一种分布式录播系统的制作方法

本实用新型涉及录播技术领域，尤其涉及一种分布式录播系统。

背景技术：

随着现代化教学系统在各大院校的不断推进，以常规录播为核心的课程录播教室越来越普及，学校在大力推进教育现代化的过程中,采用先进的教学手段，提供全新的教学环境来设计教学活动，已经成为学校教学发展的主流。

随着录播教室的深入、普及，普通多媒体教室更多地被建设成常规课程录播教室,录播设备在一个学校或区域的数量不断增加，系统管理成为学校管理面临的新难题。录播教室的增加和管理人员的缺乏的矛盾日趋明显，尽管目前单机系统的操作已日趋简单，一键式控制操作为使用老师提供一个最简单的操作工具，自动跟踪录播更为节省人力资源，实现常态化教学提供有力的保障，但在系统日常使用中，总会出现意想不到的问题，比如网络问题，系统设置问题，设备状态监控等一些涉及专业技术的问题，教学老师通常不具备解决这些问题的能力，而录播课室又是分布在学校不同校区，等发现问题再前往处理，势必对即时的教学活动造成影响。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种分布式录播系统，解决上述传统的问题，其对区域范围内的录播设备进行管理，避免视频录播时出现不良现象。

本实用新型采用如下技术方案实现：

一种分布式录播系统，包括前端录播系统、传输网络系统及录播控制中心，所述前端录播系统包括用于安装在各课室内的课室录播设备及数字化处理设备，所述课室录播设备包括高清图像采集设备、课件pc图像采集设备及课堂语音采集设备，所述数字化处理设备用于将所述高清图像采集设备、课件pc图像采集设备和课堂语音采集设备所采集的信号进行数字化处理，且通过所述传输网络系统输送至所述录播控制中心；所述录播控制中心包括流媒体转发服务器、管理服务器、存储服务器及控制附属设备，所述流媒体转发服务器、管理服务器、存储服务器及控制附属设备通过局域网通信连接。

进一步地，所述课室录播设备包括a1系统、a2系统、a3系统及a6系统，所述a1系统由a1录播摄像机和a1全向话筒组成；所述a2系统由a2录播主机、a2高清摄像机、a2课件电脑、a2全向话筒、a2控制面板组成，所述a3系统由a3录播主机、两台a3高清摄像机、a3课件电脑、两台a3全向话筒、a3控制面板组成；所述a6系统由四台a6高清摄像机和全高清自动跟踪录播系统组成。

进一步地，所述流媒体转发服务器、管理服务器、存储服务器上均采用apl系统不同组成部分衔接的约定，所述apl系统用于负责接收请求并发送响应。

进一步地，所述管理服务器上安装有录播系统管理平台，所述流媒体转发服务器上安装有教学资源与网络教研应用平台，所述录播系统管理平台用于对所述前端录播系统集中控制管理；所述教学资源与网络教研应用平台用于提供相应的教学应用服务功能。

进一步地，所述录播控制中心的对外接口采用区块链aes算法加密处理。

进一步地，所述传输网络系统由网络交换机、路由器以及ip专用传输设备组成。

进一步地，所述控制附属设备包括控制客户端pc和分控客户端pc。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型通过设置前端录播系统、传输网络系统及录播控制中心，前端录播系统确保高质量视频拍摄、采集、编码压缩、直播和录制，传输网络系统是前端录播系统图像传输的通道，保证了整个系统链路的数据通信功能，录播控制中心可实现对分布在校区的前端录播系统的工作状态进行集中监管和控制，从而实现课程直播、图像传输、系统控制等功能，避免视频录播时出现不良现象。

本实用新型把目前对录播教室的管理模式由分散式管理模式提升到集中式管理模式，用技术手段，对分布在学区各地的录播课室，在保障现有操作模式不变的情况下，实行集中式系统管理，通过网络技术对各录播课室直播视频和设备工作状态实行监控，及时掌握各课室系统工作情况，对工作不正常的系统通过手动和自动报警提示手段，提示系统管理人员及时进行处理，从而提升录播系统运维管理的工作效率。

本实用新型采用两地视频同步录制的容灾策略，做到安全可靠、万无一失地保护所有用户的视频数据，当网络中断发生时，不影响正在进行的实训课程训练的录制，当网络恢复正常后能够快速、准确地恢复直播点播等应用，并在适当的策略管理中恢复管理中心系统的视频与课室内sen一体化分布式录播主机的视频录像同步。

