智慧云课堂涵盖开放式云课堂、常态化云课堂、前端采集设备、PC和移动终端等接入软件、智能化集中管理系统、资源管理平台

开放式云课堂

概述

与互联网同行，是我国高等教育改革和发展的必然选择。目前，我国大规模在线开放课程建设、教学资源平台建设扩大了优质教育资源受益面，使中西部地区高校学生能够参加国内外著名大学网络课程的学习;精品资源共享课、视频公开课使一大批中青年教师教学水平得到了提升;信息技术使老师更方便地开展启发式、探究式、讨论式、参与式教学，建立起以学为中心的教学模式。

开放式云课堂具有强大的交互功能、丰富的优质学习资源，使学生在线学习不受时间、空间的限制，为学生的个性化学习创造了条件，结合社会环境教学,可以有效地提高学生的认知能力、引导学生的实际操作，实现学校与学生、家长间的多方互动，引领互动式教学。

建立学校私有云级别与社会公有云级别的教学资源平台，为老师备课、教学提供素材，从而提高教学质量，丰富教学内容；学生则可以通过智能终端设备，任何时间，任何地点，针对性预习和复习所学知识点，同时也提高实践操作的能力，实现区域级，国家级的跨校交流与合作，大力整合优质教学资源，改善国内教育资源不均衡问题，实现教育资源共享化。

功能描述

系统拓扑图

平面示意图

开放式云课堂是学校用来为教师课堂教学过程进行全程自动录制，并且进行两点或多点的校际互动教室之间的互动教学与互动教研的专用场所。根据用户的需求，开放式云课堂划分为互动录播室（精品课件录制、互动教学）、观摩室（教师观摩室）、控制室组成，我们在设计系统功能的同时考虑教室与观摩室的设备部署。

平面布局示意图

开放式云课堂的基本组成单元：

1）开放式云课堂：触摸一体机、高清图像采集系统、图像锁定自动跟踪系统、音频拾取及声音处理系统、互动录播系统组；

互动录播主机：互动录播主机是开放式云课堂的核心，它采用一体化硬件设计，集数据采集、视音频编码、录播控制、远程音视频互动控制、数据处理发布、存储、应用管理于一体。系统通过采用先进的音视频编解码及触控操作技术，实时记录教师授课讲解视频、音频、板书、授课计算机的VGA屏幕画面、学生问答视频、多方音视频互动视频等信息，以单画面电影模式或多画面资源模式显示，手动/自动上传到资源管理平台上，形成教学课件资源。同时，主机还可以与其他终端设备进行音视频双向互动。教授授课及互动实况能够同步进行视频直播。

图像采集系统分别为：一台用来拾取“模拟教师”的教学活动形象，一台用来拾取“模拟学生”学习反应情况，一台用来作为板书特写，一台来用来作为采集课堂全景；

图像锁定自动跟踪系统：采用图像智能识别技术，教师身上无需佩戴任何装置，即可实现三个摄像机的（老师特写、学生特写、学生全景、板书）；

音频系统：声音的采集在教室内安置2个全向麦克风对教师和学生进行拾音,老师和学生无需携带设备即可完成声音采集，通过无源音箱进行扩音；

2）控制室：可以通过网络对各间教室进行管理操作。控制室内只需配备计算机及大屏幕显示设备（如等离子显示器、投影机），控制室负责对现场进行智能导播，智能导播集传统自动录播系统的导播功能和特技切换台功能于一体，主要用于课程录制过程中多个场景及多路视频信号源、视/音频文 件和计算机画面之间的自动切换，系统随教学活动的变化智能选择切换策略，并实现带特效功能的智能导播；

3）示范观摩室：装有液晶显示设备的普通视听教室，通过网络接收其他教室的实时教学网络直播，即可实时同步播放教学实习的实况，供指导教师现场评述，使较多的学生观摩分析。

