本發(fā)明屬于音頻視頻錄播設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種錄播設(shè)備及錄播方法。

背景技術(shù)：

良好的教育對于社會非常重要。好的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)當(dāng)被自動錄下來，科學(xué)研究中好的報告也應(yīng)當(dāng)被錄下來，以便好的內(nèi)容可以被更多的人分享。再如，學(xué)生可以用這些課堂內(nèi)容視頻幫助他們做作業(yè)，準(zhǔn)備測驗與考試，或補(bǔ)習(xí)缺失的課程以便趕上進(jìn)度。目前蓬勃發(fā)展的慕課、微課、翻轉(zhuǎn)課堂等在線教育服務(wù)，對錄播設(shè)備都有強(qiáng)烈的需求。

錄播設(shè)備是近年來出現(xiàn)的新型設(shè)備，廣泛地用于教育、醫(yī)療和視頻會議中。通常的錄播設(shè)備有幾路視頻輸入，每一路視頻是單攝像頭，數(shù)據(jù)放到數(shù)據(jù)采集卡上，并由cpu/gpu進(jìn)行壓縮、編碼、解碼等。

現(xiàn)有技術(shù)中針對課堂上課的錄播設(shè)備，都是使用一個攝像頭錄制黑板上的內(nèi)容。錄制的比例通常是2比1，或者是16比9，錄播的精度為高清或全高清。不過，通常黑板的比例是4比1。為了解決這個問題，現(xiàn)有的方法是進(jìn)行人工操作或者用旋轉(zhuǎn)攝像頭，以選擇錄制的內(nèi)容。但是，人工錄制增加了人力成本、旋轉(zhuǎn)攝像頭則造價成本高，而且兩者都不夠可靠，其鏡頭運動不夠流暢，而且錄制過程中往往會丟掉一些無法復(fù)制的原始內(nèi)容。

同時，現(xiàn)有的這些設(shè)備僅僅滿足了初步的錄播需要，但是造價昂貴并且分辨率低，安裝與操作也很復(fù)雜，碼流較高，不能滿足價廉物美的市場需求，也不符合通過普通互聯(lián)網(wǎng)傳輸常態(tài)課堂的錄播需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的正是為了解決現(xiàn)有錄播設(shè)備精度低、成本高、比特率高不能滿足常態(tài)錄播需求等技術(shù)問題，提出了一種新型的多鏡頭錄播設(shè)備，簡化了硬件結(jié)構(gòu)，降低了制造成本，大大提高了圖像精度，實現(xiàn)了畫面比例調(diào)整，同時低比特率更利于網(wǎng)絡(luò)傳輸，真正做到了價廉物美。

本發(fā)明提供了一種多鏡頭錄播設(shè)備，主要包括主板、微處理器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和攝像頭模塊。所述攝像頭模塊通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與主板相連，攝像頭模塊與網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)外接口連接。所述微處理器同時連接主板和攝像頭模塊。主板上設(shè)置有內(nèi)裝主系統(tǒng)的中央處理器。所述攝像頭模塊主要包括攝像頭一、攝像頭二、同幀振蕩器、hdmi視頻采集模塊和gpu。

進(jìn)一步地，所述主板上連接有硬盤驅(qū)動器、wifi模塊、usb網(wǎng)口、usb音頻接口和直播模塊。

進(jìn)一步地，所述微處理器連接有紅外接收板、led指示燈和電源適配器。

進(jìn)一步地，所述攝像頭一、攝像頭二為網(wǎng)絡(luò)攝像頭，主板、網(wǎng)絡(luò)攝像頭和hdmi視頻采集模塊通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)相互連接。