本实用新型的前端信号采集能够方便的连接各种视频、音频，满足不同使用环境，并能够扩展网络视频监控系统，支持多路视频的直播、录制，不同教学课程、会议、培训、报告能够同时直播，互不影响，分级观看，保密性强。

本实用新型通过将学校制作的视频都分散存放在各种系统中，各学校之间一个共享数据库，存储于其中的数据或信息，具有“不可伪造”“全程留痕”“可以追溯”“公开透明”“集体维护”等特征，是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式的区块链技术实现了学校与区域间的数据互联互通，因此大量的优质资源共享并实现真正价值，区域优秀资源起到提升全区教育水平的作用。

附图说明

图1为本实用新型的分布式录播系统的示意图；

图2为a1系统的连接示意图；

图3为a2系统的连接示意图；

图4为a3系统的连接示意图；

图5为a6系统的连接示意图；

图6为本实用新型的对外接口的数据传递时加密示意图；

图7为本实用新型的教学资源与网络教研应用平台的架构示意图；

图8为本实用新型的aes256算法技术接口实现路径图；

图9为本实用新型的智能数据包合约的示意图。

具体实施方式

下面，结合具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

请参阅图1，为本实用新型的分布式录播系统的示意图，该分布式录播系统包括前端录播系统、传输网络系统及录播控制中心，所述前端录播系统包括用于安装在各课室内的课室录播设备及数字化处理设备，所述课室录播设备包括高清图像采集设备、课件pc图像采集设备及课堂语音采集设备，所述数字化处理设备用于将所述高清图像采集设备、课件pc图像采集设备和课堂语音采集设备所采集的信号进行数字化处理，且通过所述传输网络系统输送至所述录播控制中心；所述录播控制中心包括流媒体转发服务器、管理服务器、存储服务器及控制附属设备，所述流媒体转发服务器、管理服务器、存储服务器及控制附属设备通过局域网通信连接。

本实用新型通过设置前端录播系统、传输网络系统及录播控制中心，前端录播系统确保高质量视频拍摄、采集、编码压缩、直播和录制，传输网络系统是前端录播系统图像传输的通道，保证了整个系统链路的数据通信功能，录播控制中心可实现对分布在校区的前端录播系统的工作状态进行集中监管和控制，从而实现课程直播、图像传输、系统控制等功能，避免视频录播时出现不良现象。

具体的，前端录播系统由分布在学校各个校区的“a录播教室”、“b录播教室”、“c录播教室”……“n录播教室”等集合而成，通过高清图像采集设备，对课室上课情景的高清图像进行采集，通过课室上课情景的课件pc图像采集设备对课室上课情景的课件pc图像进行采集，通过课堂语音采集设备对课室上课情景的课堂语音进行采集，并通过数字化处理设备对所采集的信号进行数字化处理，最后编码输出。课室录播设备可根据用户的使用需求进行配置，具体的，课室录播设备包括a1系统、a2系统、a3系统及a6系统，所述a1系统由a1录播摄像机和a1全向话筒组成，a1录播摄像机内置录播编码器，如图2，a1全向话筒输出音频直接输入到摄像机音频输入端，经内置编码器混合编码输出，该a1系统的功能要求简单，若只求直播教师上课情景图像的，可选用该a1系统。

所述a2系统由a2录播主机、a2高清摄像机、a2课件电脑、a2全向话筒、a2控制面板组成，如图3，a2高清摄像机连接到a2录播主机，通过a2控制面板控制，实现对高清视频图像进行录制和直播，教师和学生的语音信号可通过a2全向话筒采集，直接输入到a2录播主机，a2课件电脑直接输入到a2录播主机。

所述a3系统由a3录播主机、两台a3高清摄像机、a3课件电脑、两台a3全向话筒、a3控制面板组成；如图4，2台a3高清摄像机连接到a3高清录播主机，通过a3控制面板控制，实现对高清视频图像进行录制和直播，教师和学生的语音信号通过两台a3全向话筒采集，直接输入到a3录播主机。

所述a6系统由四台a6高清摄像机和全高清自动跟踪录播系统组成，该全高清自动跟踪录播系统包括a6录播主机、a6图像识别跟踪主机、a6数字音频处理器以及a6导播系统，如图5，4台高清摄像机连接到高清录播主机，本地控制通过中控面板或导播软件进行操作，实现对高清图像视频进行录制和直播。3台图像跟踪摄像机所拍摄的画面作为图像定位信号连接到跟踪主机，通过跟踪主机分析处理，向录播主机输出控制信号，从而实现摄像机跟踪和图像切换功能。教师和学生的语音信号通过领夹话筒和吊顶拾音话筒采集，输入到数字音频矩阵处理器，通过均衡、降噪和混音处理，输出2路音频，1路向录播主机提供录音电平信号，另一路输出到音频功放，经功率放大后有音箱扩声，实现现场扩声。

