數(shù)據(jù)接口的信息格式和協(xié)議》

　　GA/T388-2002 《計算機(jī)信息系統(tǒng)安全等級保護(hù)操作系統(tǒng)要求》

　　GA/T388-2002B     《計算機(jī)信息系統(tǒng)安全等級保護(hù)管理要求》

　　GA/T390-2002 《計算機(jī)信息系統(tǒng)安全等級保護(hù)通用技術(shù)要求》

　　YD/T1171-2001 《 IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)要求--網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)與指標(biāo)》

　　建設(shè)原則

　　本方案設(shè)計根據(jù)實際需求，遵循技術(shù)新、架構(gòu)合理、安全可靠、功能齊全、易管理、易維護(hù)并節(jié)約成本的原則;綜合考慮施工、維護(hù)及操作因素，并將為今后的發(fā)展、擴(kuò)建、改造等因素留有擴(kuò)充的余地。本系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容是系統(tǒng)的、完整的;同時該設(shè)計方案具有科學(xué)性、合理性、可操作性。遵循以下設(shè)計原則來構(gòu)建本系統(tǒng)。

　　實用性原則

　　校園電視臺虛擬演播室便攜錄播系統(tǒng)能將教學(xué) (活動)場景中教師、學(xué)生的視、音頻信號結(jié)合計算機(jī)虛擬動態(tài)場景等所有信號同步錄制、直播;設(shè)備操作簡單，推、拉、搖、移、仰、俯均可由授課教師自主控制。真實再現(xiàn)授課 ( 活動 )情景，實時生成采用 標(biāo)準(zhǔn)壓縮 的流媒體文件，能自動以文件形式保存，并能進(jìn)行后期編輯;能通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠(yuǎn)程直播，能達(dá)到播放流暢、控制方便;并能實現(xiàn)以下功能需求：

　　(1)虛擬背景素材和錄制節(jié)目存儲功能：包括圖片、視頻、音樂、歌曲(原聲、伴奏、歌詞)的收集、整理、歸檔、存儲，

　　(2)視頻片段的剪輯、合成。

　　(3)3D/2D畫面的轉(zhuǎn)換。

　　(4)現(xiàn)場字幕的實時添加。

　　(5)便攜錄播在線觀摩功能：能夠自主收看實時直播的教學(xué)視頻授課情況，以達(dá)到遠(yuǎn)程聽課，互相觀摩教學(xué)的需要。并可以在校園網(wǎng)、城域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)上，提供教學(xué)在線觀摩和點播等功能。

　　(6)便攜錄播提供直播、回放功能，系統(tǒng)在進(jìn)行直轉(zhuǎn)播時如果網(wǎng)絡(luò)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)故障，故障排除系統(tǒng)會自動重連。

　　(7)三個課堂提供互動功能，可以根據(jù)事先定好的對話腳本，實現(xiàn)真人與虛擬人物對話。

　　(8)在開始上課(講座 )前，教師只需登陸虛擬演播室系統(tǒng)管理軟件，即可輸入授課教師姓名，課程名稱，課標(biāo)及內(nèi)容簡介等文字介紹，在直播或錄制過程中自動添加到輸出畫面中，給學(xué)生必要的信息提示。達(dá)到高質(zhì)量錄制效果。

　　(9)系統(tǒng)能夠全自動錄制，生成的課件支持標(biāo)準(zhǔn)的流媒體格式文件，適用于各種學(xué)習(xí)管理平臺。

　　(10)系統(tǒng)具有開放性 、 可擴(kuò)展性。

　　經(jīng)濟(jì)性與實用性原則

　　在可靠和充分滿足系統(tǒng)功能的前提下，體現(xiàn)高性價比。便攜錄播采用經(jīng)濟(jì)實用的技術(shù)和設(shè)備，充分利用現(xiàn)有資源，綜合考慮系統(tǒng)的設(shè)計、建設(shè)、升級和維護(hù)。充分考慮用戶實際需要和教育信息化發(fā)展趨勢，根據(jù)用戶現(xiàn)場環(huán)境，設(shè)計符合用戶要求的系統(tǒng)配置方案，通過嚴(yán)密、有機(jī)的組合，實現(xiàn)性能價格比，以便節(jié)約工程投資，同時保證系統(tǒng)功能實施的需求，經(jīng)濟(jì)實用。

　　靈活性與可擴(kuò)展性 原則

　　網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是一個不斷發(fā)展的系統(tǒng)，因此應(yīng)具有良好的擴(kuò)展性，能夠根據(jù)信息化地不斷深入發(fā)展，方便地擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍、擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)容量和提高網(wǎng)絡(luò)各層次節(jié)點的功能。具備支持多種通信媒體、多種物理接口的能力，提供技術(shù)升級、設(shè)備更新的靈活性。