智能化集中管控系统

概述

智能化集中管控系统可以很好实现了对开放式云课堂互动终端、常态化云课堂互动终端、图像跟踪系统、音频处理主机等统一监控与管理。通过采用先进的计算机技术、网络通讯技术、视频传输技术、图像处理技术等，可方便地实现对各个互动终端运行状态、运行参数的显示、处理和存储等；同时，本系统可以监管设备的运行情况，管理员可以及时的监管课堂互动终端、图像跟踪系统、音频处理主机的运行状况，提高设备的运行效率，实现了对各终端的科学管理。

功能特点

系统拓扑图

设备远程管理

系统通过现有的内部局域网，实现远程监控，亦可在外网进行访问监管，所监管的对象和本地控制中心具有等同的功能，可针对不同的监控对象实现不同的远程监管。

远程管理功能是独立于现场监管部分，远程监管可对互动主机、图像跟踪主机、音频系统进行远程的监管，体现了灵活性、模块化、结构化设计的思想。它增强了系统的稳定性、安全性和可靠性，并使整个系统能以最少投资获得良好的扩展功能，有利于用户的使用。

系统功能管理

操作权限

系统根据不同的操作者划分了多级操作权限，最低级操作权限只能查看监控数据；具有控制权限的操作者可以进行对监管对象发送控制指令，例如：设备开、关机；具有系统修改权限的操作者可以对系统所有设备进行属性、参数的修改；最高级的操作权限可以修改系统的所有参数，包括系统的运行参数；系统具有非常完善的权限分级管理功能，亦可根据用户实际需求，可对操作者划分不同的操作权限，不同的用户只能在自己的操作权限内进行系统的操作。

系统操作记录

系统对所有操作者所进行的系统操作均作详细的操作记录，包括操作人账号、操作人名称、所操作的设备、操作内容、操作时间及操作者登录、退出的系统的时间等信息，以供查询之用。

系统自诊断

系统的自诊断性良好，当包括本地设备通信故障、远端通信故障、硬件故障、软件运行故障等情况出现时，系统会自动发生故障报警时间，以便及时通知管理员排查设备故障。

数据备份及恢复

系统当出现某些故障或系统操作不正当、不正常而导致系统数据（包括软件运行的数据）全部丢失时，系统会自动启用数据备份恢复功能，将以往每天一次所备份的系统数据恢复到上一次正常的状态。当系统因操作不当、监控主机操作系统出现故障或系统断电后（包括非正常断电）而导致操作系统重新启动时，该系统会在监控主机操作系统重新启动后自动启动监控系统，以确保系统正常运行，使之具有更高稳定性、安全性。

在线升级

 系统可对课堂互动录播终端进行在线升级，可查看各终端系统版本，以便各终端保持统一的版本。

远程导播

在远程导播平台上，一个界面中显示了所有可供切换显示的视频画面，只需要点击相应视频窗口就可以选择将该路视频输出至直播或录制主画面。

　　在该界面上，工作人员可以对云台摄像机传回的3路视频和采集的1路VGA信号进行自由快速切换，由于所有输入的图像均经过数字化处理，因此图像之间可以进行实时无缝切换，并且具有多种显示方式如画中画、分割画面等。

　　而未被主显示的视频画面，工作人员可以通过鼠标点击和预设置的取景模式快速变焦，调整到合适画面后，再快速地切换至主画面显示，使录制和直播的视频能呈现传统多机位录制一样的精彩。

　　精准快速变焦，九种预设置取景模式

　　在远程导播平台里，系统还可以预先设置9种取景模式(支持自定义)，如全景、中景、特写等模式，设定好后，用鼠标点击相应取景模式，就能快速地操控云台摄像机进行相应的变焦。当然，在相应画面上，前后滚动鼠标滚轮也能流畅地操控云台摄像机完成变焦：滚轮向前，云台摄像机画面向前推;滚轮向后，画面向后推。