所述流媒体转发服务器、管理服务器、存储服务器上均采用apl系统不同组成部分衔接的约定，所述apl系统用于负责接收请求并发送响应，完成对前端录播系统对课室视频的直播、上传、录制、点播、管理等功能。在其中一实施例中，所述管理服务器上安装有录播系统管理平台，所述流媒体转发服务器上安装有教学资源与网络教研应用平台，所述录播系统管理平台用于对所述前端录播系统集中控制管理；所述教学资源与网络教研应用平台用于提供相应的教学应用服务功能。

进一步地，所述传输网络系统由网络交换机、路由器以及ip专用传输设备组成。

进一步地，所述控制附属设备包括控制客户端pc和分控客户端pc。

优选的，所述录播控制中心的对外接口采用区块链aes(advancedencryptionstandard，高级加密标准)算法加密处理，用于系统平台间加密对接，数据安全传输。

在其中一实施例中，所述区块链aes算法的加密方法为：将明文分成多组数据，每组数据长度相同，每次加密一组数据，直到加密完整个明文p。

如图6，所述对外接口的数据传递步骤为：

a端口(发送方)的明文和加密密钥作为参数输入加密函数，加密函数加密后输出密文，密文通过网络传输至b端口，b端口(接收方)将密文和解密密钥作为参数输入解密函数，解密函数解密后输出明文。

其中，明文为没有经过加密的数据；加密密钥用来加密明文的密码；密文为经加密函数处理后的数据；加密函数为对明文进行加密的算法；解密函数为对密文进行解密的算法。

密钥为接收方与发送方协商产生，但不可以直接在网络上传输，否则会导致密钥泄漏，通常是通过非对称加密算法加密密钥，然后再通过网络传输给对方，或者直接面对面商量密钥。密钥是绝对不可以泄漏的，否则会被攻击者还原密文，窃取机密数据。aes加密函数：设aes加密函数为e，则c＝e(k,p),其中p为明文，k为密钥，c为密文。也就是说，把明文p和密钥k作为加密函数的参数输入，则加密函数e会输出密文c。aes解密函数：设aes解密函数为d，则p＝d(k,c),其中c为密文，k为密钥，p为明文。也就是说，把密文c和密钥k作为解密函数的参数输入，则解密函数会输出明文p。

在其中一实施例中，进一步地，所述加密密钥的长度为128位、192位或256位中的一种，所述解密密钥与所述加密密钥相同。

接口的加密步骤为：接收方的移动端请求接口时，发送方将数据通过post提交到接口，然后将接口需要的参数拼成数组，再将数组json_encode之后；加密之后拼装为data数据传递给接口。

校验值的生成步骤为：将接口需要的参数组装成数组；将接口参数排序之后，将key_value拼接为一个字符串arr＝array(‘a’＝>1,‘b’＝>2)；拼装之后为a1b2；将拼接的串md5；将加密之后的md5值作为请求接口的参数传递。

上述的校验值的生成步骤中用于对请求参数进行校验，接口在接收到参数时，需要对参数进行排序，json之后进行md5校验，接口参数不强制要求按照文档顺序，校验值必须排序之后再进行md5加密，防止在传输过程中被截断篡改，接口不强制对参数顺序进行校验。

以下提供一种aes加密算法api的使用示例：

提供了供编程调用的api，以使用128位aes算法的ecb模式进行加密和解密验证，如下所示

第一种方法，直接使用aes算法提供的api进行调用，代码如下

编译执行结果如下

第二种方法，使用evp框架，示例如下

编译执行结果如下:

在其中一实施例中，所述录播控制中心的对外设备上还安装有身份自动识别系统，用于用户与学校用户管理系统之间的身份自动识别，实现单点登录。可以理解为，流媒体转发服务器上安装有身份自动识别系统，使得共享平台-教学资源与网络教研应用平台的数据接口，实现单点登录，即只要在一个平台登录都可以免登录进入其他平台，避免二次登录，支撑数据统计和监测,身份识别、数据回传、操作回传。识别后的用户在学校教学与学习状态和产生的数据，将自动回传到共享平台。一个学校可直接进行单一部署，后期只需要简单配置即可实现多个学校与区级平台、市级平台的整合，并实现单点登录(即只要在一个平台登录都可以免登录进入其他平台)；当合并的学校想脱离合并资源平台的话也可以配置网站进行脱离，支持各平台在独立使用与合并共享之间进行切换。

