本发明属于远程教学系统领域，尤其涉及一种远程钢琴教学互动管理系统。
背景技术：
目前，随着网络技术的迅速发展，远程网络教学越来越成为一种大趋势，足不出户就能上课越来越成为学生处理可与时间的一种方式，然而远程网络钢琴教学存在一定弊端，例如音频的失真，视频音频的不同步，而且学生和老师无法及时互动，使得现在的钢琴网络课程存在很大的缺陷。
综上所述，现有技术存在的问题是：现有钢琴网络教学方法使得音频的失真，视频音频的不同步，而且学生和老师无法及时互动等等，无法满足教学者的需要。
技术实现要素：
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种远程钢琴教学互动管理系统。
本发明是这样实现的，一种远程钢琴教学互动管理系统设置有：教师终端、钢琴、信号转换器、中央处理器、路径控制单元、信号转换器、电子音乐装置、反馈模块、学生终端、钢琴、教师摄像模块、教师声音采集模块、教师显示模块、学生摄像模块、学生声音采集模块、学生显示、路径调节模块；
所述教师终端电连接于所述钢琴；所述钢琴通过电连接于所述信号转换器；所述信号转换器电连接于所述中央处理器；所述中央处理器电连接于所述路径控制单元；所述路径控制单元电连接于所述信号转换器；
所述信号转换器电连接于所述电子音乐装置；所述电子音乐装置电连接于所述反馈模块；所述反馈模块电连接于所述学生终端；所述学生终端双向电连接于所述钢琴；所述学生终端双向电连接于所述学生摄像模块；
所述钢琴上嵌装有音频信号采集器，将采集到的音频模拟信号传入信号转换器；
所述反馈控制单元包括反馈调节器，并且包含有评分按钮，进行教学质量评分反馈给教师，使得教师及时调整教学进程及其教学方案；
所述所有摄像模块包含摄像头以及采光灯；
所述摄像模块在一个扫描区域中对变化区域进行矩形分割算法具体方法如下：
步骤一，图像发送端首先获得屏幕的分辨率，得到列扫描的范围0～c和行扫描的范围0～r；
步骤二，发送端将当前帧图像保存区的数据保存到前一帧图像缓冲区；截获当前的屏幕位图数据并保存在当前帧图像缓冲区；
步骤三，发送端首先初始化变化矩形区域左上角坐标和右下角坐标为(0，0)，下次扫描起点坐标为(0，0)，行无变化标识为true，更新列扫描的范围和行扫描的范围；
步骤四，判断是否在行扫描范围内，不在，跳转到步骤十；
步骤五，判断是否在列扫描范围内，不在，跳转到步骤八；在列扫描范围内采用隔列直接比较法对当前采样点进行检测；值不同，首先将行无变化标识设置为false，然后判断是否是检测到的第一个变化采样点，是将采样点坐标作为变化矩形区域的左上角坐标，不是第一个变化采样点，将矩形右下角的坐标和该点的坐标比较并取最大值作为新的矩形右下角坐标，再判断该采样点是否是本行第一个变化采样点，是就将该采样点的纵坐标同矩形左上角的纵坐标进行比较并取最小值更新变化矩形区域的左上角坐标；值相同，需要判断行无变化标识是否为false，如果是false，记录坐标作为下次扫描的起点，检测到是最后一列采样点，将最后一列采样点坐标作为下次扫描的起点，跳转到步骤七；
步骤六，把列坐标右移n列，跳转到步骤五检测下一个采样点；
步骤七，本行检测完毕，将本行的下次扫描起点坐标与上一行记录的下次扫描起点坐标比较，并取最大值作为新的下次扫描起点坐标，行号加1，跳转到步骤四从下一行从头开始从左到右检测；
步骤八，判断行无变化标识是否为true且变化矩形区域左上角坐标不为(0，0)，不是true，行号加1，跳转到步骤四；是true，则表明整行无不同像素点，得到了一个变化的矩形区域块；得到的变化矩形区域块左上角纵坐标向左移动n列，右下角纵坐标向右移动n列以包含图像边界信息；
