2021年1月教育部发布的《关于大力加强中小学线上教育教学资源建设与应用的意见》提出“到2025年，基本形成定位清晰、互联互通、共建共享的线上教育平台体系，覆盖各类专题教育和各教材版本的学科课程资源体系，涵盖建设运维、资源开发、教学应用、推进实施等方面的政策保障制度体系。”同年8月教育部办公厅发布《关于开展“基础教育精品课”遴选工作的通知》，以激发教师教学热情、汇集优质教学资源、服务学生教师使用、促进优质均衡发展为工作目标。
精品录播系统因其全自动检测拍摄、多机位自动导播功能以及优异的录制效果，极大提升了课程资源数字化效率，近年来备受教育用户的青睐。具有多年的音视频技术沉淀，通过对优势产品的整合，结合用户需求，推出精品录播解决方案，方案不仅注重学校课程资源数字化质量，还围绕课程资源应用推出了视频资源应用平台，将学校零散课程资源有效汇聚成具有一定规模的校本资源体系，增强了学校资源管理实力，扩大了学校优质教育资源辐射覆盖范围，为区域教育优质均衡和在线教学应用打下良好基础。
一.2痛点分析
1.2.1缺少专业录制环境
很多学校只有一间录播教室或未建精品录播教室，教师录制课程资源缺少相应的录制环境，录制效果难以保证，专业的录播教室需参考演播室设计标准，对环境装修风格、色调、灯光、吸音、隔音都有一定的标准要求，优质的课程内容辅以专业的录制环境可以有效提高课程资源录制质量。
1.2.2资源数字化效率低
1.2.3资源体系难建立
现在教师录制精品课大多数是为了参加“一师一优课、一课一名师”的评课活动，参加活动的精品课程为示范课程，学校汇聚的课程资源都是零散资源，未对应章节和知识点进行录制，教学资源缺少特色，导致学校很难建立围绕课程体系的优质校本资源。
1.2.4资源应用难普及
资源管理平台和录播设备中的视频资源在参加过评课活动之后使用率很低，平台缺少相应的运营管理机制，学校部署的平台大多数只是对课程资源的分类管理和校内直播，资源应用模式处于探索阶段，资源应用频率较低。
一.3需求分析
一.3.1教学管理者需求
一.3.2教师需求
一.3.3电教老师需求
一.3.4系统需求
1)嵌入式设计
采用嵌入式架构，录播主机安全稳定，低故障率，低功耗。
2)多路高清视频同步录制
能同时录制多路1080P/30fps信号，对多路全高清视频信号并发处理，采用先进的H.264视频编码方式同时生成高质量的1080p全高清mp4文件，为后期制作课程资源提供素材。
3)智能检测拍摄技术
智能检测拍摄技术，有效保证拍摄画面构图美感，录制过程使用镜头切换代替传统镜头摇摆跟拍效果，避免镜头跟丢，避免观看者头晕。
4)先进的音频处理技术
将教室内多路音频信号进行混音处理，对环境音进行降噪处理，有效抑制啸叫，有效消除回声，对人声自动增益处理，以达到音频录制效果的最优化。
5)教学互动技术
具备先进的互动技术，支持公有云互动和私有云互动，灵活应对多种网络基础环境，支持双流互动和同屏互动，音视频互动的同时还能使用板书互动，有效增强互动教学教研效果。
6)极简操作设计
人性化交互界面，操作逻辑同步日常生活应用，易理解，易操作，兼具美感和操控感。
一.4总体目标
重新定义精品录播系统，优化系统结构。采用先进的检测算法和音频处理技术，在保证音视频录制效果的前提下，提高前后端设备集成度，增强教学资源录制效果，成为大批量教学资源录制最有效工具。
建设学校课程资源体系，加速学校资源数字化。利用精品录播系统打造基础数字化课程资源，基础数字化课程体系是将国家规定的各学习领域体现共同基础要求的学科课程进行资源数字化，基础数字化课程强调学生基本素质的形成和发展。逐渐形成数字化特色课程体系，特色课程是具有一定开放性的课程，旨在培育学生的主体意识、完善学生的认知结构、提高学生的自我规划和自主选择能力。