教学资源与网络教研应用平台将承担用户管理、资源管理、应用管理、整合及对接管理等功能，能承担教育局对全市用户、资源及设备的集中管理，为各个区镇、学校及教师等单位个体，提供基于市教育云架构的资源服务、教研应用等内容，并能满足不同客户端的应用，包括pc、笔记本、ios移动端、android移动端等终端，如图7所示的教学资源与网络教研应用平台的架构示意图。

该教学资源与网络教研应用平台同时考虑到未来在三通两平台建设中，与国家统一云平台及教育信息化其它应用系统之间的整合，平台设计遵照教育部基础教育教学资源元数据规范(celts-42)，同时保证与国内统一建设的各类学校资源平台无缝对接，并预留了相应的整合接入接口。

其中，该身份自动识别系统采用aes256算法实现身份认证，即aes算法接口，由于区块链非对称算法在大规模数据处理会比较慢，而录播视频产生冲突点，aes算法具有解密速度快、可并行运算、易于传输等特点，可分组转为流模式，通信信道质量不高时可使用，比如卫星通信；缺点是加密相对简单，不能隐藏明文模式(比如图像加密轮廓仍在)、易受主动攻击。如果改明文则传递会出现误差；本实用新型视频传输完全采用流化技术，不传递数据，不会造成数据泄漏，而且算法采用256密位，解密难度增加，若能利用智能数据包合约来分析网络数据包，以捕获这些可疑的url，就有可能阻止此次攻击。智能数据包合约还能促进去中心化的网络管理，例如在网络节点之间重新路由数据包，以实现更好的负载平衡。最后，通过利用区块链协议的去中心化网络基础设施。采用区块链去中心化分布式设计可实现多级平台部署，支持无限级平台接入和分离。即一个学校可以直接进行单一部署，只需简单配置可实现多个学校与区级平台、市级平台、省级平台的整合，当合并的学校想脱离合并资源平台的话，也可配置网站进行脱离。支持各平台在独立使用与合并共享之间进行切换，这样更有利于扩张，退出容易，减少冲突点。在其中一实施例中，aes256算法的数据接口方式分两种，分别是：用户验证令牌方式和验证接口方式。基于c/s架构的应用只能选择验证接口方式。技术接口实现路径如下图8所示。

以下是进行说明解说：

当用户登录“实验空间”后点击【我要做实验】时，“实验空间”会以参数形式提供token。实验空间用户验证时使用xjwt标准，此标准基于jsonwebtoken(jwt)开发。xjwt包含三个参数：header,payload,signature，因此生成token就要先获得这三个参数。

其中，用户验证令牌token的组成结构：based64(rawheader)+'.'+base64(rawpayload)+'.'+base64(rawsignature)

token组成参数包括header、payload及signature。

header组成结构：[expiry:long][type:byte][issuerid:long]。

payload是64bytes的整数倍。其组成结构：aes256(randomlong+body+aespadding,aeskey)。其中：aes256是aes256加密算法；randomlong是随机的8byte数字；aespadding是自定义的字符串，为补足64bytes的整数倍；aeskey由“实验空间”生成分配给各实验教学项目。body为utf8编码的json格式字符串。

signature的组成结构：base64(hmacsha256(based64(rawheader)+'.'+base64(rawpayload),secretkey))。

其中：rawheader是上述中生成的header；rawpayload是上述中生成的payload；secretkey是生成aeskey的密码，由“实验空间”提供。

验证与解密：使用base64解码signature，通过secretkey验证,如果验证失败，则token失效。使用base64解码header，将得到的过期时间(expiry)和当前时间进行比较，如果已过期，则token失效；如果没有提供headertype，则token失效；使用base64解码，并使用aeskey进行解密，得到的数据前8byte和aespadding数据将被丢弃，返回剩余的数据json。各实验教学项目取得用户数据后，可自行进行保存。

验证接口开发规范：当用户直接访问各实验教学项目时、token失效时、用户处于未登录状态访问各实验教学项目时、或者实验教学项目采用c/s架构模式，则第三方接入端可按照给定的登录接口形式，开发可使用“实验空间”用户名及密码获取用户基本信息的接口。

需要发送数据到http://www.ilab-x.com/sys/api/user/validate服务进行登录。

接口名称：http://www.ilab-x.com/sys/api/user/validate

调用方法：get。

回传数据接口是指：“实验空间”用户完成实验教学项目后，所产生的实验结果数据。如果有实验报告，则先调用附件上传接口，然后再将这些数据和用户信息一起通过回传数据接口同步至“实验空间”。