步骤九，记录检测出的变化矩形区域坐标和相对应的下次扫描起点坐标，判断当前列扫描的范围是否0～c且行扫描的范围是否0～r，是，设置标识表明当前检测出的变化矩形区域标识是第一次检测出的，然后行号加1跳转到步骤四从下一行开始检测下一个变化的矩形区域块；直到检测超出行扫描的范围；
步骤十，本次检测完毕后，对本次检测中所有的下次扫描起点进行处理，计算出下次扫描范围的集合；首先检查本次检测出的第一个下次扫描起点的纵坐标是否比最后一列采样点的纵坐标小，不是，该区域检测完成，检测下一个下次扫描起点的纵坐标；是，以第一次检测出的变化矩形区域左上角的横坐标为横坐标，以当前变化矩形区域相关的下次扫描起点坐标的纵坐标为纵坐标，生成一个下次扫描范围的左上角坐标；以第一次检测出的变化矩形区域右下角的横坐标为横坐标，以屏幕的最大列数c为纵坐标生成一个下次扫描范围的右下角坐标；接着处理第二个下次扫描起点，直到本次检测中所有的下次扫描起点都被处理为止；
步骤十一，检测下次扫描范围集合中所有的扫描区域，首先基于下次扫描范围集合中第一个扫描区域的宽度和高度，生成行扫描和列扫描的范围，重复步骤三到步骤十检测第一个扫描区域中变化的矩形区域块，接着处理第二个扫描区域，直到下次扫描范围集合中所有的扫描区域都被检测为止；
步骤十二，重复步骤十到步骤十一，得到下一次扫描范围的变化矩形区域块，直到所有的下次扫描起点的纵坐标大于或等于最后一列采样点的纵坐标，整个屏幕检测完毕；
步骤十三，得到了所有该帧图像相对于前一帧图像变化的面积最小的不重叠矩形区域的集合，检查该集合中的矩形区域，两个矩形其左上角纵坐标和右下角纵坐标相同，且一个矩形的右下角横坐标与另一个矩形左上角横坐标相邻，合并为一个矩形，然后再压缩并发送矩形区域的集合所包含的图像数据及对应坐标到客户端；
步骤十四，图像接收端将接收的数据减压后基于每个矩形区域图像数据及对应坐标整合至前一帧图像中并显示；
步骤十五，每隔t秒重复步骤二到步骤十四，根据应用场景的不同和带宽的要求，对间隔时间t做调整；
所述学生终端包含有多个独立终端；
所述教师终端设置有教师摄像模块和教师显示模块，教师摄像模块和教师显示模块直接与教师终端相连接；
所述教师端钢琴设置有教师声音采集模块，教师声音采集模块直接与钢琴相连接；
所述学生终端设置有学生显示模块和学生摄像模块，学生摄像模块和学生显示模块直接与学生终端相连；
所述学生端钢琴设置有学生声音采集模块，学生声音采集模块直接与钢琴相连；
所述路径控制单元设置有路径调节模块，路径调节模块直接与路径控制单元相连接；
所述中央处理器接收信号的循环共变函数包括：
所述信号含有服从sαs分布噪声的mpsk信号，表示为：
其中e是信号的平均功率，
其中(x(t-τ))<p-1>＝|x(t-τ)|p-2x*(t-τ)，γx(t-τ)是x(t)的分散系数，则x(t)的循环共变定义为：
其中ε称为循环频率，t为一个码元周期。
进一步，所述路径控制单元根据自适应距离修正算法，估计出待定位节点的坐标o(x,y)；包括：
第一步，选定差分修正点，确定定位交点坐标和复数定位交点，计算定位交点间距离；
