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河南录播教室
产品名称: 六机位精品录播教室解决方案

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详细介绍

第1章 方案设计

1.1 设计原则

建设必须从实际出发,尽可能利用现有的网络条件和已有投资,在满足现有需求的同时,能够保证随着网络和技术的发展,支持平滑升级和扩容,有效保护投资。并能根据后续需求的变化和业务的发展,灵活支持各种业务的叠加和融合,满足未来业务的需求。

因此,建设应遵从以下原则:

1、 经济、合理原则

应依据现有网络的实际情况,尽可能利用现有的网络条件

尽可能的保护已有的投资

尽可能利用已有的设备

具有很好的网络适应性

2、 先进性原则

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

所有的设备采用最先进的技术,确保今后相当长的时间内技术上不会落伍

3、 开放、兼容原则

完全符合标准框架协议,采用业界标准的视音频编解码协议

采用开放式标准设计,兼容标准的同步课堂系统和设备

可与其他厂家标准的产品有效互通

满足今后的发展,为未来业务扩展留有充分的扩充余地

4、 安全、可靠原则

系统具有高度的安全性,具有分级权限管理和高级加密机制

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

系统具有很好的备份机制,满足高可靠性需求

对于端到端的业务故障,有很好的备份、应对机制

5、 网络、业务灵活(跨网络/可拓展)原则

系统应该能够和现有的各种网络如内部IP网络,Internet网络有良好的互通能力

系统应该可以支持和已有的OA办公系统等融合,和教学平台,教研平台,资源平台的无缝对接

系统不仅能够提供同步课堂功能,还可以叠加支持丰富的其它业务,满足今后不断的使用业务发展需求

系统支持开放性接口,可在后期平稳升级

6、 标准化原则

系统设计依照国家或国际有关技术标准进行,保证各个子系统的结构化和标准化,代表当今最新的技术成就,符合国际相关标准和技术规范。

系统采用符合国际标准的协议标准,系统软硬件之间的兼容性良好,能与符合标准的任何第三方软件或资源库产品兼容。系统中所采用的布线设计、通信协议、网络设备及布线材料都符合国际标准、国家标准、工业标准及相关行业标准。充分利用不同网络的优势,并将它们有机地结合起来,为信息交换、设备的共享及交互操作创造了有利条件。

1.2 整体设计

方案整体设计涵盖教学视频资源的“建设”与“应用”两个方面。

资源建设是整个系统设计的基础,通过建设录播系统打造视频录制需求的硬件支撑。每套录播系统独立部署于每间录播教室,录播系统之间的运作相互独立、互不冲突。每间录播教室录制的教学视频资源保存在对应录播主机的内置存储空间中,管理员可单独对每间录播教室进行电源控制、远程导播、登录权限等管理。

在资源建设基础上,部署资源管理应用平台,通过“云聚合”技术汇聚分散于各录播教室的视频资源,快速形成校本资源,同时对资源进行有效管理和并提供配套的应用服务。各录播教室的教学视频资源与教学视频应用云平台之间建立无缝对接机制,能够通过协议磋商在录播系统空闲时间自动向平台推送视频资源。教学视频应用云平台能够在接收到视频资源后根据视频的定义信息自动将视频按年级、科目等进行归类,同时提供视频资源点播、视频直播等多种应用服务。

 

 

1.3 详细设计

1.3.1 录播系统设计

系统主要由智慧黑板子系统、录播图像采集子系统、图像跟踪子系统、数字音频处理子系统、导播子系统及电源控制子系统组成。系统拓扑图如下图所示。

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高清录播系统以精装修教室为依托,通过最先进的导录播技术、音视频处理技术以及图像识别技术的完美整合,将多媒体课件、现场多路场景音视频信号实时采集压缩,以标准的流媒体方式保存,并通过教学视频资源应用中心,使整个校园内视频资源得以共建共享,扩大授教范围,让更多的学生接受到优秀教师的“面授”教育。

高清录播系统主要由以下几部分构成:

