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智慧教育云平台解决方案
编辑:summer [ 2018-7-10 10:32:18 ] 文章来源:数字标牌网
数字告示

智慧教育云平台包括了音视频控制子系统、音视频处理子系统、云直播子系统、网管子系统、软件系统,基于纯IP网络通信和互联互通。

1 行业背景及需求分析

1.1 行业背景

当前云计算、大数据、物联网、移动计算等新技术逐步广泛应用,经济社会各行业信息化步伐不断加快,社会整体信息化程度不断加深,信息技术对教育的革命性影响日趋明显。“十三五”期间,全面提升教育质量、在更高层次上促进教育公平、加快推进教育现代化进程等重要任务对教育信息化提出了更高要求,也为教育信息化提供了更为广阔的发展空间。

高校普教在网络基础设施、信息系统建设方面都有了大的发展。学校良好的网络环境使得校园网络应用系统和用户都达到了相当的规模,信息化教学的应用不断拓展和深入,教育管理信息化初见成效。

网络远程教育稳步发展,为构建终身学习体系发挥了重要作用。教育信息化对于促进教育公平、提高教育质量、创新教育模式的支撑和带动作用初步显现。

但是须清醒地认识到,硬件环境建设好后,发现没有软件的支持硬件环境很难发挥作用,然后才开始着手软件的建设。而软件的建设与应用是需要时间的,等应用起来后,发现硬件环境又落伍了。

非协调的发展制约了高校信息化的水平,并且带来了很大的浪费。信息缺乏有效共享,在高校信息化建设的过程中,由于缺乏全局统一的系统规划,应用系统建设容易各自为政,信息难以交换,形成信息孤岛,更难以在更高的层次上进行信息的处理,如信息挖掘、决策支持等。

信息缺乏有效的共享,对整个学校应用系统的效率和准确性都产生了重大的影响;同时应用系统之间可能采用不同软件平台开发,并缺乏统一规划下的应用访问接口,各应用系统间也缺乏集成。

同一个用户,进入校园网的不同应用系统,可能需要不同的密码,甚至是需要不同的身份标识。各应用系统之间无法直接访问相互间的数据和功能,经常需要人为的处理,如数据交换。

另外,随着校园网上应用和资源越来越多,又暴露出应用缺乏有效的组织和管理的弊端。用户缺乏统一的界面:对于不同的应用系统,用户需要在不同位置的逐个进入访问,缺乏统一的访问资源和应用的接口。面对繁多的应用系统,用户难以寻觅所需,人性化程度低。因此加快推进教育信息化还面临诸多的困难和挑战。总结经验和教训,我们提出了智慧教育信息化建设解决方案。

1.2 系统建设依据

1、国家标准:

GB/T 15839-199564~1920kbit/s会议电视系统进网技术要求》

GB/T 28181-2016《公共安全视频监控联网系统信息传输、交换、控制技术要求》

2、系统框架协议:

ITU-T H.264:关于高压缩比通信的视频编解码

IETFSIPIP网络上进行多媒体通信的应用层控制协议

3、网络传输协议

TCP/IP:传输控制协议/网间协议

FTP:用于在网络上进行文件传输的一套标准协议

4、音视频系统技术标准

GYJ25-86《中华人民共和国广播电影电视部厅堂扩声系统特性指标》

GB/T15381-94《会议系统电及音频性能要求》

GBJ42-81《中国工业企业通信设计规范》

1.3 系统设计原则

先进性原则

系统必须严格遵循国际标准、国家标准和国内通信行业的规范要求;

符合视频技术以及通信行业的发展趋势,并确保采用当前成熟的产品技术;

开放性原则

完全符合SIPONVIF和公安部GB/T28181标准框架协议;必须采用业界标准的视音频编解码协议;

采用开放式标准设计,兼容标准的视讯和监控系统设备,确保可与主流厂家标准的产品互通;

可靠性原则

确保系统具有高度的安全性,不易感染软件病毒;

对工作环境要求较低,环境适应能力要强;

系统设备安装使用简单,无需专业人员维护;

系统需要满足7×24小时无人职守方式稳定的工作。

系统易用性

平台部署简单灵活,管理系统方面采用纯软件的方式,采用J2EE的架构,无论任何系统环境,均可部署实施,灵活易用。硬件方面,高度集成、智能化控制,一键开关所有设备,在一个终端上即能操作所有设备,最大程度实现操作的简易化。

2 智慧教育设计方案

2.1 智慧教育云平台系统说明

方案说明:

1、 智慧教育云平台包括了音视频控制子系统、音视频处理子系统、云直播子系统、网管子系统、软件系统,基于纯IP网络通信和互联互通;

其中音视频控制子系统支持双机热备份倒换以确保系统可靠性;