从d′i(i＝0,1,2,…,n)中选择距离值最小的锚节点a0为差分修正点，再从剩余的距离值中取出3个最小的距离值，假设这3个为距离值分别d′1、d′2和d′3，对应的锚节点坐标分别为a1(x1,y1)、a2(x2,y2)和a3(x3,y3)，分别以锚节点ai(xi,yi)为圆心，d′i为半径作三个定位圆i，其中i＝1,2,3，三个定位圆的相交情况共有6种，两个圆之间存在两个交点，这两个交点为两个相等的实数交点，或两个不相等的实数交点，或两个复数交点；从两个定位圆的两个交点中，选择与第三定位圆圆心坐标的距离较小的那个交点作为定位交点，以参与待定位节点的定位；由3个定位圆确定三个定位交点及复数定位交点的个数m，由定位圆2和定位圆3确定的定位交点坐标为a′(x1,y1)、由定位圆1和定位圆3确定的定位交点的坐标为b′(x2,y2)，由定位圆1和定位圆2确定的定位交点的坐标为c′(x3,y3)，定位交点a′与b′、b′与c′、a′与c′的距离分别为d12、d23、d13：
第二步，设置阈值t，个体差异系数修正系数w，参数λ(λ>0)；
第三步，根据三个定位交点之间的距离d12、d23和d13的大小，判断是否需要对d′1、d′2、d′3进行修正，若d12<t、d23<t、d13<t，则无需对d′1、d′2、d′3进行修正，执行第五步，否则，需要对d′1、d′2、d′3进行修正，执行第四步；
第四步，调节三个测量距离的方向修正因子λ1、λ2和λ3，根据如下自适应距离修正公式修正d′1、d′2、d′3，得到修正距离为d1、d2、d3：
其中，di表示待定位节点与锚节点ai之间的修正距离，d0i表示差分修正点a0与锚节点ai之间的实际距离，d′0i表示差分修正点a0与锚节点ai之间的测量距离，w表示个体差异系数修正系数，λi表示方向修正因子，exp(·)表示指数函数；
根据修正后的距离d1、d2、d3，重新求解修正后的三个定位交点间的距离d12、d23、d13，返回第三步；
第五步，根据如下公式，计算出待定位节点的定位坐标o(x0,y0)：
其中，α1、α2、α3分别表示x′1、x′1、x′3的权重，β1、β2、β3分别表示y′1、y′2、y′3的权重；
在第四步中，调节三个测量距离的方向修正因子λ1、λ2和λ3具体包括：
三个定位圆复数定位交点个数m为0，且三圆不交于一点，即x′1、x′2、x′3不同时相等，y1、y2、y3不同时相等，则令λ1＝λ、λ2＝λ、λ3＝λ；
三个定位圆复数定位交点个数m为1且该复数定位交点位于第三个定位圆圆内，当a′(x1,y1)为复数定位交点时，令λ1＝λ、λ2＝-λ、λ3＝-λ；当b′(x2,y2)为复数定位交点时，令λ1＝-λ、λ2＝λ、λ3＝-λ；当c′(x3,y3)为复数定位交点时，令λ1＝-λ、λ2＝-λ、λ3＝λ；
三个定位圆复数定位交点个数m为1且该复数定位交点位于第三个定位圆圆外，则令λ1＝-λ、λ2＝-λ、λ3＝-λ；
三个定位圆复数定位交点个数m为2或3，令λ1＝-λ、λ2＝-λ、λ3＝-λ。
本发明系统通过教师终端控制钢琴，钢琴输出模拟音频数据；通过信号转换器，其将从钢琴输出的模拟音频数据转换为数字音频数据并以信息包传输到通信网络上，同时，将从通信网络上接收到的信息包的数字音频数据转换为模拟音频数据并输入到钢琴中，中央处理器控制有路径控制单元，该路径控制单元针对在通信网络上传输的数字音频数据，控制教师用终端以及多个学生用终端间的发送接收路径。通过反馈模块，学生可以对教学进程及其困惑之处进行及时反馈给教导老师，以便及时更正。通过学生摄像模块，教师可以实时观测到学生的学习状况，以便及时纠错。本系统可以通过其路径控制单元来控制每个学生的学习进程，并且可以单独对有问题的学生授课，本系统非常值得推广使用。
附图说明
图1是本发明实施例提供的远程钢琴教学互动管理系统结构示意图；