录播教室视频采集:配置6台高清云台摄像机,主要用于教师特写、板书特写、教师全景、学生特写、学生全景、学生巡航的高清视频信号的采集,通过高清3G-SDI视频线传输至4K录播一体机中,进行高清视频采集、图像合成、编码。

录播教室音频采集配置:配置1套无线话筒主要用于教师的声音采集及本地扩声,天花板吊装6个强指向性话筒进行教师及学生的声音采集。音频经过数字音频矩阵的均衡、降噪和混音等处理后,输出到4K录播一体机进行音频的录制、直播及存储。

教师及学生图像跟踪配置: 配置1台图像跟踪一体机及4台定位摄像机分别对教师、学生、板书、学生巡视进行智能图像分析,并自动完成跟踪切换,大大的减少了利用传统录制系统需要人为的对教师进行专业摄像的要求,从而减轻了工作量,减小了人力投入。上课时只需按照常规上课模式进行正常教学活动即可,教师及学生无需佩戴任何定位跟踪设备,抗干扰性强。

预监电视:在录播教室侧墙上安装一台预监电视用来实时显示教室内的录播画面。授课教师可以实时了解自己的讲课状态,便于及时调整肢体动作,以保证精品课录制的效果。

LED时钟:在录播教室的后墙正上方安装一块LED时钟,未开始录课时显示标准时间,当教师按下开始录制以后,课程录播开始,同时LED时钟从0开始计时,便于教师掌握上课节奏。

控制室主要配置:控制室主要存放4K录播一体机、图像跟踪一体机、数字音频矩阵、平台服务器、网络设备等,为教室前端的音视频设备提供互联手段,把信号源有机结合起来,实现教学实况实时录制、同步直播。在特殊视频录制时如文艺节目、家长会直播、分组课堂等情况下,管理员在控制室内可通过键盘控制器手动控制摄像机的推、拉、摇、移,确保录制、直播视频按照人为意愿进行。

通过上述设备的完美衔接,最终将整个教学过程中的高清录播教室内所有场景(教师特写、板书特写、教师全景、学生特写、学生全景、学生巡航)全部录制下来生成标准MP4视频文件,教师或学生可通过资源平台进行直播点播,也可进行后期编辑制作精品课程资源。

上课前教师可通过讲桌上中控触摸屏控制系统开、系统关、开始录制、停止录制、视频切换等,实现一键式触摸控制,自动化录制,常态化教学。

录播系统成为解决大批量教学资源专业制作的最有效工具。传统肩扛手推的视频拍摄方式需耗费大量人力和时间,更妨碍了师生的正常教学。现在运用录播系统的力量,在课堂常态化教学的同时就可以完成课堂的全过程实况拍摄,采用全自动跟踪拍摄录制技术,按照授课逻辑自动完成对老师行为、学生行为、电脑画面的分析与跟踪,真实记录、拍摄整个教学过程,做出媲美专业摄像师的精品教学视频,给视频观看者置身真实授课现场的完美体验。

高清智能录播一体机采用嵌入式架构设计,支持本地1080P高清摄像机信号和电脑课件信号的同步采集。

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(录播教室俯视图)

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(录播教室后视图)

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(控制室图)

1.3.2 资源管理平台设计

在线晒课

1. 对资源进行热门、最新、点击量等快速分类。

2. 资源可按照学校、学科、年级、主讲教师、精品视频、微课导航。

3. 资源的展示,并可设置多种分类导航。

4. 全局搜索,分别按照学校、学科、标题、主讲人等关键字进行模糊查询、分组查询等。

5. 同时用户可以通过各种移动终端(ios、Android、Windows)登录平台进行学习,随时随地,打破时间和空间的限制。

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图像行为分析

课程录制过程中除获取课程视频资源外,同时生成S-T教学行为曲线图、饼图数据,教师与学生在上课过程中所占课程时间比例,教师板书与PPT占用比例,方便教师参照上述客观数据进行横向自我对比、纵向跟名优教师学习,为后期教研提供有力素材。