　　系統(tǒng)能夠通過增加服務(wù)器等軟硬件設(shè)備，方便、平滑的對系統(tǒng)容量進(jìn)行擴(kuò)容， 具備較高的可擴(kuò)展能力。

　　高安全性原則

　　根據(jù)國家對網(wǎng)絡(luò)與信息系統(tǒng)安全性的基本要求，該系統(tǒng)在設(shè)計初期將符合國家有關(guān)信息與信息系統(tǒng)安全的法律和法規(guī)，滿足教育系統(tǒng)內(nèi)部及適用環(huán)境對該系統(tǒng)提出的安全性要求，采用標(biāo)準(zhǔn)加密算法與系統(tǒng)內(nèi)部私有協(xié)議相結(jié)合的方式防止出現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)泄密、音視頻資源被盜用等安全問題 。

　　方案設(shè)計

　　根據(jù)需求，我公司自主研發(fā)生產(chǎn)的虛擬演播室系統(tǒng)，它作為本次項目建設(shè)的核心組建部分;方案的設(shè)計思路，主要由貴學(xué)校提出的系統(tǒng)建設(shè)需求以及結(jié)合我公司多年的系統(tǒng)建設(shè)經(jīng)驗，綜合設(shè)計如下：

　　系統(tǒng) 部署設(shè)計

　　虛擬演播室系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

　　部署說明

　　根據(jù)上述圖示可得知，按照用戶的要求，將教室室進(jìn)行了劃分，它由虛擬合成部分與觀摩部分組成，我司在設(shè)計系統(tǒng)功能的同時考慮教室與觀摩室的設(shè)備部署，并在保證建設(shè)成本的基礎(chǔ)上實現(xiàn)用戶的需求;

　　系統(tǒng)功能說明

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

　　虛擬演播室系統(tǒng)介紹

　　虛擬演播室系統(tǒng)便攜錄播實時渲染生成三維虛擬場景或?qū)嵕皥D像,同時系統(tǒng)主機(jī)對攝像機(jī)現(xiàn)場拍攝的教師、學(xué)生在藍(lán)色或者綠色摳像表演區(qū)中的表演影像進(jìn)行摳像處理，將教師、學(xué) 生的表演影像從藍(lán)色或綠色的背景中分離出來。接著，系統(tǒng)主機(jī)再對經(jīng)過摳像處理后的表演影像與圖形渲染服務(wù)器輸出的三維虛擬場景或?qū)嵕皥D像進(jìn)行數(shù)字化的實時合成，便攜錄播實現(xiàn)兩者天衣無縫的融合，將合成好的視頻影像輸出到流媒體發(fā)布系統(tǒng)傳輸出去，或輸出到大屏或投影儀中供現(xiàn)場教學(xué)使用。

　　虛擬演播室系統(tǒng)便攜錄播，可以在師生現(xiàn)表演的同時自動生成實況錄像，完整地記錄在虛擬場景中互動的活動，不僅包含現(xiàn)場實況，還包含過程中教師使用的任何虛擬課件，并把他們按照發(fā)生的時間、順序、流暢剪輯，自動編輯、手動編輯;便攜錄播生成有價值的實況錄像，同時以流媒體的方式在網(wǎng)絡(luò)中直播、保存起來，以供廣大師生、管理者實時收看，課后點播觀研。

　　虛擬演播室系統(tǒng)，適用于各校精品課程的建設(shè)，也適用于那些人為技巧性強的學(xué)科建設(shè)，便攜錄播。還適合那些需要廣泛使用多媒體技術(shù)手段的學(xué)科建設(shè)。 便攜錄播該系統(tǒng)擴(kuò)大了教學(xué)獲益的學(xué)生范圍;鼓勵教師間相互學(xué)習(xí)觀摩，促進(jìn)教學(xué)業(yè)務(wù);幫助管理者及時了解一線教學(xué)狀況，直接幫助學(xué)校提高教學(xué)質(zhì)量，從而在根本上提升學(xué)校的核心競爭力。

　　虛擬演播室系統(tǒng)管理軟件平臺

　　虛擬演播室系統(tǒng)軟件平臺涵蓋了以下功能模塊：

　　1、多場景分類管理模塊：簡潔的界面，不同場景的多維分類管理更具直觀性。使得預(yù)覽、調(diào)用場景更加方便快捷。

　　2、場景元素實時調(diào)整模塊：背景視頻、背景圖片、背景音樂可實時更改，讓場景更加多變。改變了一個場景只能單一應(yīng)用于一個對話情景，教師通過對場景元素的簡單更改，就可以應(yīng)用于不同的對話情景。

　　3、便攜錄播色鍵摳像模塊: 可有效去除背景色及背景上的陰影，無顏色溢出或空間影響，可使表演者很好地和虛擬背景結(jié)合在一起.