建成网络教研应用环境，通过参与网络教研和同步备课活动，提高教师专业发展。区域教育局可通过互动系统，随时随地开展区域网络教研活动，同时支持音视频互动、课件共享应用。教研员可以通过互动系统进行远程听课，解决教研员需要长途奔波到各学校进行听课的困扰。
开展专递课堂互动教学模式。通过互动功能，能灵活开展各种互动教学活动。充分利用名师资源，开展互动教学专递课堂活动，解决教育资源不均衡带来的困扰。
第二章总体思路
二.1设计原则
本方案设计遵循技术先进、功能齐全、性能稳定、节约成本的原则，构建一个功能全面、使用方便、运行稳定、图像清晰的常态录播系统。并综合考虑施工、维护及操作因素，并将为今后的发展、扩建、改造等因素留有扩充的余地。本系统设计内容是系统的、完整的、全面的;设计方案具有科学性、合理性、可操作性。遵循以下原则：
1)实用性
系统的规划要高起点，功能要更切合实际，重在应用，坚持以需求为主导，落脚于满足需求，从实际需求出发，深入开展业务调研，保证系统顺畅使用，易于维护。在先进、可靠和充分满足系统功能的前提下，体现高性价比。
2)安全性
整个系统采用成熟的、稳定的、完善技术设备，选用的设备自身应具有较高的安全可靠性，关键设备或关键部件应采取备份冗余设计，同时选用安全机制完善、安全级别较高的系统软件，使用具有可靠功能的专用网络安全产品，能够保证系统的全天候长期稳定安全运行。
3)扩展性
系统设计中考虑到今后技术的发展和使用的需要，具有更新、扩充和升级的可能，系统规模和功能易于扩充，系统配套软件具有升级能力。同时在设计中留有冗余，以满足今后的发展要求。方案中设备的控制容量上保留一定的余地，以便在系统中改造新的控制点;系统中还保留与其他计算机或自动化系统连接的接口;也尽量考虑未来科学的发展和新技术的应用。
4)开放性
二.2设计标准
1)《第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》
2)《中国教育现代化2035》
3)《教育信息化2.0行动计划》
4)《关于加强“三个课堂”应用的指导意见》
5)《教学视听设备及系统维护与操作的安全要求》GB12641-2007
6)《多媒体教学环境设计要求》GB_T36447-2018
7)《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-2004
8)《智能建筑工程质量验收规范》GB50339-2013
9)《演播室数字电视编码参数规范》GB/T14857-1993
10)《音频、视频及类似电子设备安全要求》GB8898-2011
11)《工业、企业通信接地设计规范》GBJ79-85
12)《国际综合布线六类信道标准》ISO/IEC11801
13)《交换、控制技术要求》GB/T28181-2011
14)《建筑与建筑群综合布线系统工程验收规范》GB/T50312-2000
15)《电子计算机场地通用规范》GB/T2887-2000
16)《计算机软件开发规范》GB8566-1988
17)《信息技术、软件包质量要求和测试》GB/T17544-1998
二.3设计思路
结合国家及地方政策，当前市场环境现状及需求分析，解决方案的设计将围绕课程录制、集中监管、资源存储、资源共享等应用，打造完整的一体化教育信息化生态系统，通过系统实现日常教学、教学管理、资源积累、资源多方应用等多个方面的应用，从而满足教育局主管单位学校、老师、学生、家长等的不同需要。最终实现课堂资源数字化、教学管理集中化、教学过程透明化、教学资源共享化。
解决方案设计思路：
建设精品课程录制环境，结合教室环境进行声学和灯光设计，增强录制效果，结合教师授课习惯，支持便携手动录制和无感知自动录制;