作為進(jìn)一步地優(yōu)選技術(shù)手段，所述gpu集成在主板上。

本發(fā)明還提供了一種錄播方法，基于前述的多鏡頭錄播設(shè)備：

一，直流電源為多鏡頭錄播設(shè)備供電；

二，兩個攝像頭同步采集視頻圖像；

三，hdmi視頻采集模塊將視頻圖像編碼為高比特率流，并將其發(fā)送到gpu；

四，gpu將來自兩個攝像鏡頭的視頻圖像解碼，并將它們拼接在一起；

五，視頻處理模塊處理從gpu接收拼接的視頻流，根據(jù)校準(zhǔn)信息將不同的幀融合成最終視頻圖像，并將融合視頻圖像以原始格式編碼在中央處理器上；

六，融合視頻圖像自動轉(zhuǎn)換為若干種分辨率格式；

七，中央處理器將視頻進(jìn)行直播，或以低比特率存儲在硬盤驅(qū)動器中。

進(jìn)一步地，客戶終端設(shè)備通過主板上設(shè)置的wifi模塊，訪問錄播設(shè)備，實現(xiàn)在線直播、點播。

本發(fā)明另外還提供了一種單鏡頭錄播設(shè)備，主要包括主板、微處理器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和攝像頭模塊。所述攝像頭模塊通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與主板相連，攝像頭模塊與網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)外接口連接。所述微處理器同時連接主板和攝像頭模塊。主板上設(shè)置有內(nèi)裝主系統(tǒng)的中央處理器。所述攝像頭模塊主要包括單攝像頭、hdmi視頻采集模塊和gpu。

以及基于單鏡頭錄播設(shè)備的如下錄播方法：

一，直流電源為單鏡頭錄播設(shè)備供電；

二，攝像頭采集視頻圖像；

三，hdmi視頻采集模塊將視頻圖像編碼為高比特率流，并將其發(fā)送到gpu；

四，gpu將來自攝像鏡頭的視頻圖像解碼，并進(jìn)行形狀和色差校正；

五，視頻處理模塊處理從gpu接收拼接的視頻流，根據(jù)校準(zhǔn)信息將不同的幀融合成最終視頻圖像，并將融合視頻圖像以原始格式編碼在中央處理器上；

六，融合視頻圖像自動轉(zhuǎn)換為若干種分辨率格式；

七，中央處理器將視頻進(jìn)行直播，或以低比特率存儲在硬盤驅(qū)動器中。

本發(fā)明通過多鏡頭攝錄視頻圖像，用以太網(wǎng)傳輸內(nèi)部數(shù)據(jù)，視頻圖像經(jīng)gpu拼接，再由cpu進(jìn)行壓縮。本發(fā)明用價格低廉的普通攝像頭和電子部件就能達(dá)到很高的錄播精度，并且網(wǎng)絡(luò)視頻流量低，使得高質(zhì)量常態(tài)錄/直播變?yōu)楝F(xiàn)實。另一種單鏡頭錄播設(shè)備，通過圖像校正和壓縮，同樣能夠達(dá)到上述技術(shù)效果。

附圖說明

圖1是本發(fā)明多鏡頭錄播設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是本發(fā)明中攝像頭模塊實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明多鏡頭錄播設(shè)備的工作流程圖；

圖4是本發(fā)明中攝像頭模塊實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明單鏡頭錄播設(shè)備的工作流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：

實施例一

如圖1所示，本發(fā)明的一種多鏡頭錄播設(shè)備，主要包括主板、微處理器(mcu)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和攝像頭模塊。所述攝像頭模塊通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與主板相連，攝像頭模塊與網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)外接口連接。該網(wǎng)絡(luò)外接口具有多個接口。微處理器同時連接主板和攝像頭模塊。作為優(yōu)選，本發(fā)明的主板上設(shè)置有中央處理器(如intelcpu)，內(nèi)裝有g(shù)nu/linux操作主系統(tǒng)，mcu是一個8位簡單計算機(jī)，運行簡單的軟件。

其中，主板上連接有硬盤驅(qū)動器、wifi模塊、usb網(wǎng)口(以太網(wǎng))、usb音頻接口和直播模塊。主板上僅有的一個以太網(wǎng)接口用于連接網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，以實現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換，因此本發(fā)明使用了若干usb以太網(wǎng)口用于連接外部設(shè)備。本發(fā)明也提供多路外接視頻采集線，以便采集教室內(nèi)學(xué)生的視頻。設(shè)備提供usb音頻適配器，可以接入音頻線，實現(xiàn)單聲道麥克風(fēng)輸入和音頻輸出。wifi模塊直接連接到主板上，用于實現(xiàn)本地wifi熱點功能。