　　给予教学课堂录制人员更多充满自由和灵感的操控

　　远程导播手动录制方式给予了工作人员更多的自由和发挥的余地，通过浏览器登录导播平台，操控云台摄像机进行录制。只需要点击鼠标就能很好地对安装在教室里的云台摄像机进行上下左右转动和前后变焦的控制，而工作人员更能根据录制课程的类型预先设定9种变焦模式，让云台摄像机的操作更加快速和精准。

　　通过远程导播方式录制的教学视频，已经非常接近人工导播的水平了。这种方式适用于录制中学课堂活动比较复杂多变、师生互动较多、学生发言多的课程，如实验课、文理科和讨论课等课程，它能使录制出来的课堂实录多角度完美地呈现课堂教学的原貌。

　　效果与效率并重，直播与录制齐飞

　　在独有的远程导播平台的辅助下，录制的教学视频质量非常出色，足以媲美有经验的电教老师用双机位拍摄出来的课堂实录，但它却比传统的摄像机拍摄方式更加省心省力，既拥有出色的录制效果，又能极大地提高工作效率、减轻工作的负担。

资源管理平台

概述

资源管理平台对于教学系统来说，它们只是教学资源的“生产者”，而用户最终的需求主要集中在教学资源管理、作业管理、互动教学、课程教学内容展示等方面。如何合理并最大化使用录播设备这个“生产者”，也是用户日渐关注的问题。

资源平台架构

系统拓扑图

平台结构

平台架构图

资源管理平台旨在构建优质数字教育资源共建共享环境，促进信息技术与教育全面深度融合，实现优质教育资源的普及与共享，促进教育公平，实现教育信息化可持续发展。

平台集软硬件于一体，在平台上可便捷的发起直播、录播、课堂互动、教学分享等教学活动。教师学生可登录平台进行点播精品课程、参与课堂互动、观看直播、查阅学校资源、管理个人空间及查看通知公告等活动。学校管理者及区域教育管理者可在平台中轻松统计各种信息及管理各种资源的审核、发布。

功能结构

资源管理平台采用B/S架构，能便捷地对互动录播系统所录制的视频资源进行汇总和分类管理，平台集用户管理、公告发布、转码管理、终端管控、点播管理、直播管理、互动管理、课程管理、资源管理等服务为一体。

应用结构

平台采用分层的架构设计，总共分为4层：基础支撑层、服务层、应用层、展现层。

基础支撑层：作为整个系统的最底层，提供基础的软硬件设施，包括系统通用软硬件资源设施，如支撑整个系统运行的虚拟服务器、虚拟软件、操作系统、数据库，还包括支撑系统业务功能的硬件，如音视频拾取及声音处理设备，图像跟踪智能识别模块，文件存储设备等。

服务层：在基础支撑层之上，向上提供业务应用功能的软件基础服务功能，包括移动端接入网关、业务管理服务模块、内容管理模块、流分发服务模块和流媒体服务模块等。

应用层：直接服务于业务需求，通过相关软件模块的部署直接实现业务功能，业务层主要包括录播应用、直播应用、点播应用、互动管理、网络教研等应用。

展现层：通过手机、PAD、录播终端设备进行音视频互动，或者通过WEB浏览进行课件资源的点播及直播。

技术特点

采用J2EE等标准技术

具有基于应用的广泛性和兼容性开发的各项技术, 采用J2EE标准技术,, XML，数据库链接池等技术,实现了跨Unix、Linux 、NT多种平台，跨Oracle、SQL Server、DB2、MYSQL等大、中、小型网络数据库的开发应用，并实现无缝集成，基于J2EE、XML核心技术B2B、B2C的应用，适合不同的需求。在网络安全及电子支付关键技术上都有成功的实际应用。

采用Browser/Sever结构

B/S架构的产品体现更方便的特性，无论用户的规模有多大，只需要管理服务器就行了，所有的客户端只是浏览器，根本不需要做任何的维护。所以客户机越来越“瘦”是将来软件的主流发展方向，这使得升级和维护越来越容易而使用越来越简单。