充分结合国家及地方性政策，发挥“一师一优课，一课一名师”示范引领作用，同时遵循“百区千校万课引领行动”任务，推进优质资源课程的持续生产，成为大批量教学资源录制最有效工具;
建设区域课程资源体系，加速学校资源数字化，形成数字化特色课程体系，建成在线课堂应用，打造未来学校;
极简应用操作，功能按需设计，重点加强人机交互体验，促进和激发教师和学生用户使用兴趣，促进平台应用;
互联互通的应用环境，将区域内各校的录播教室有机连接，建成区域互联互通的音视频授课环境，为“一校带多点、一校带多校”的教学和教研组织模式提供应用环境;
灵活的部署方式，采用多级架构设计思路，针对不同的主体单位部署配套管理与应用平台，以满足不同的需求;
可常态应用的教研功能，平台具有听课评课应用模块，支持实时的讨论式评价和模板打分式评价，促进线上线下混合式教研新模式;
开放式软件架构设计，在实现基础应用的同时也考虑接口的开放，以满足更上层应用软件的集成调用。
第三章系统总体设计
三.1应用架构
应用架构按照多级架构设计，总体设计将面向教师、学生、家长、教学管理者等不同用户，围绕教学资源应用，以课程为核心，覆盖学校应用，将课程资源体系化，应用模式常态化。教室是指录播教室，包括精品录播教室、常态录播教室等，主要负责视频课程录制，学校端需要构建校级应用机制，主要负责对录播教室的管理、教学资源编辑优化、校内资源应用等。
图1校级应用架构图
三.2系统拓扑
图2系统拓扑图
三.3核心应用
精品录播应用系统由录制系统、直播系统、点播系统、互动系统组成。
直播系统可以通过网页进行实时预览，应用场景包括活动直播、课程直播、会议直播等。录播系统录制视频时可以同时开展直播，即保存了视频资源，又扩大了视频资源的播出范围，通过平台增加直播并发能力，能帮助直播学校扩大影响力。
点播系统分为课程和录像两种模式。在录播主机中课程模式按录制合成后的教学视频进行点播，课程视频也会上传至平台教师课程管理中，进行深度应用。在录像模式中，可以查询每路摄像机录制的画面，为课程视频后期制作提供素材。
互动系统是录播主机结合萤石云互动技术在教育领域的应用，通过教学助手发起互动成为主讲教室，听讲教室自动加入互动课堂，轻松实现音视频互动，在我国的互动课堂和网络教研方案中被广泛应用，有效解决区域优质资源不均衡和线下教研活动聚集难的问题。
三.4特色优势
1)检测算法前置
检测摄像机内置深度学习检测算法，无需外置检测主机，检测摄像机支持根据教师和学生的变化，自适应地调整画面，能过滤窗帘抖动、光线等干扰因素，学生检测相比传统录播检测准确度大幅提高，能呈现最佳自动录制效果。
2)双板书检测
基于板书检测算法，海康精品录播系统使用1台教师检测摄像机可以实现3台传统检测定位设备相同功能，实现教师检测的同时，还可以对左板书和右板书进行检测，相比传统精品录播性价比更高。
3)师生双画面
录播主机支持师生双画面导播逻辑，当教师提问学生时，系统支持设置单画面导播和师生双画面导播，能为用户呈现不同的自动录制效果。
4)可视化触控导播体验
系统采用触控导播键盘，摇杆操作与触控操作完美结合，极大的增强了用户体验，可视化操作，让录制精品课一触即达。
5)全高清录制
图像采集子系统视频编码采用目前国际上领先的H.264高清编码方式，系统采用若干台1080P高清云台摄像机，录播主机同时采集教师课件信号，经导播控制进行自动录制，录制画质可达到1080P。
第四章应用介绍
四.1精品录播应用
精品录播系统由视频采集子系统、音频处理子系统、自动检测拍摄子系统、导播子系统组成，多个子系统相互协作，自动录制教学过程，生成教学资源。
四.1.1应用概述