微處理器連接有紅外接收板和led指示燈，紅外接收板用于接收遙控器信號，并通過led指示燈體現(xiàn)其工作狀態(tài)。電源適配器為微處理器提供合適的直流工作電壓。

本發(fā)明的攝像頭模塊采用多攝像頭結(jié)構(gòu)，附圖2示出了其中一個優(yōu)選的實施例，主要包括攝像頭一、攝像頭二、同幀振蕩器、hdmi視頻采集模塊和gpu。攝像頭一和攝像頭二分別同時連接同幀振蕩器、hdmi視頻采集模塊。同幀振蕩器與hdmi視頻采集模塊相連。其中，多攝像頭為網(wǎng)絡(luò)攝像頭，主板(實質(zhì)上是集成在其上的gpu)、網(wǎng)絡(luò)攝像頭和hdmi視頻采集模塊通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)相互連接。

如圖2所示，本實施例的攝像頭模塊具有共享的同幀振蕩器，各網(wǎng)絡(luò)攝像頭均與該同幀振蕩器相連，以簡化幀同步的過程。因為來自兩個攝像頭的幀被合并成一個圖像，所以兩個攝像頭的幀必須是同步的，即必須保證在同一時刻拍攝。作為一種優(yōu)選的技術(shù)手段，攝像頭模塊的gpu可以集成在前述的主板上。

參見附圖3，本實施例的工作原理和工作過程如下：

當(dāng)設(shè)備由直流電源(如，經(jīng)電源適配器轉(zhuǎn)換為19v)供電時，微控制器(mcu)將一直處于運行狀態(tài)。此后，

1、通過紅外遙控器操作mcu發(fā)送命令，使得主板啟動；

2、主板通過中央處理器加載主系統(tǒng)，并啟動內(nèi)部軟件，其中，主系統(tǒng)內(nèi)部具有視頻處理模塊、轉(zhuǎn)換服務(wù)模塊、校準(zhǔn)模塊、mcu通信模塊和web用戶界面等；

3、主系統(tǒng)通過mcu發(fā)送命令為本發(fā)明多鏡頭錄播設(shè)備的各組成部分上電；

4、攝像頭模塊加載子系統(tǒng)；

5、攝像頭同步采集視頻圖像；

6、hdmi視頻采集模塊將視頻編碼為高比特率(5m-10m/s)流，并將其發(fā)送到gpu；

7、gpu將來自兩個攝像鏡頭的視頻解碼，并將它們拼接在一起；

8、視頻處理模塊處理從gpu接收拼接的視頻流，根據(jù)校準(zhǔn)信息將不同的幀融合成最終視頻圖像，并將視頻以原始格式編碼在中央處理器上；

9、融合視頻圖像稍后會由轉(zhuǎn)換服務(wù)模塊自動轉(zhuǎn)換為若干種分辨率格式(如mp4、mkv等)；

10、中央處理器將視頻進(jìn)行直播，或以低比特率(1m/s)存儲在硬盤驅(qū)動器中供進(jìn)一步使用。

在上述步驟8中，校準(zhǔn)實用程序使用計算機(jī)視覺技術(shù)識別攝像頭圖像中的背景并計算信息，再通過視頻處理軟件將兩個圖像進(jìn)行融合。

在一個具體應(yīng)用中，本發(fā)明采用多鏡頭的目的是獲取更寬的圖像，匹配教室黑板的長寬比，全景展示教室上課時板書畫面。比如通過兩個鏡頭分別采集信號，兩路信號通過圖像拼接技術(shù)實時融合，獲得清晰的全景黑板畫面。融合后圖像分辨率能夠達(dá)到3840*1080，貼近真實黑板比例。通過雙鏡頭采集視頻信號，也大大地降低了達(dá)到高精度錄制的設(shè)備成本。

