智慧教育云平台解决方案

智慧教育解决方案

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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 15839-1995《64~1920kbit/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

IETFSIP：IP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SIP、ONVIF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

说明：监控摄像机和监控平台管理

说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。MCU的MTBF 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8层PCB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3路3.81mm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2路3.5mm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2路150W@8欧姆的数字功放，可直接输出到教室扩声音箱。内置2路3.81mm 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