精品录播系统为保证画面的还原度，每个画面都采用独立高清摄像机进行拍摄，配置专业音频采集设备完成教学过程中的声音采集，通过图像识别检测拍摄技术，实现全自动跟拍录制，快速生成教学资源，为教师录制优质课和精品课程资源提供专业高效的录制空间，为教师提供教学反思、观摩教学等应用基础环境。
精品录播系统与常态录播系统的区别：精品录播为保证优异的音视频录制效果，每路画面均采用单独高清摄像机采集画面，音频录制使用指向麦加音频处理器的专业配置，指向麦可减少音源杂音的录制，音频处理器可实现更全面的音频处理功能。精品录播系统主要针对录制优质课、精品课资源的教学活动，常态录播主要针专递课堂、同步课堂、直播课堂等远程教学场景。因此，精品录播教室需要配套声学、光学的装修改造来提升录制效果。
精品录播教室分为教学区、学生区、观摩区，教学区主要是讲台区域，用于教师授课;学生区是学生就坐学习的区域;观摩区在教室后面，是独立于教室的空间，用于听课观摩和导播操作，教室与观摩室中间配置一块单透玻璃和两块观摩屏、一对有源音箱，在观摩室听课教师既不影响教师正常授课又能更好的了解教室授课情况。
图3五机位精品录播场景示意图
四.1.2应用组成
视频采集子系统视频编码采用目前国际上领先的H.264HighProfile高清编码方式，系统采用五台1080P高清云台摄像机，分别拍摄教师特写、教师全景、学生特写、学生全景、板书特写，同时接入教师电脑课件信号，经导播控制进行自动/手动录制，录制画质可达到高清1080P。
自动检测子系统采用两台高清摄像机，通过摄像机图像识别分析功能对教师和学生行为进行分析、识别，录播主机根据预置的检测切换逻辑控制多镜头的切换，最终实现课堂教学的全自动画面跟拍录制，真实完整还原教师讲授、学生提问等教学场景。
导播子系统分为自动、半自动、手动三种模式，自动导播时主机根据检测算法切换逻辑进行自动录制合成教学资源，半自动和手动需要手动控制导播键盘，通过导播键盘实现云台控制和镜头切换，手动控制录播系统完成课程录制。
第五章系统详细设计
五.1视频采集子系统
五.1.1系统设计
图4高清云台摄像机
视频采集系统实现教师特写摄像机、教师全景摄像机、学生特写摄像机、学生全景摄像机、板书特写、电脑课件画面的图像采集。
高清摄像机采用高质量CMOS传感器，可实现最大1920x1080分辨率的优质图像，支持低照度，超高信噪比的CMOS图像传感器可有效降低在低照度下的图像噪声，同时应用2D和3D降噪算法，大幅降低了图像噪声，即便是低照度情况下，依然保持画面干净清晰，为全自动录播系统提供稳定的高清画面。
五.1.2系统部署
教师特写和教师全景摄像机安装在教室后端，安装高度以保证摄像机拍摄角度接近平视教师画面为最佳，尽量居中安装，拍摄教师特写时保证教师在画面中央。学生特写摄像机应安装在黑板上方正中，尽量减少俯视感，学生全景相机安装在靠窗一侧，保证画面覆盖所有学生。
图5摄像机部署示意图
五.1.3系统功能
高清摄像机基本功能：
1)支持视频分辨率1080p
2)支持12x镜头焦距，f=3.5mm~42.3mm,F1.8~F2.8
3)支持16x数字变焦
4)支持最低照度0.5Lux@(F1.8,AGCON)
5)白平衡支持自动，室内，室外，一键式，手动，指定色温
6)支持2D&3D数字降噪
7)支持背光补偿
8)支持水平视场角72.5°~6.9°，垂直视场角44.8°~3.9°
9)支持水平转动范围±170°，垂直转动范围-30°~+90°
10)支持水平转动速度范围1.7°~100°/s，垂直转动速度范围1.7°~69.9°/s
五.2音频采集子系统
五.2.1系统设计
图6吊麦和音频处理器
针对课堂教学音频的采集，采用专业级指向麦克风加音频处理器的方案，教师和学生的语音通过吊麦并经过音频处理器进行去噪、混音、回声消除等处理，最终所有的音视频均传送到录播主机中进行编码处理，合成视频文件，保存在录播主机中，供后期再次编辑或上传到平台进行应用。