图中：1、教师终端；2、钢琴；3、信号转换器；4、中央处理器；5、路径控制单元；6、信号转换器；7、电子音乐装置；8、反馈模块；9、学生终端；10、钢琴；11、学生摄像模块；12、教师摄像模块；13、教师声音采集模块；14、学生显示模块；15、路径调节模块；16、学生声音采集模块；17、教师显示模块。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例所述的远程钢琴教学互动管理系统包括：教师终端1、钢琴2、信号转换器3、中央处理器4、路径控制单元5、信号转换器6、电子音乐装置7、反馈模块8、学生终端9、钢琴10、摄像模块11。
所述教师终端1电连接于所述钢琴2；所述钢琴2通过电连接于所述信号转换器3；所述信号转换器3电连接于所述中央处理器4；所述中央处理器4电连接于所述路径控制单元5；所述路径控制单元5电连接于所述信号转换器6；
所述信号转换器6电连接于所述电子音乐装置7；所述电子音乐装置7电连接于所述反馈模块8；所述反馈模块8电连接于所述学生终端9；所述学生终端9双向电连接于所述钢琴10；所述学生终端9双向电连接于所述学生摄像模块11。
进一步，所述钢琴上嵌装有音频信号采集器，可以将采集到的音频模拟信号传入信号转换器。
进一步，所述反馈控制单元包括反馈调节器，并且包含有评分按钮，来进行教学质量评分反馈给教师，使得教师可以及时调整教学进程及其教学方案。
进一步，所述所有摄像模块包含摄像头以及采光灯。
进一步，所述学生终端9包含有多个独立终端。
进一步，所述教师终端设置有教师摄像模块12和教师显示模块17，教师摄像模块12和教师显示模块17直接与教师终端相连接。
进一步，所述教师端钢琴设置有教师声音采集模块13，教师声音采集模块13直接与钢琴相连接。
进一步，述学生终端设置有学生显示模块14和学生摄像模块11，学生摄像模块11和学生显示模块14直接与学生终端相连。
进一步，所述学生端钢琴设置有学生声音采集模块16，学生声音采集模块16直接与钢琴相连。
进一步，所述路径控制单元5设置有路径调节模块15，路径调节模块15直接与路径控制单元5相连接。
所述摄像模块在一个扫描区域中对变化区域进行矩形分割算法具体方法如下：
步骤一，图像发送端首先获得屏幕的分辨率，得到列扫描的范围0～c和行扫描的范围0～r；
步骤二，发送端将当前帧图像保存区的数据保存到前一帧图像缓冲区；截获当前的屏幕位图数据并保存在当前帧图像缓冲区；
步骤三，发送端首先初始化变化矩形区域左上角坐标和右下角坐标为(0，0)，下次扫描起点坐标为(0，0)，行无变化标识为true，更新列扫描的范围和行扫描的范围；
步骤四，判断是否在行扫描范围内，不在，跳转到步骤十；
步骤五，判断是否在列扫描范围内，不在，跳转到步骤八；在列扫描范围内采用隔列直接比较法对当前采样点进行检测；值不同，首先将行无变化标识设置为false，然后判断是否是检测到的第一个变化采样点，是将采样点坐标作为变化矩形区域的左上角坐标，不是第一个变化采样点，将矩形右下角的坐标和该点的坐标比较并取最大值作为新的矩形右下角坐标，再判断该采样点是否是本行第一个变化采样点，是就将该采样点的纵坐标同矩形左上角的纵坐标进行比较并取最小值更新变化矩形区域的左上角坐标；值相同，需要判断行无变化标识是否为false，如果是false，记录坐标作为下次扫描的起点，检测到是最后一列采样点，将最后一列采样点坐标作为下次扫描的起点，跳转到步骤七；
步骤六，把列坐标右移n列，跳转到步骤五检测下一个采样点；
步骤七，本行检测完毕，将本行的下次扫描起点坐标与上一行记录的下次扫描起点坐标比较，并取最大值作为新的下次扫描起点坐标，行号加1，跳转到步骤四从下一行从头开始从左到右检测；