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虚拟切片、微课制作

提供网络在线视频课件编辑功能及虚拟切片功能,将优秀课程资源按照知识点、或者题目划分为3-5分钟的微视频。知识点视频按照学科、年级、进度等组织,为学生利用网络视频资源学习提供了更为方便和针对性的方案。也可利用专业的微课录制工具录制短小精悍的微课小视频并直接上传到平台供学生学习。


三分屏播放

在播放普通的单视频课程的基础上,系统提供了三分屏课件供用户在线学习,三分屏课件可以包括教师视频,学生视频,教学文档视频等。由于三分屏课件是教师视频讲授同步配合PowerPoint文稿,因此教学效果非常接近现场授课。

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流媒体直播

系统可通过网络将现场的视频、音频及计算机屏幕进行实时直播,用户无需额外安装任何插件,用户通过浏览器或微信平台即可观看视频直播。在直播过程中可进行类似QQ模式的在线互动,同时可以针对不同的内容进行提问、评论与在线打分。


直播结束后,直播内容可自动保存到教师的个人空间中,方便教师进行管理、发布。

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网络教研应用

随着网络技术的普及,学校也从单纯的教室课堂发展到了与网络课堂相结合的多模式教学活动。教师和学生可通过资源管理平台进行课堂网络直播和课后点播、示范性教学、远程学习、远程互动教学等,随时随地进行观摩、学习,不再受空间和时间的限制,搭建相互观摩、借鉴的网络平台,达到教学资源共享平衡。教研互动的创建由用户提出申请,包括教研课件的上传,教学课件,教研组成员的设置以及针对性的评价方案的编写。可以预设多种不同的评估方案。

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多方互动教学

各录播教室之间可直接进行多方互动,方便学生接受不同教师上课,从不同角度理解教学内容;不同学校的不同优质科目互补,共同提高;通过交流提高教师的教学水平。

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线上答疑及交流

在学习过程中还可以实时对所学内容提问,他人进行回答,方便学习,也可以对课件进行评价,方便后来同学的学习。

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个人空间

经过注册或者后台管理员发放登陆账号密码,用户登录后可以进入专属自己的个人空间。

个人空间内提供个人主页,课程管理,教室管理,统计信息等模块功能。个人主页内含我的网盘模块,我的问答模块以及个人资料管理模块,在我的网盘内包含个人上传资源,公共资源等。同时支持课件视频的上传,下载;在我的问答内可以显示个人在平台上的所有提问和所有回答。在个人资料管理模块内支持对个人信息的编辑修改,个人头像不仅支持上传本地图片,也支持通过摄像头进行拍摄。

不同角色有适应相关应用的操作界面。作为学生,可以保存自己喜欢的课程课程,提出自己在学习过程中的问题或者帮助他人回答问题,轻松修改自己的个人信息。在学习过程中,系统会记录学生的学习过程及进度,方便下次登录时准确续接上次学习。

作为教师,可以将自己的一些优质教学资源上传,发布课程,看到自己学生所提出的问题,并进行在线的互动回答。

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在线巡课、校长评估

当前端录播教室建设完毕后,可以通过搭建在管理控制中心的云录播平台以及资源管理平台进行管控。管理控制中心通过服务器与资源管理平台对前端录播教室进行监视、录制、直播等控制。

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管理人员通过网页登录的方式,登录云录播平台。左侧显示的是云录播系统内所有的前端录播教室,中间显示的是所有教室的预览画面,右侧显示对指定教室的控制选项,下侧显示的是指定录播教室内所有摄像机图像。