五.2.2系统部署
建议以学生区域中心线为准，安装高度在2.6米左右，有效保证声源和吊麦的拾音距离，第一排吊麦距离黑板2.2米位置一组，后面两组分别距离前一排吊麦3米。
图7吊麦部署示意图
五.2.3系统功能
指向吊麦基本功能：
五.3自动检测子系统
五.3.1系统设计
图8跟拍检测摄像机
全新跟拍检测摄像机，针对教师站定授课和教师走动授课等不同场景进行设计，通过内置检测算法实现更平滑的检测效果。教师检测兼顾双板书检测功能，学生检测可以更加快速地检测学生起立坐下状态，过滤窗帘抖动、灯光变化等因素的干扰。图像检测算法前置，由录制主机进行自动切换，跟拍效果更好。
五.3.2系统功能
导播逻辑：当教师站定不动时，检测拍摄系统输出教师特写画面;当教师操作课件时，切换课件画面;当教师走动时，检测拍摄系统输出教师全景画面;当教师走下讲台时，检测拍摄系统输出学生全景画面;当学生起立时，检测拍摄系统先给出学生全景画面，再切换学生特写画面;学生坐下时，系统切回教师全景画面，自动判断教师位置后，检测拍摄系统输出教师特写画面。通过检测拍摄系统的定位，主机进行导播画面的切换，实现全自动录播。
五.4导播子系统
五.4.1系统设计
图9录播一体机
图10导播控制台
手动导播通过海康威视自主设计研发的全新一代全触控导播控制台。采用电容触摸屏，全新UI交互设计，可视化触控操作体验。
五.4.2系统功能
自动导播功能即多镜头全自动切换录制，最终实现课堂教学的全自动画面拍摄录制。手动导播通过导播触控键盘实现导播控制功能，支持导播模式设置、布局预览/切换，支持logo上传、片头片尾设置、支持回放下载，支持系统直播配置。四维控制摇杆可用于球机云台控制，快速定位目标，方便用户灵活操作。
第六章平台应用介绍
六.1教学教研
六.1.1本地直播
图11本地直播
六.1.2互联网直播
图12互联网直播
六.1.3校本资源
教师可以将录制后的资源直接发布至校本资源库，经过学校审核后，课作为校本资源供学校师生浏览观看。校内资源支持按照年级、学段学科、资源名称或主讲人、教材/知识点进行筛选查看视频内容，知识点或教材只能按照一种方式进行检索。校本资源可生成二维码，用教学APP可以扫码观看。
图13校本资源
六.2课程管理
六.2.1课表管理
图14课表管理
六.2.2课程视频管理
图15课程视频管理
六.3个人空间
六.3.1我的资源
图16我的资源
六.3.2我的收藏
教师在校本资源、名师视频、名校课程观看视频资源可以收藏资源，收藏后的视频资源可以从个人空间中我的收藏模块查看，也可以取消收藏，收藏过程不影响原视频文件。
图17我的收藏
六.4平台软件特点
表1平台指标
业务应用
指标项
版本产品规格
六.4.1平台软件环境
表2WEB端运行环境
环境
版本
表3客户端运行环境
表4移动客户端运行环境
六.4.2客户端
1)B/S客户端
2)C/S客户端
3)移动端
教学管理平台支持移动端应用，包括手机版APP客户端、H5页面，支持我的资源、我的互动、个人中心、数据分析、教学统计等功能。
六.5平台安全设计
六.5.1存储加密
1)敏感数据(设备密码)采用AES对称加密256位加密方案;
2)用户密码采用基于HMAC的SHA256加盐值算法获取摘要信息。
六.5.2传输加密
1)服务接口调用采用DH共享秘钥交换加密传输;
3)WEB页面到服务端敏感数据采用RSA非对称加密2048位加密方案。
六.5.3身份认证
1)人对机安全认证：
访问设备：设备用户名加密码认证。
2)机对机安全认证：
服务接口调用认证：采用token认证，采用基于HMAC算法生成认证token;媒体网关取流安全认证;图片存储访问安全认证;CVR访问安全认证;