音视频云处理子系统支持视频监控、视频会议、公共广播、电子班牌等视音频子系统的融合,支持动态增减模块和自动负载均衡等特性;

云直播子系统则实现大容量并发点播直播业务;

设备网管子系统基于IP内网进行全网硬件设备的统一远程网管;

软件集成子系统则实现现网软件系统的统一登录、统一界面操作集成,例如一卡通、考试管理等等子系统;

2、 智慧教育云平台中各子系统,配合智慧教室终端WE、视频监控设备以及各种视音频外设,可以实现基本的本地教学扩声、远程互动教学、多媒体智能控制、在线课堂、在线评课、远程巡课、多媒体广播等等基本业务;

3、 整体方案可选配置多媒体录播设备、分布式交互接口机(视频/音频/控制)、数字音频处理设备,部署在会议室、报告厅等其他房间,实现全校视音频业务统一融合和调度。

4、 上图中白色部分为我们可提供部分部件和业务,灰色部分为现网设备或现网基础设施;

5、 智慧教室终端WE,是一个多功能的、一体化的高集成度设备,支持1080P@60高清视频和宽频语音编解码,部署在各个教室,内置音频处理器、数字功放、视频矩阵、视音频编解码器、中控主机、时序电源模块,从而作为本地教学扩声、教室设备智能控制、远程互动教学、远程教学研讨、常态化录播、多媒体广播、考试听力播放、远程巡课、远程巡考等业务的终端。

2.2 智慧教育云平台功能

2.2.1 分级分权管理

智慧教育的功能以组织结构为主线,划分出不同的组织/层级结构(二级),每个组织结构内配置独立的智慧教育系统,上级可以管理下级,下级无法管理上级,但是可以各级自行管理辖区内的全部设备。

系统支持多权限管理,可分多个级别,如管理员,操作员、服务人员等,不同权限的用户可管理不同设备。

2.2.2 中心控制服务器热备份

说明:

中心控制服务器支持主备倒换

虚拟IP实现倒换期间用户无感知

2.2.3 媒体管理云平台

监控摄像机和监控平台管理

视频会议系统接入和管理

2.3 系统简单易用

我们多年来专注于用户使用习惯,吸取业界顶级UI设计公司的优秀设计理念,开发出全新定制界面平台。通过根据项目实际需求定制开发,使得整个界面具有良好的指引性和易用性,界面图标、文字索引易于理解,帮助用户在第一时间作出最正确的操作,非常简单易用。主要可以定制实现的功能:

1. 集中管理、分散控制功能:通过维护中心的主控平台和各教室的WE设备联网,实现对教室的集中控制管理。对视频信号管理、显示设备管理、音响系统管理、灯光/电源设备管理等系统的集中控制。

2. 在运维中心的多媒体交互管理界面,把音频、视频、系统监控和环境控制整合在同一个界面上,无需在现场就能管理及控制整个智能化系统

3. 在运维中心的系统操作管理界面上,能够实时的观察到所有正在播放的视频源,如摄像头、和电脑PC信号等,在平板上拖拽视频窗口即可实现预览视频源和信号的任意切换,能够清楚的看到目前视频源的内容,更好的管理系统。

2.4 系统可靠性设计

2.4.1 产品成熟

智慧教育云平台采用电信级产品设计原理,经过了众多用户的使用和实际检验,产品已经非常成熟和可靠。

2.4.2 系统架构稳定

智慧教育云平台核心硬件MCU平台,为一体化硬件结构,采用的是嵌入式操作系统,基本不受黑客和病毒的侵扰,系统可以保证高效稳定工作。MCUMTBF高达10万小时,对工作条件和工作环境要求较低,具有电信级稳定性,支持7*24小时不间断运行。

系统达到白金级效率,支持热插拔冗余电源和存储设备,并自带容错风扇。架构可靠而且灵活

内部为基于IP网络的分布式交互架构,信令与媒体流分离;任意节点故障,不影响整个系统;节点与应用,可以随时增减;

2.4.3 控制服务器热备份

智慧教育的中心控制平台,由2台中心控制服务器MCU组成,该套可系统采用成熟的主备倒换技术,当主用服务器出现故障时,实现秒级业务倒换到备用服务器,因为信令与媒体流分离,因此全网终端侧根本不会感觉到切换过程。这样大大提高了整个系统稳定性,特别适合对稳定性要求比较高的应用。云平台实现智能负载均衡以及实时备份。

智慧教育媒体云平台,由多个媒体服务器MCU设备组成资源池,任何一个MCU出现故障后,均能够按照事先制定好的备份策略去选择最合适的MCU设备进行备份,实现音视频媒体的自动备份。