文香资源管理平台以方便、简洁的研发理念,结合最前沿媒体流与控制流转发技术,塔建区域型控制终端,达到简单操作、功能强大的目标。

通过文香资源管理平台,学校领导可以直观方便的观看各教室上课情况,管理控制人员可以方便快捷的对所需要控制的录播教室进行摄像机调焦、录制、直播等操作。

第2章 方案特色

2.1 高性能

2.1.1 多路并发的视频处理技术

文香高清录播系统采用全过程全高清拍摄的录播技术,能处理9路并发的1080P50f/60f信号,保证采集输入信号的高质量。另外为保证现场视频录制效果,根据录制现场的环境情况,可同时支持SDI视频信号、远端视频信号、HDMI高清视频信号等的混合输入,保证录制视频效果达到最佳。

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2.1.2 多种录制模式

支持单流和多流录制模式,单流模式支持单流单画面、单流多画面等各种显示模式,并可在各种显示模式间无缝切换。多留录制模式下可支持1路电影模式和6路通道视频1080P/30fps独立编码,并独立保存为7路视频,各路视频之间没有画面覆盖的情况,能保留最完整的素材资料,方便后期编辑。

2.1.3 支持多点互动教学

文香录播一体机本身具备远程互动教学功能,内置多点MCU多点互动功能,无需外接任何互动服务器,即可实现同时召开多点互动教学功能;具备视频会议终端功能,支持H.323协议,可直接与多点互动平台MCU、会议电视终端互联互通,组建市、区大规模同步课堂教学应用。

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2.2 稳定性

文香录播一体机和文香图像跟踪一体机均采用嵌入式结构,设备电路采用单板卡设计,非拼接板组成,确保设备运行稳定。机身更加轻薄、便携,有效减少空间上的浪费;采用Linux系统,杜绝了使用Windows系统易受电脑病毒侵袭系统的固有问题,系统更安全稳定;低能耗、散热快的优势,能避免高温导致产品机件造成不必要的损耗,保证设备运行的稳定性;嵌入式架构能适应各种环境,如多尘、潮湿、户外等恶劣环境,降低设备故障率,增长设备使用寿命,有效降低人工维护成本。

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2.3 易用性

让老师更加专注于授课本身,无需对设备复杂操作,教师上课可通过控制面板上的按钮,教师可实现一键式操作,轻松“开始”“停止”课堂教学视频录制。亦可通过网络导播页面设定为自动录播或手动录播。如果是自动录播,只需按下“录播开始”键即可。下课时按下停止键,即可完成整个课堂的录制。其它操作由系统自主进行,简单易用,极为方便。

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2.4 可拓展性

2.4.1 黑板双特写

当录播教室具双黑板时,第六机位可做侧墙板书特写跟踪拍摄,教师在双黑板写板书的情况下均可实现自动切换,满足未来教室、分组教学等教学模式需求。

2.4.2 学生双特写

当录播教室是空间过大或不规则的阶梯教室,一个学生特写摄像机无法满足所有位置学生标准特写拍摄时,第六机位可以与其相互协作,完成全自动学生双特写的拍摄,满足教室内任意位置的学生都能够拥有标准的特写画面。

2.4.3 操作台、实验台特写

当录播课程有操作台或实验台的画面需求,第六机位可以利用吊顶安装、垂直拍摄的方式,满足专业的全自动实验或操作过程的拍摄需求。

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2.5 行业领先的图像跟踪技术

2.5.1 教师图像行为分析

当系统检测到教师在课堂中走动较多时,优先采用动态拍摄模式,即多以中景与全景拍摄;当教师在课堂中多以坐姿或静止方式教学时,优先采用静态拍摄模式,即多用中景与近景特写拍摄。

在教室多媒体环境当中,教学互动一体机是必不可少的,因此在采用图像识别技术进行教师行为跟踪识别之时,必须考虑到这些图像源的干扰,为避免误识别的产生,文香充分进行了真实教学场景的模拟,经过多次跟踪场景的模拟测试,在软件设置当中允许屏蔽区域的设置,这样有效避免了一体机动画、影子、飘动的窗帘等对于跟踪效果的影响。