步骤八，判断行无变化标识是否为true且变化矩形区域左上角坐标不为(0，0)，不是true，行号加1，跳转到步骤四；是true，则表明整行无不同像素点，得到了一个变化的矩形区域块；得到的变化矩形区域块左上角纵坐标向左移动n列，右下角纵坐标向右移动n列以包含图像边界信息；
步骤九，记录检测出的变化矩形区域坐标和相对应的下次扫描起点坐标，判断当前列扫描的范围是否0～c且行扫描的范围是否0～r，是，设置标识表明当前检测出的变化矩形区域标识是第一次检测出的，然后行号加1跳转到步骤四从下一行开始检测下一个变化的矩形区域块；直到检测超出行扫描的范围；
步骤十，本次检测完毕后，对本次检测中所有的下次扫描起点进行处理，计算出下次扫描范围的集合；首先检查本次检测出的第一个下次扫描起点的纵坐标是否比最后一列采样点的纵坐标小，不是，该区域检测完成，检测下一个下次扫描起点的纵坐标；是，以第一次检测出的变化矩形区域左上角的横坐标为横坐标，以当前变化矩形区域相关的下次扫描起点坐标的纵坐标为纵坐标，生成一个下次扫描范围的左上角坐标；以第一次检测出的变化矩形区域右下角的横坐标为横坐标，以屏幕的最大列数c为纵坐标生成一个下次扫描范围的右下角坐标；接着处理第二个下次扫描起点，直到本次检测中所有的下次扫描起点都被处理为止；
步骤十一，检测下次扫描范围集合中所有的扫描区域，首先基于下次扫描范围集合中第一个扫描区域的宽度和高度，生成行扫描和列扫描的范围，重复步骤三到步骤十检测第一个扫描区域中变化的矩形区域块，接着处理第二个扫描区域，直到下次扫描范围集合中所有的扫描区域都被检测为止；
步骤十二，重复步骤十到步骤十一，得到下一次扫描范围的变化矩形区域块，直到所有的下次扫描起点的纵坐标大于或等于最后一列采样点的纵坐标，整个屏幕检测完毕；
步骤十三，得到了所有该帧图像相对于前一帧图像变化的面积最小的不重叠矩形区域的集合，检查该集合中的矩形区域，两个矩形其左上角纵坐标和右下角纵坐标相同，且一个矩形的右下角横坐标与另一个矩形左上角横坐标相邻，合并为一个矩形，然后再压缩并发送矩形区域的集合所包含的图像数据及对应坐标到客户端；
步骤十四，图像接收端将接收的数据减压后基于每个矩形区域图像数据及对应坐标整合至前一帧图像中并显示；
步骤十五，每隔t秒重复步骤二到步骤十四，根据应用场景的不同和带宽的要求，对间隔时间t做调整。
所述中央处理器接收信号的循环共变函数包括：
所述信号含有服从sαs分布噪声的mpsk信号，表示为：
其中e是信号的平均功率，
其中(x(t-τ))<p-1>＝|x(t-τ)|p-2x*(t-τ)，γx(t-τ)是x(t)的分散系数，则x(t)的循环共变定义为：
其中ε称为循环频率，t为一个码元周期。
所述路径控制单元根据自适应距离修正算法，估计出待定位节点的坐标o(x,y)；包括：
第一步，选定差分修正点，确定定位交点坐标和复数定位交点，计算定位交点间距离；
从d′i(i＝0,1,2,…,n)中选择距离值最小的锚节点a0为差分修正点，再从剩余的距离值中取出3个最小的距离值，假设这3个为距离值分别d′1、d′2和d′3，对应的锚节点坐标分别为a1(x1,y1)、a2(x2,y2)和a3(x3,y3)，分别以锚节点ai(xi,yi)为圆心，d′i为半径作三个定位圆i，其中i＝1,2,3，三个定位圆的相交情况共有6种，两个圆之间存在两个交点，这两个交点为两个相等的实数交点，或两个不相等的实数交点，或两个复数交点；从两个定位圆的两个交点中，选择与第三定位圆圆心坐标的距离较小的那个交点作为定位交点，以参与待定位节点的定位；由3个定位圆确定三个定位交点及复数定位交点的个数m，由定位圆2和定位圆3确定的定位交点坐标为a′(x1,y1)、由定位圆1和定位圆3确定的定位交点的坐标为b′(x2,y2)，由定位圆1和定位圆2确定的定位交点的坐标为c′(x3,y3)，定位交点a′与b′、b′与c′、a′与c′的距离分别为d12、d23、d13：