整个过程无需最终用户干预,短时间内自动恢复;另外,管理员用户调度音视频业务时不感知具体哪个媒体服务器MCU,系统自动计算负荷情况、智能分配媒体端口资源;即整个系统达到PAAS层级的云计算技术效果,管理员和用户只关心应用程序和数据,无需关心底层操作系统和数据库实现,采用M-Designer编程,即可针对用户快速定制智慧教育控制台应用。

智慧教室终端WE基于嵌入式操作系统开发,采用电信级ATCA架构保证稳定性和可扩展性,支持热插拔,选用工业级高速连接器实现内部通信,采用8PCB电路板工艺以减少信号干扰、内部一体化单板无飞线的高可靠性设计,确保了超强的稳定性,支持7*24小时不间断工作。

3 系统主要功能

3.1 智慧教育应用

3.1.1 本地教学扩声

智慧教室部署WE、吊顶MIC(教学区)和扩声音箱,可选无线MIC(听课区),实现本地的教学扩声,确保教室内前排和后排的学生都能清晰听到老师的讲课声音。

WE内置33.81mm凤凰端子输入,兼容平衡式话筒输入或者线路输入,其中支持对平衡是话筒幻象供电,满足教室的2路指向性麦克风采集教师的声音,同时支持外接无线麦克风采集学生的现场问答声音。内置23.5mm接口输入,1路接入固定的教学PC或者互动白板立体声输入,同时支持1路讲桌的多媒体插座立体声输入,方便灵活可外接临时播放设备,例如:笔记本电脑、DVD、手机等等。

内置2150W@8欧姆的数字功放,可直接输出到教室扩声音箱。内置23.81mm凤凰端子输出,可选外接扩展的数字功放、音频处理器、外置录音机或者录像机等等设备。

内置每通道的信号发生器(产生舒适噪声)、自动增益控制(AGC)、音频压缩器、均衡器等等,能够对前述每路输入进行单独智能处理,在输入侧把声音信号预处理,为后续保持音质打下基础。内置自动噪声消除(ANC)、自动反馈消除(AFC),同时配合自动混音矩阵(AM),支持任意路输入声音部分或者全部混合处理后,根据设置的处理策略输出到任意路声音输出,从而同时实现满足本地多媒体教学扩声的应用场景。

3.1.2 远程互动教学

每个智慧教室部署WE和音频视频外设,最大支持1台接入4个互动或听课教室,实现本地讲课教室老师的讲课视音频,远端的互动教室和听课教室均可以听到,而且支持讲课教室与互动教室之间的实时视音频交流。

WE支持IETF SIP呼叫协议,支持BFCP支持双流协议,最大支持视音频呼叫带宽高达8Mbps,足以最大承载21080P@60高清晰图像(人像和课件)以及双声道的内容,从而达到极致的远程实时互动教学体验;内置自动回声消除(AEC)、自动噪声消除(ANC)、自动增益控制(AGC),从而同时实现满足本地多媒体教学和远程互动教学模式的声音场景。

对于已有远程互动教学设备的场景,可选配NEREUS系列音频处理器,在无需全盘推倒重新建设的情况下,弥补教室中的扩声效果差、抗回声/噪声效果差的缺陷。

3.1.3 多媒体智能控制

智慧教室内的WE主机,兼容各种视频格式输入到XGA/SXGA/720p/1080p视频格式输出之间任意转换功能,通过控制界面可以任意切换,确保主流的格式输入均能够输出到主流品牌的显示器、投影设备等等显示设备上。内置23G-SDI(可选)、2DVI-I输入和1HDMI输入接口,分别接摄像机、教学PC、实物投影,也可选接互动白板、笔记本电脑等设备输入;内置1HDMI1DVI-I1VGA输出接口,支持固定输出讲桌显示器、投影机,还可选输出到远程教学回显屏幕或者录像机。

另外,WE主机支持被智慧教育平台远程控制,支持无操作自动待机、刷卡联动开机、按配置定时开关机、远程定时控制开关机等等各种功能,满足不同客户针对不同教室的不同情况,自行选择合适的节能环保策略,大大地降低智慧教室设备的功耗,同时延长教室设备的寿命。WE主机内置联动投影机和PC软关机策略,配合内置的时序电源,下课关机时,最大限度地保护投影机灯泡、PC磁盘数据,真正做到多媒体教室的智能化。

3.1.4 在线课堂

WE主机作为每个智慧教室(讲课教室)的编码设备,通过RTSP协议把教师特写、学生特写、课件视频,实时上传到云直播平台,由此平台实现常态化录播,进行本校园网内的直播分发。