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2.5.2 学生图像行为分析

传统跟踪当中,是不允许教室过道有人行走通过的,但是在真实教学环境当中,比如听课教师的进出等等势必会对正常的学生跟踪产生误判,造成垃圾镜头的产生。文香考虑到教学场景的现实状况,允许在软件调试过程当中人为设置图像识别屏蔽区域,这样可以根据现场环境设置识别有效跟踪区域,从而避免垃圾镜头的产生。

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2.5.3 板书行为分析

在不同的教室环境当中,在普教和高教当中,黑板的布局是不同的,同时由于单头定位的特性,采用单一的矩形框模式来标定黑板的位置已经不能满足实际教学的需求,文香设计了先进的不规则画框方式来适应不同教室的不同教学场景,从而有效提高板书识别跟踪的准确性,高效性。

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2.5.4 教师身高自适应

可以根据教师身高的不同进行自动调整,使教师镜头始终处于拍摄的合适位置,保证合理构图。跟踪过程连续、稳定、平滑,画面输出稳定。

2.5.5 教师身份认证

为了完善课程信息的建设,系统在录课过程中自动对授课教师进行人脸识别,通过身份认证识别教师姓名及身份,并将识别信息实时反馈到授课的基本信息上。

2.5.6 先进的全面防抖动技术

在拥有“宽场景画面防抖技术”的同时,支持创新的“窄场景画面防抖技术”。

①宽场景画面防抖技术:可对教师在某个自定义的数值范围内的移动进行忽略,保持摄像机固定拍摄,以保证画面的流畅及稳定,避免出现画面跳动、遥移等现象

②窄场景画面防抖技术:在1.8~2.4米的窄场景中,在0~3m/s的移动速度下,人物精确跟踪,不抖动,不丢失。并在精确跟踪教师的同时,完全避免大幅度肢体动作造成的镜头抖动问题,解决了多年的业界难题,实现该领域的一个重要突破。

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2.5.7 模式检测功能

提供4种检测模式,分别为学生巡视、板书检测、学生检测、操作台检测,实现学生巡航拍摄、黑板双特写、学生双特写、操作台/试验台特写的自动跟踪,并与录播系统配合,实现画面拍摄,满足教育信息化对不同课程情况的拍摄要求。

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2.5.8 学生区巡视功能

目前市场上存在的跟踪系统均是对教师,学生,板书跟踪策略的定义,而针对教研有时我们还需要了解上课过程中学生们具体的表现。文香所研发的学生区巡视功能正是为了满足这种需求。学生区巡视功能是通过架设一台学生云台摄像机,此摄像机通过图像跟踪一体机的设置,不断的对学生区各个学生进行特写扫描并同时录制成1080P高清视频文件。通过图像跟踪一体机的模式检测功能,可以设置学生巡检区以及巡检策略,如下图:

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2.5.9跟踪切换策略定制化

文香图像定位系统可根据特殊的现场环境条件及用户的拍摄需求,在上课过程中智能调整拍摄策略,完整拍摄整个教学过程,尽可能的接近人工拍摄的效果。

2.6 云平台应用技术

教学视频应用云平台基于云架构设计的视频服务聚合技术,能将分散在各个教室的录播系统、所有底层视频传输服务进行聚合,提供符合教学设计的视频应用服务,包括视频资源管理、点播、直播、评价等。同时支持基于flash和HTML5的播放设计,提供多终端良好的用户播放体验,满足翻转课堂应用需求。

2.7 专业音频处理系统

根据教室的大小此次方案布置多支吊装话筒,采用超心形指向进行拾音,拾音范围如图所示,可将教室内声音进行有效拾取。吊装话筒指向性强,可有效避免环境噪声干扰。配置数字音频处理设备对多路音频信号的智能混音和音质的调节,使录制声音效果更佳清晰;

2.7.1 自动语音增益

数字音频处理器具有AGC自动增益控制,自动增益控制提供语音电平调节能力,它把减弱了的和加强了的信号映射到一个用户定义的最理想电平。AGC具有区分加强了的信号和轻柔信号的能力,完全避免因多个麦克风拾取同一音源,使声音重叠传输,导致声音有隧道音,空洞且失真的现象发生,使声音录制更加清晰。