全方位、全过程的高安全容错系统

能提供从操作系统、通讯协议到用户认证等多层次的安全保证，确保系统和用户资料的安全性。

跨平台、跨数据库

系统采用Java语言进行开发，具有跨平台的特点，与操作系统无关。跨数据库：使用标准的JDBC数据接口技术，不受数据库限制，平台可支持在Windows，IOS，Android等多种平台下运行。

多码流分发技术

平台在提供点播和直播时，可实时地将源视频编码成不同大小的码流，以便用户在不同网络环境下及不同终端设备上接收观看。

方案技术优势

抗丢包率技术（AQos技术）

在网络丢包率30%以上的环境中，通过采用AQos技术，画面质量仍保持高清晰可见。

图一 采用AQos技术

图二 未采用AQos技术（其他厂家）

多终端双向互动能力

多终端复用融合技术

支持PC、手机、PAD、电视机和专业终端等同时接入进行音视频通讯

手机端编解码（EAIVC）能力：

通过高效的EAIVC移动编解码技术，使得手机端在移动3G/4G网络下，支持高清视频（1080P）高速流畅播放。

图一 采用EAIVC技术的视频清晰度

图二 未采用EAIVC技术的视频清晰度

网络带宽自适应（ASTS技术）

采用网络带宽自适应ASTS技术，使得系统在进行直播、点播的时候，能够根据网络带宽的差异，分别发送不同码流的视频源，以便不同终端，不同网络条件的设备都能流畅观看视频效果

播放终端涵盖PC、专业终端、手机和PAD，支持的操作系统包含windows 全系列、苹果IOS全系列以及android2.3以上操作系统

通过ASTS技术，系统可实现批量添加转码任务，同时多路并行转码，快速输出视频文件。

视频编解码技术（AIVC）

誉融科技自主研发的AIVC编码器，在同等视频质量的情况下，压缩效率比H.264高30%，与H.265比起来优势显著。

时间轴唇音同步技术（TLPS技术）

采用誉融科技时间轴唇音同步技术，比传统的采用声音、视频的唇音同步延迟更小，相对延迟≤100ms。

图一 采用时间轴唇音同步技术

图二 采用传统唇音同步技术

视频带宽ARES复用技术

录播终端采用视频带宽ARES复用技术，保证5路高清（1080P）视频能够以单路高清视频流进行传输。

多级级联技术（AMP技术）

服务器采用分布式AMP级联技术，在互联网上可快速部署，级联的各个节点可协同处理系统的媒体数据流，全国范围内的终端设备可自动识别对应的节点，采用就近登录原则缓解网络带宽压力，保证所有终端都能观看到最佳效果。

高效录制压缩（AIVC技术）

采用高效的AIVC压缩技术，录制一节高清视频效果（1080P）的课，只要不到1GB的存储空间。

直播存储（AHLS切片技术）

采用AHLS切片技术，确保在进行互动教学直播的时候，把直播源切片流提取保存在客户端，用户通过拖动的方式即可查看之前直播的内容。

图一 未采用AHLS技术

图二 采用AHLS技术（直播时候可回放）

系统架构灵活

系统架构灵活，可支持多种终端融合接入，同时能够提升直播、点播转码媒体能力，并无缝对接到第三方资源管理云平台上。

应用场景

名师讲堂

通过IP网络，例如局域网、互联网、移动网(3/4G)，将名师授课过程内容直播出去，听课者可以通过电脑、手机等终端设备观看名师授课音频、视频以及计算机屏幕内容。借助于优秀的视频转码及网络技术，可实现低延时高清的音视频直播体验，同时，可以支撑上万级别的大规模直播，满足大规模用户观看需求。