　　4、便攜錄播實時字幕播控模塊 : 內(nèi)置字幕機(jī)模塊, 可實時地編輯滾動字幕和臺標(biāo)、 LOGO 的編輯、修改、疊加。

　　5、便攜錄播特效鏡頭生成系統(tǒng) : 系統(tǒng)可以虛擬出6個虛擬機(jī)位，可對 6個虛擬攝像機(jī)位進(jìn)行快速切換。大限度減少系統(tǒng)使用的復(fù)雜性 , 增加節(jié)目拍攝的便捷性。

　　6、便攜錄播背景視頻控制模板: 可任意更換添加背景視頻,并可實時控制背景視頻暫停與播放。

　　7、實時信號預(yù)監(jiān)系統(tǒng)：  系統(tǒng)界面提供實時輸入信號預(yù)監(jiān)框，可對實時輸入信號進(jìn)行預(yù)監(jiān)。

　　8、實時信號錄制系統(tǒng)：可以實時在系統(tǒng)硬盤上以MPEG2 、MPEG4文件格式錄制課件。

　　9、特效管理應(yīng)用系統(tǒng)：獨有的特效功能可在輸出畫面中實時添加修改特色的美化效果，可使輸出視頻畫面更加絢麗多彩。

　　10、3D 實時背景編輯模塊：可任意添加和更換3維虛擬場景中的 3維部件。便攜錄播設(shè)備

　　11、便攜錄播設(shè)備輸入信號調(diào)整模塊：可任意調(diào)整外部信號源在場景中的位置、大小、相對比例比例等。

　　12、虛擬大屏播控系統(tǒng)：系統(tǒng)同時支持在實景視頻畫面中添加虛擬大屏以及在虛擬摳像畫面中添加虛擬大屏。虛擬大屏在畫面中的位置、大小可以由教師實時修改。

　　導(dǎo)播主畫面示意圖

　　適應(yīng)學(xué)校要求的虛擬場景庫

　　演播室環(huán)境裝修的合理化建議

　　1、室內(nèi)裝修

　　房間內(nèi)的裝飾應(yīng)盡量簡樸，墻壁顏色應(yīng)盡量選用中性，非白色的色調(diào)，如淺灰、淺藍(lán)等。摳像藍(lán)箱需選用摳像漆、摳像地毯和摳像布，藍(lán)箱的轉(zhuǎn)角應(yīng)有弧度。

　　拼裝式藍(lán)箱結(jié)構(gòu)示意圖

　　藍(lán)箱制作說明

　　a、制作藍(lán)箱結(jié)構(gòu)框架

　　b、于結(jié)構(gòu)框架、地面、后墻面、側(cè)主面部分邊長為25cm 的正方形平板連接， 各個拐角面用半徑為 50cm 的弧形板連接，三個平面的交叉處用半徑為 1m 的球 形體連接，形成無死角、無燈光陰影的藍(lán)箱結(jié)構(gòu)

　　c、藍(lán)箱高出地面5cm ，用斜面專用鋼板過渡連接地面，既保護(hù)藍(lán)箱立面又美 觀大方。

　　d、用膩子處理個板塊連接縫。

　　e、刷專業(yè)進(jìn)口藍(lán)摳像漆

　　室內(nèi)盡量選取墻壁為淺色調(diào)，淺色墻壁的反光會有效提高人物面部的亮度，使得水平照明和垂直照明的接近，提高灰度級別，達(dá)到提高攝像質(zhì)量的目的。

　　盡量使用室內(nèi)照明，以免室外和室內(nèi)光線的色溫不一致造成偏紅或偏藍(lán)色調(diào);同時，燈管的選用需要顯色性85% 以上的燈管，這樣可以更好的還原物體的顏色。

　　2、燈光及光源

　　光源應(yīng)該是非直射三基色燈或日光燈，不宜采用自然光照明。若有大的窗子，可用厚的窗簾遮蓋。

　　用三基色燈(色溫在 4000K左右 )。日光燈可每隔一米排列一支，避免在同一室中混合使用白熾燈和日光燈，也應(yīng)避免使用工作在 30～50HZ 的節(jié)能日光燈。建議光照度為 400LUX 以上。