本實施例中使用雙鏡頭融合技術(shù)獲取的寬幅視頻信號，鏡頭采集到的視頻信號經(jīng)由數(shù)據(jù)采集卡傳遞給數(shù)據(jù)處理模塊，視頻信號通過h.264(或h.265)視頻壓縮技術(shù)進(jìn)行壓縮處理。外設(shè)拾音器采集到的音頻數(shù)據(jù)同步傳遞給數(shù)據(jù)處理模塊，音視頻數(shù)據(jù)經(jīng)過同步、壓縮處理后，存儲到設(shè)備內(nèi)置的硬盤中。h.264(或h.265)視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)有低碼率(lowbitrate)、圖像質(zhì)量高、容錯能力強(qiáng)、網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點。另外可以充分利用h.264(或h.265)的優(yōu)點，把教師和學(xué)生與背景(黑板)分開，大幅度壓縮了視頻數(shù)據(jù)。

本發(fā)明的web用戶界面由web服務(wù)器、后端軟件和客戶端軟件組成。它允許用戶使用不同的設(shè)備(臺式電腦、筆記本電腦、平板電腦、智能手機(jī)等)上的普通瀏覽器軟件操作錄播設(shè)備?？蛻艚K端設(shè)備通過主板上設(shè)置的wifi模塊，訪問錄播設(shè)備，實現(xiàn)在線直播、點播。

需要聲明的是，本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)攝像頭不限于兩個，具體數(shù)量視使用場景需要而定。

綜上所述，本發(fā)明通過多鏡頭攝錄視頻圖像，用以太網(wǎng)傳輸內(nèi)部數(shù)據(jù)，視頻圖像經(jīng)gpu拼接，再由cpu進(jìn)行壓縮。本發(fā)明用價格低廉的普通攝像頭和電子部件就能達(dá)到很高的錄播精度，并且網(wǎng)絡(luò)視頻流量低，使得高質(zhì)量常態(tài)錄/直播變?yōu)楝F(xiàn)實。

實施例二

參見附圖1、4和5，本實施例二與實施例一在硬件上的區(qū)別在于，提供了一種單攝像頭錄播設(shè)備，其中的攝像頭模塊采用單攝像頭結(jié)構(gòu)，主要包括網(wǎng)絡(luò)攝像頭、hdmi視頻采集模塊和gpu。

通常情況下，單攝像頭采集的圖像在邊緣處會存在扭曲和色差。本實施例中，hdmi視頻采集模塊將攝像頭同步采集的視頻圖像編碼為高比特率(5m-10m/s)流，并將其發(fā)送到gpu，然后gpu將對圖像在邊緣處的扭曲和色差進(jìn)行校正，最后視頻處理模塊處理從gpu接收拼接的視頻流，根據(jù)校準(zhǔn)信息將不同的幀融合成最終視頻圖像，并將視頻以原始格式編碼在中央處理器上。

本發(fā)明的錄播設(shè)備內(nèi)置wifi無線模塊，可以用手機(jī)、平板電腦、pc等終端通過wifi連接設(shè)備，進(jìn)而通過內(nèi)置客戶端軟件操控設(shè)備。本錄播設(shè)備錄制的音視頻信號可以通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的wan端口進(jìn)行直播，即可以通過互聯(lián)網(wǎng)實時看到錄制的課堂畫面，通過內(nèi)置無線模塊也可在平板、pc等操控終端看到直播畫面。通過互聯(lián)網(wǎng)訪問錄播設(shè)備，可以實現(xiàn)在線直播、點播功能。

本實施例適用于背景寬度不是很大的錄播場景，單攝像頭結(jié)構(gòu)進(jìn)一步降低了設(shè)備成本。

本發(fā)明的錄播設(shè)備在實際錄播過程中，可選擇多種輸出分辨率的視頻信號，當(dāng)選擇4k(3840*1080)分辨率時，錄制9分18秒的視頻文件大小44mb，錄制一小時的視頻占用存儲空間約540mb，音頻同步清晰，可以清楚的看到黑板上板書的文字。

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。

本發(fā)明不限于以上對實施例的描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明揭示的內(nèi)容，在本發(fā)明基礎(chǔ)上不必經(jīng)過創(chuàng)造性勞動所進(jìn)行的改進(jìn)和修改，比如內(nèi)置攝像頭、內(nèi)置主機(jī)分別改為外置攝像頭、外置主機(jī)或者反之等，都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。