直播可以支持多种浏览器，如：IE、Google、safari 、火狐等，无需额外安装任何插件，即可收看直播，同时，用户还可以使用手机APP直接进行直播观看。

ANYV从技术与应用两个层面，提出名师课堂直播解决方案，支撑名师课堂的大规模直播，满足大规模直播的用户需求。

应用方案严格按照《教学环境建设规范》、符合教学视频录制要求，完整真实记录教师活动，学生活动，师生互动等课堂活动，专业录制常态化课堂、优质课堂、学术会议、专业讲座等视频。

直播课堂进行中，录播系统只需发送一路流媒体视频到资源平台，通过转播服务器，降低直播分辨率、帧率和码流，缓解网络带宽压力，扩大视频直播收看数量，实现名师讲堂的大规模直播。

优课录制

中央电化教育馆要求在全国具备网络和多媒体条件的中小学校普遍开展“一师一优课”活动，组织每位教师提供应用数字教育资源的一堂代表课（选优），进行在线“晒课”交流，大面积促进信息技术与教育教学深度融合。

更好的录制优课

誉融科技根据多年音视频领域的技术沉淀及对教育行业的深刻理解，根据国家教育部的政策标准设定了一套从优课的录制到最终应用的完备解决方案，操作简捷、智能，便于普及，以确保“一师一优课”活动能够顺利进行。

方案涵盖了从单机位到多机位、从固定式到移动便携式、从手动导播到自动导播、从嵌入式到非嵌入式等多种应用解决方案，从实际出发全面满足各类教学场景、教学形式的录制需求。满足精品优课录制，还能作为互动教室，与远端教室进行互动，且对环境的适应能力强，性价比高，可在学校的多个教室大规模部署。

更好的使用优课

贯穿教师成长和优质课件资源共享这两条主线，为提高教师教育信息化素养和创新数字教育资源的应用模式是建设方案的主要目的。

通过优质资源的分享、点评、评选，能够提高教师教育信息化素养，并最终呈现自己的优质课，教师提交的优质课又可在平台分享。经过共享模式的建立，增强了师生对平台的粘度，最终能够提高老师、学生对新的创新数字教育资源模式的适应度。

评课

云平台存储的海量课件，能够以最好的视频效果，通过手机,PC,PAD,TVbox等终端被广泛点播，用户对点播的课件进行点评、收藏、下载、点赞、评分。

系统根据评分的高低对课件的质量进行甄别，选出优质的课件推荐给精品课件频道进行展示。

晒课

晒课平台是广大教师建设的精品资源聚合中心，通过优质课评选产生的优质资源都可以在这里进行展示，平台为每位名师提供优质资源的展示空间。

同课异构

“同课异构”是指同一节的课题由不同老师根据自己的实际，在不同的教学思想指导下，自己理解，自己备课、上课。从中学习和掌握教学的规律，提高教师课堂教学水平和专业发展的能力。由于老师不同，所备所上课的结构、风格，采取的教学方法和策略各有不同，这就构成了不同内容的课。

依托先进的音视频交互技术，校际之间的老师和学生可以突破时间、空间和地域的限制，进行基于互联网的远程同课异构活动。老师和学生只需要在自己的学校和班级中就可以便捷的与其他学校的老师和学生进行同步授课、教学评价、网络教研等活动，实现资源的交流与共享，扩大了同课异构应用的领域和范围。

教研教改

教育研究是指人们运用科学的方法探求教育事物本质和性质，摸索和总结其教育规律，取得科学结论，解决教育问题，促进教育事业发展的研究活动过程。教育是以教育科学理论为基础，以教育领域中发生的现象为对象，以探索教育规律为目的地创造性的认识活动。简言之，是用教育理论去研究教育现象，探索新的未知规律，以发现新情况，总结新经验，为实施素质教育，深化教育改革服务。通过互动录播系统，教研员可以在异地通过电脑或手机终端便可参与教研会议，通过网络与其他教研专家一起进行线上和线下的音视频互动交流，节约了教研老师、专家大量的时间和精力。