通过云直播平台,最大可以同时对16个教室进行常态化录制和直播,而且可以选择不同的清晰度,从而针对不同的网络带宽和并发路数进行优化,确保尽量达到显示最好的在线课堂效果。

对于不建设常态化录播业务,只在特定教室建设本地录播的场景,可在指定教室选配置WE-MR系列录播一体机,实现重要的课程进行单独的录像。

3.1.5 在线评课

通过听评课平台WE-EPC,可以实现对所有的在线课程,进行点评和打标签,便于学校对于各个老师的教学能力进行集体评价。

3.1.6 远程巡课

教室中部署WE主机,接入智慧教育云平台,从而校领导可以在办公室PC客户端、运维展示中心等进行远程巡课,而不必亲自到指定教室里面进行巡课。另外校领导也可以在办公室通过PC web界面,以教学直播方式进行远程巡课。

3.1.7 远程巡考

教室中部署WE主机,与教室内的监控摄像机,一同接入智慧教育云平台,从而校领导可以在办公室PC客户端、运维中心大屏等地方,进行远程巡考,而不必亲自到指定教室里面进行巡考,同时充分利用了考场摄像机和多媒体教学的摄像机。

3.1.8 多媒体广播

教室中部署WE主机,与教室内的投影机、互动白板、触摸一体机等显示设备相连,可以把办公室内校领导的视音频,远程传输到各个教室内播放,实现远程宣讲、远程家长会等等业务,而不必全部学生或者家长冒着日晒雨淋在广场或者挤满在大会堂内进行宣讲。

3.1.9 标准化考场

教室中部署WE主机,可以远程按照分区或者指定教室,进行音频广播,实现标准化考场的听力考试业务,免除与公共广播系统、标准化考试系统重复建设音箱和功放,节约方案成本。

甚至可以对接公广系统,把公广系统的上下课铃声、眼保健操等广播业务进行统一播放。

3.1.10 远程互动教研

WE也可以部署在学校会议室、教研室,充当小型视频会议设备,实现远程教学和视频业务,同时支持本地远程会议两用,无需搭建两套平台进行融合,减少维护工作量,提高投资回报比。

3.1.11 校园安防

校园内部署整套智慧教育云平台,可以融合安防监控的视频,可以实时调度主流厂家的监控平台或者摄像机的图像,实现监控视频上大屏,并可实现跨平台、跨校区安防情况抽查,提高安防系统使用效率,提高校园安防水平。

3.2 智慧教育智能管控

3.2.1 统一网管

智慧教育系统支持实现全网统一网管功能,如下图:智慧教室终端WE、媒体服务器(支持监控、录播、视频会议等等媒体接入)、Founder编码接口机、Founder解码接口机、CC系列控制接口机、音频处理器、录播一体机等等

3.2.2 设备智能控制

智慧教育系统支持通过下发配置,控制教室WE实现定时开关机,例如上午8点统一自动开机、下午1700统一自动关机;

WE支持配置长时间无操作自动待机(例如20分钟)、一卡通刷卡联动开机(需要定制对接一卡通系统).

3.2.3 可视化调度视音频

智慧教育系统支持可视化调度,通过触摸平板、PC等设备进行拖拽式操作,实现全校视音频上大屏、校领导在办公室巡查等等业务。

3.2.4 远程监测视音频效果

在智慧教室内部署独立的视频和音频采集设备,用于运维中心或者信息化老师办公室,远程观察显示设备视频效果(亮度、颜色、干扰等等)与音频扩声效果(是否失真、是否出声音等等),支持在通过WE一键对讲的情况下,根据远程观察的效果,信息化支持人员进行远程调节、报修,甚至可以实现提前远程巡查教室设备效果。

4 其他系统对接

4.1 支持与视频会议系统对接

1. 在标准SIP组网下,WE产品互通兼容性能力表现与 CiscoPolycomLifesizeAvaya等主流厂商实现高清音视频、双流互通,主流型号可以全面进行对接;

2. H.264HP编解码方面,产品能够和业界主流厂商,如宝利通,实现H.264HP编码的视频互通,亦可和主流厂商(宝利通/思科)实现高清双流(BFCP);

3. 智慧教育平台可选视频会议接入服务器License,实现对主流视频会议厂家抓包解码互通。

4.2 支持与视频监控系统对接

智慧教育可选配置监控融合服务器License,通过下列协议与主流监控平台(例如:海康、大华等):使用GB/T28181协议、ONVIF协议;

4.3 支持与公共广播系统、考试管理系统对接

智慧教育解决方案,基于API对接公共广播系统、考试管理系统,定位于提供教室多媒体、公共广播、标准化考场听力的“语音三网融合”,实现全校广播、分区广播或者点对点推送语音业务,实现一套扩声系统完成前述三套子系统的业务。

 


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