　　對于采用投影儀的講臺區(qū)域，應(yīng)采用分區(qū)管理不同的光照區(qū)域，一般在投影屏幕的前面設(shè)置可調(diào)光源，并避免強光穿透投影儀和投影屏幕之間的投影區(qū)域。同時，在講臺上方可設(shè)置一個燈光區(qū)域，在四周的天花板上設(shè)置適當(dāng)?shù)耐矡?，以調(diào)節(jié)講臺的光線，使之更柔和，亮度更均勻。

　　3、線路布線

　　應(yīng)為專業(yè)設(shè)備提供一個電源插座，不要和其它外圍設(shè)備，特別是大功率設(shè)備， 如空調(diào)、音箱等共用一個電源插座。電源線和網(wǎng)絡(luò)傳輸線應(yīng)布到終端設(shè)備放置的地方，而且應(yīng)使用導(dǎo)管或墻內(nèi)布線，保護(hù)線纜及人身安全;強電和弱電不能夠并行布線，以免產(chǎn)生電源干擾，如環(huán)境不允許，則需要做屏蔽保護(hù)。

　　考慮到網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，在講臺的桌面上或地面上可安裝適量的網(wǎng)絡(luò)信息插座和相應(yīng)的220V 電源插座，以方便網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。對于采用投影儀的區(qū)域，考慮在天花板上安裝投影儀，因此需在天花板的相應(yīng)位置安裝一個 220V/10A電源插座，另外，對 LCD投影儀應(yīng)考慮預(yù)埋一根復(fù)合視頻電纜、一根HDMI電纜以及一根控制線纜。

　　4、視頻設(shè)計的一般要求

　　具有攝像系統(tǒng)的室，影響攝像畫面質(zhì)量的一個重要因素，是會場四周的景物和顏色，以及桌椅的色調(diào)。一般忌用“白色”、“黑色”之類的色調(diào)，這兩種顏色對人物攝像將產(chǎn)生“反光”及“奪光”的不良效應(yīng)。所以無論墻壁四周、桌椅均采用淺色色調(diào)較適宜，如墻壁四周米黃色、淺綠、桌椅淺咖啡色等?？梢钥紤]在室內(nèi)擺放花卉盆景等清雅物品，增加室內(nèi)整體高雅，活潑，融洽氣氛，對促進(jìn)會議效果很有幫助。

　　從觀看效果來看，攝像機(jī)等放像設(shè)備的布局常放置在相對于與會者中心的位置，各與會者到攝像機(jī)的水平視角應(yīng)不大于 60度。

　　5、環(huán)境設(shè)計的一般要求

　　室內(nèi)的溫度、濕度應(yīng)適宜，通?？紤]為15 ～25℃的室溫， 60 %～80%濕度較合理。設(shè)備對溫度、濕度都有較高的要求，保持室內(nèi)的合適溫度、合適濕度是保證系統(tǒng)可靠穩(wěn)定運行的基本條件。為保證室內(nèi)的合適溫度、合適濕度，室內(nèi)內(nèi)可安裝空調(diào)系統(tǒng)，以達(dá)到加熱、加濕、制冷、去濕、換氣的功能。室內(nèi)要求空氣新鮮，每人每時換氣量不小于 18m3。環(huán)境噪聲級要求為40dB(A)，以形成良好的環(huán)境。若室內(nèi)噪聲大，如空調(diào)機(jī)的噪聲過大，就會大大影響音頻系統(tǒng)的性能，其它會場就難聽清該會場的發(fā)言。

　　6、供電系統(tǒng)設(shè)計的一般要求

　　為保證室內(nèi)供電系統(tǒng)的安全可靠，以減少經(jīng)電源途徑帶來的電氣串?dāng)_，應(yīng)采用三套供電系統(tǒng)。便攜錄播一套供電系統(tǒng)作為照明供電;第二套供電系統(tǒng)作為整個終端設(shè)備、控制室設(shè)備的供電，并采用不隔斷電源系統(tǒng) (UPS);第三套供電系統(tǒng)用于空調(diào)等設(shè)備的供電。

　　接地是電源系統(tǒng)中比較重要的問題。便攜錄播控制室或機(jī)房、室內(nèi)所需的地線，宜在控制室或機(jī)房設(shè)置的接地匯流排上引接。如果是單獨設(shè)置接地體，接地電阻不應(yīng)大于 4 ;設(shè)置單獨接地體有困難時，也可與其它接地系統(tǒng)合用接地體，接地電阻不應(yīng)大于 3 。必須強調(diào)的是，采用聯(lián)合接地的方式，保護(hù)地線必須采用三相五線制中的第五根線，與交流電流的零線必須嚴(yán)格分開，否則零線不平衡電源將會對圖像產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾。

　　案例裝修效果圖