本實(shí)用新型屬于音頻視頻，具體涉及一種錄播設(shè)備。

背景技術(shù)：

良好的教育對(duì)于社會(huì)非常重要。好的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)當(dāng)被自動(dòng)錄下來，科學(xué)研究中好的報(bào)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(cè)驗(yàn)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(duì)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(huì)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(duì)課堂上課的錄播設(shè)備，都是使用一個(gè)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(gè)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(jià)成本高，而且兩者都不夠可靠，其鏡頭運(yùn)動(dòng)不夠流暢，而且錄制過程中往往會(huì)丟掉一些無法復(fù)制的原始內(nèi)容。

同時(shí)，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(jià)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(jià)廉物美的市場(chǎng)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(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型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(jiǎn)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(shí)現(xiàn)了畫面比例調(diào)整，同時(shí)低比特率更利于網(wǎng)絡(luò)傳輸，真正做到了價(jià)廉物美。

本實(shí)用新型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(shí)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(dòng)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。

本實(shí)用新型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(shí)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。

本實(shí)用新型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。本實(shí)用新型用價(jià)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(shí)。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是本實(shí)用新型多鏡頭錄播設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是本實(shí)用新型中攝像頭模塊實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實(shí)用新型多鏡頭錄播設(shè)備的工作流程圖；

圖4是本實(shí)用新型中攝像頭模塊實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本實(shí)用新型單鏡頭錄播設(shè)備的工作流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述：

實(shí)施例一

如圖1所示，本實(shí)用新型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(gè)接口。微處理器同時(shí)連接主板和攝像頭模塊。作為優(yōu)選，本實(shí)用新型的主板上設(shè)置有中央處理器(如Intel CPU)，內(nèi)裝有GNU/Linux操作主系統(tǒng)，MCU是一個(gè)8位簡(jiǎn)單計(jì)算機(jī)，運(yùn)行簡(jiǎn)單的軟件。

其中，主板上連接有硬盤驅(qū)動(dòng)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(gè)以太網(wǎng)接口用于連接網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換，因此本實(shí)用新型使用了若干USB以太網(wǎng)口用于連接外部設(shè)備。本實(shí)用新型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(shí)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(shí)現(xiàn)本地WiFi熱點(diǎn)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(hào)，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。

本實(shí)用新型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(gè)優(yōu)選的實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(jiǎn)化幀同步的過程。因?yàn)閬碜詢蓚€(gè)攝像頭的幀被合并成一個(gè)圖像，所以兩個(gè)攝像頭的幀必須是同步的，即必須保證在同一時(shí)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(shí)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(shí)，微控制器(MCU)將一直處于運(yùn)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(dòng)；

2、主板通過中央處理器加載主系統(tǒng)，并啟動(dòng)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)送命令為本實(shí)用新型多鏡頭錄播設(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(gè)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(huì)由轉(zhuǎn)換服務(wù)模塊自動(dòng)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(chǔ)在硬盤驅(qū)動(dòng)器中供進(jìn)一步使用。

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

在一個(gè)具體應(yīng)用中，本實(shí)用新型采用多鏡頭的目的是獲取更寬的圖像，匹配教室黑板的長(zhǎng)寬比，全景展示教室上課時(shí)板書畫面。比如通過兩個(gè)鏡頭分別采集信號(hào)，兩路信號(hào)通過圖像拼接技術(shù)實(shí)時(shí)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(shí)黑板比例。通過雙鏡頭采集視頻信號(hào)，也大大地降低了達(dá)到高精度錄制的設(shè)備成本。

本實(shí)施例中使用雙鏡頭融合技術(shù)獲取的寬幅視頻信號(hào)，鏡頭采集到的視頻信號(hào)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(hào)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(chǔ)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(Low Bit Rate)、圖像質(zhì)量高、容錯(cuò)能力強(qiáng)、網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。另外可以充分利用H.264(或H.265)的優(yōu)點(diǎn)，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)。

本實(shí)用新型的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(tái)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。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(shí)現(xiàn)在線直播、點(diǎn)播。

需要聲明的是，本實(shí)用新型的網(wǎng)絡(luò)攝像頭不限于兩個(gè)，具體數(shù)量視使用場(chǎng)景需要而定。

綜上所述，本實(shí)用新型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。本實(shí)用新型用價(jià)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(shí)。

實(shí)施例二

參見附圖1、4和5，本實(shí)施例二與實(shí)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(huì)存在扭曲和色差。本實(shí)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(duì)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。

本實(shí)用新型的錄播設(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(hào)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(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)在線直播、點(diǎn)播功能。

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

本實(shí)用新型的錄播設(shè)備在實(shí)際錄播過程中，可選擇多種輸出分辨率的視頻信號(hào)，當(dāng)選擇4K(3840*1080)分辨率時(shí)，錄制9分18秒的視頻文件大小44MB，錄制一小時(shí)的視頻占用存儲(chǔ)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(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本實(shí)用新型不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本實(shí)用新型的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本實(shí)用新型的范圍由所附權(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實(shí)用新型內(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(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)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(gè)整體，各實(shí)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(shí)施方式。

本實(shí)用新型不限于以上對(duì)實(shí)施例的描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型揭示的內(nèi)容，在本實(shí)用新型基礎(chǔ)上不必經(jīng)過創(chuàng)造性勞動(dòng)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)該在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。