远程督导

学校领导通过智能手机可以实时接入所有互动录播教室，观看老师授课情况及学生听课情况，观看过程不会对老师及学生有任何影响，满足了校级领导随时随地对学生及教师进行远程教学督导和检查的需求。

同步课堂

特级教师是稀缺的优质教学资源，对学生、青年教师尤其是偏远地区的教师都是如此。教育部门及学校通常会安排特级教师讲授公开课，让学生聆听名师的教导，让青年教师从中学习提高，但限于时间、地点等制约因素，能够到现场参与的还是少数。还有些地区现在通过录播系统将特级教师的授课过程录制下来进行网络点播或时直播，但这种方式难以实现音视频双向的交互，学生不能及时与老师进行面对面的沟通，同时，教师也不能及时了解学生的学习状态，授课及学习效果大打折扣。同步课堂是一种相对于面授教育，实现师生分离、非面对面组织的教学活动，它是一种跨学校、跨地区的教育体制和教学模式，可以让优质师资在全社会得到共享。

存在现象

主讲老师无法根据自己当下的教学进度，实时选择远端的学生进行提问、答疑，需要专业人员对远程的画面进行导播。

由于带宽不足（一方至少需要4M以上专线保障），高清互动时，会存在视音频不清晰、延时大，有啸叫和卡顿等现象。

一般模式是采用录播系统+会议二套系统整合，分别实现录制与互动的模式，操作复杂，成本高。

解决方式

1、主讲老师可以根据自己教学进度，通过讲台上的智能触控导播台，自由选择与远方任何未来教室间的学生进行提问、答疑，大大提高名师讲课效率

3、通过低带宽（1M以内）的互联网，就可以实现高清晰同步上课；

4、采用互动+录播一体化系统，使各省、市、县圴可实现多间教室同步授课，实时互动，并能对现场教学的全过程进行精品化录制，操作简单，性价比高。

5、听课教室采用简易型互动录播主机，操作简便，互动效果超强，具备很高的性价比，便于大规模普及推广。

移动学习

“移动学习”是利用碎片时间，学生可以通过移动设备随时随地的进行教学课件点播、收看老师授课直播，极大的拓展了学习的方式。

老师讲课内容可在手机上点播观看

专递课堂

专递课堂，指的是利用网络实现在线同步上课的方式，使边远地区上不好课的农村学校、资源薄弱的城市学校与拥有相对丰富教育资源的优质学校同上一堂课，共享优质教育资源，提高教学质量,帮助偏远地区和落后学校的学生享受优质教育资源，实现教育均衡发展。

建设需求

主讲教室老师专门为远端听讲教室学生授课；

主讲教师与听课教室中学生能进行音视频的实时互动；

听课学生能清楚地看到主讲老师的板书书写、电子课件内容及表情神态；

采用容易大规模使用的普通互联网接入方式，如ADSL。避免采用建设和维护成本高的专线链路接入（如光纤、专线等）；

领导能够及时对教学过程进行观摩及了解。

解决方案

1、主讲教室：老师可通过讲台上的智能触控导播台，清晰看到远端教学点的学生及板书，对远端课室的学生进行授课。

2、听讲教室：听讲教室的学生始终在大屏幕上清晰地看远程老师上课，包括老师的讲课，板书，课件画面。

3、管理者：教育主管领导可以随时随地使用手机，PAD等移动设备进入专递课堂了解和观摩网教的过程。

4、课件录制：在上专递课堂时，可以把远程互动的视频与本地老师讲课的内容同时录制在同一课件，不需要二次编辑。

在线家长会

为促进老师、家长间的沟通，共同掌握孩子的学习和成长情况，中小学一般每学期都会开家长会，通常家长会在每个班级内进行，如果校长需要与家长沟通或讲话，只能到每个班级去，时间和精力上常常难以顾及，有了互动录播系统，家长可以在外不用赶回学校参加家长会，通过电脑或手机终端便可参与家长会，通过网络与老师和其他家长一起进行现在和线上的音视频互动交流，节约了家长大量的时间和精力。