实验操作状态回传接口：此接口适用于用户从“实验空间”平台进入第三方实验平台开始做实验教学项目情况。当用户有操作时，第三方平台可调用此接口，完成实验操作状态的数据回传。

如图9，所述分布式录播系统还包括智能数据包合约，用于创建去中心化网络应用平台。

进一步地，所述分布式录播系统还包括可编程分支区块链系统，所述可编程分支区块链系统与所述智能数据包合约配合以用于增强网络基础设施的传播速度。

具体的，所述基于区块链的智能数据包合约，是能够对网络数据包运行智能合约，以执行智能路由和数据包处理在网络平台上，能够访问网络数据包，向下编译为字节代码。在网络库中，提供三层api：用于影响路由和通信流的操作的控制api、用于检查有效负载等操作的内容api以及用于模式分析和机器学习的智能api。应用部署到全局区块链。数据包级加密保护以太网。通过智能数据包合约和可编程分支区块链增强现有网络基础设施，实现动态网络调整，以及新颖的安全和网络应用。通过鼓励组建网状网络，让用户设备提供交换、路由和数据包处理功能，进而实现网络基础设施的去中心化。

所述区块链智能数据包合约提供一个可靠的去中心化网络基础设施和平台，能够三个应用：可以提供一个灾备环境中快速部署多个安全的现场网络；区块链智能数据包合约使网络和api提供一个平台，将多个智能手机、工作站、甚至自动驾驶汽车中gpu的功能相结合的物联网(iot)设备管理；网络中的节点缓存大型或常用的直播视频、vr/ar直播网络能更有效地利用宽带并改善延迟现象的内容分发网络(cdn或dcdn)；可通过分布式网络虚拟化来管理和控制计算机的软件定义网络(sdn)。

示例应用包括软件定义的网络(sdn)、入侵检测与防御系统(ids/ips)、反恶意软件和反病毒防护、内容分发网络(cdn)、虚拟专业网络(vpn)以及新的区块链协议。应用采用“图灵完备”的语言，能够访问网络数据包，向下编译为字节代码。网络库中还提供三层api：用于影响路由和通信流的操作的控制api、用于检查有效负载等操作的内容api以及用于模式分析和机器学习的智能api。编写完成后将应用部署到全局区块链。

由于应用可能会通过虚拟机层对大量网络流量执行低级数据包处理，通过对流量进行克隆和批处理，在关键路径以外的位置执行模式分析等重量级处理。对于高吞吐量的实时处理，将通过自定义硬件加速这一构想视作长期解决方案。影响智能数据包合约设计的另一个重要目的是与这一领域中现有开源项目(例如，热门的网络入侵检测和入侵防御系统snort)的兼容性。

区块链数据包智能合约提供以下四方面应用：

①安全的现场网络，通过使用区块链智能数据合合约，可以在战场或救灾环境中快速部署多个安全的现场网络，并将其通信流量历史存储在账本中，以便在网络退役后进行审计。

②物联网(iot)设备管理，随着iot设备数量和功能的增加，它们可支持的应用的数量也将增加，对设备之间安全通信的需求也将增长。通过网络及其智能数据包合约，这些设备可以安全正常地互操作，并根据需要配合以协作解决复杂问题，在分布式网格计算的现代变体中充分利用本地可用的硬件。网络和api共同提供一个平台，将多个智能手机、工作站、甚至自动驾驶汽车中gpu的功能相结合，开发人员可直接利用这些功能使远近用户获益，这样，我们就可以获得从未见过的一类新应用。

③内容分发网络(cdn或dcdn)，可通过网络中的节点缓存大型或常用的互联网内容，将这些内容以更便捷的本地方式提供给消费者，从而更有效地利用带宽并改善延迟现象。此类内容的示例包括视频文件或者必须通过新挖掘节点同步的各常用区块链中的历史区块。这可以大大减少从头开始设置挖掘节点所需的时间。去中心化的点对点cdn对内容提供商也极具吸引力，因为初次启动分发网络无开销费用，维护网络硬件也不会产生任何后续费用。仅自己部署和提供内容会产生费用，流量计量功能已内置在网络中。

④软件定义网络(sdn)，可通过分布式网络虚拟化来管理和控制计算机，通过这种方式可以从一个控制台对网络硬件进行动态的重新配置和重新编程，例如，启动新的节点用于负载平衡或流量整形。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。