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2.7.2 噪音消除

数字音频处理器具有自动噪声消除功能,噪声有两个来源,一是环境噪声,一是设备噪声。这种噪声首先取决于设备的品质,另外线路的排布、设备之间的连接方法、屏蔽方法等都有重要影响。

在声音处理方面具有噪音抑制功能,系统自动根据声音的频率不同,将环境噪音及人声自动分离,并将环境噪声消除。如图所示。

第3章 主要产品介绍

3.1 4K录播一体机

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4K录播一体机采用单板卡嵌入式架构,支持网络导播与本地导播两种导播方式,集4K合成HDMI输出、RTSP/H.323/SIP多协议互动、POC摄像机接入、可扩展数字音频处理等功能为一体,内置视频监视、视频切换、云台控制、音频调整、直播/录制/暂停等控制、LOGO校徽、直播监视、导播、点播、系统设置等功能。

视频输入:3G/HD-SDI*6、HDMI*2、VGA*1、YPBPR/CVBS*1

视频输出:HDMI*2,其中1路HDMI支持4K输出;VGA*1

音频输入接口:MIC*2,自带幻象电源;LINE*3,立体声线路接入

音频输出接口:LINE*4,其中1路为3.5mm本地耳机监听接口

控制接口:RJ45*8,兼容RS232、RS422等控制协议

其他接口:USB*4,其中2路USB3.0接口、RJ45LAN*1、DC24V*1

3.2 图像跟踪一体机

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图像跟踪一体机采用单板卡嵌入式架构,集合教师跟踪、学生定位、板书定位、导播切换于一体,系统实现对教师区、学生区、板书区等多个应用场景进行模块化智能分析,并控制摄像设备进行全自动智能拟人化拍摄,教师、学生无需佩戴任何跟踪设备,整个跟踪拍摄过程无需人工干涉。

视频输入接口:SDI*4

视频输出接口:DP*1\HDMI*1

云台控制口:RS-232*4复用云台控制端口(PTZ),云台控制码可设定

通讯端口:console*1

网络接口:千兆网络接口*2

USB:接口*4

音频接口:LINEIN*1

3.3 高清云台摄像机

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1.图像传感器:1/2.8英寸 逐行扫描CMOS, 214万像素。

2.焦距: f=4.7~94.0mm;光圈: F1.6 – F3.5;光学变焦: 20倍;数字变焦: 12倍。

3.视场角: 59.5° - 2.9°。水平范围: -170°~+170°;垂直范围: -30°~+90°;水平转动速度: 0.1°~120°/ 秒;垂直转动速度: 0.1°~80°/秒。

4.聚焦系统:支持自动、手动、一键触发、PTZ触发。

5.快门速度: 1/1-1/10,000秒。

6.增益:支持自动/手动。

7.白平衡:支持自动、室内、室外、一键触发、手动、自动跟踪、钠灯、日光灯模式。

8.曝光控制:支持自动、手动、快门优先、光圈优先、智能。

9.信噪比:50dB。

10.数字降噪:支持2D/3D。

11. 支持背光补偿、宽动态。

12.预置点数目:256个。

 

 

3.4 数字音频矩阵

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数字音频矩阵集成了语音激励、动态自适应噪声消除以及自适应反馈消除等功能,采用语音信号处理专用的高速浮点DSP处理芯片和业界领先的智能算法,能同时接入8个麦克风,并为麦克风提供48V幻象供电,采用PC软件通过网络对设备参数进行调节。

3.5 控制系统

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中央控制系统采用7英寸触摸式控制面板,6位真彩色RGB显示(64K色),一键式控制,与录播系统和时序电源控制器配套使用。

控制录播系统的录制、暂停、停止、VGA锁定、手自动切换等操作;

对录播系统进行台标与字幕的显示控制;

预览通道选择,以及画面布局切换,通过中控即可进行画中画、师生对话、三分屏等画面布局的选择;

对摄像机进行预置位选择;



 






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