第二步，设置阈值t，个体差异系数修正系数w，参数λ(λ>0)；
第三步，根据三个定位交点之间的距离d12、d23和d13的大小，判断是否需要对d′1、d′2、d′3进行修正，若d12<t、d23<t、d13<t，则无需对d′1、d′2、d′3进行修正，执行第五步，否则，需要对d′1、d′2、d′3进行修正，执行第四步；
第四步，调节三个测量距离的方向修正因子λ1、λ2和λ3，根据如下自适应距离修正公式修正d′1、d′2、d′3，得到修正距离为d1、d2、d3：
其中，di表示待定位节点与锚节点ai之间的修正距离，d0i表示差分修正点a0与锚节点ai之间的实际距离，d′0i表示差分修正点a0与锚节点ai之间的测量距离，w表示个体差异系数修正系数，λi表示方向修正因子，exp(·)表示指数函数；
根据修正后的距离d1、d2、d3，重新求解修正后的三个定位交点间的距离d12、d23、d13，返回第三步；
第五步，根据如下公式，计算出待定位节点的定位坐标o(x0,y0)：
其中，α1、α2、α3分别表示x′1、x′2、x′3的权重，β1、β2、β3分别表示y′1、y′2、y′3的权重；
在第四步中，调节三个测量距离的方向修正因子λ1、λ2和λ3具体包括：
三个定位圆复数定位交点个数m为0，且三圆不交于一点，即x′1、x′2、x′3不同时相等，y1、y2、y3不同时相等，则令λ1＝λ、λ2＝λ、λ3＝λ；
三个定位圆复数定位交点个数m为1且该复数定位交点位于第三个定位圆圆内，当a′(x1,y1)为复数定位交点时，令λ1＝λ、λ2＝-λ、λ3＝-λ；当b′(x2,y2)为复数定位交点时，令λ1＝-λ、λ2＝λ、λ3＝-λ；当c′(x3,y3)为复数定位交点时，令λ1＝-λ、λ2＝-λ、λ3＝λ；
三个定位圆复数定位交点个数m为1且该复数定位交点位于第三个定位圆圆外，则令λ1＝-λ、λ2＝-λ、λ3＝-λ；
三个定位圆复数定位交点个数m为2或3，令λ1＝-λ、λ2＝-λ、λ3＝-λ。
本发明系统在使用时通过教师终端1控制钢琴2，钢琴2输出模拟音频数据；通过信号转换器3，其将从钢琴输出的模拟音频数据转换为数字音频数据并以信息包传输到通信网络上，同时，将从通信网络上接收到的信息包的数字音频数据转换为模拟音频数据并输入到钢琴10中，中央处理器4控制有路径控制单元5，该路径控制单元5针对在通信网络上传输的数字音频数据，控制教师用终端以及多个学生用终端间的发送接收路径。通过反馈模块8，学生可以对教学进程及其困惑之处进行及时反馈给教导老师，以便及时更正。通过学生摄像模块11，教师可以实时观测到学生的学习状况，以便及时纠错。教师终端设置有教师摄像模块12和教师显示模块17，教师摄像模块12和教师显示模块17直接与教师终端相连接。教师摄像模块12可以对老师的授课过程进行录制，将老师弹琴的过程记录下来，传递到学生显示模块14。教师显示模块17用来显示学生摄像模块11所录制学生弹琴过程，老师可以更为方便的对学生错误进行指导。教师声音采集模块13用于采集老师说话声音，学生声音采集模块16用于采集学生声音，方便学生与老师的沟通，而两种声音采集模块都与钢琴相连接，直接同钢琴的声音一同传递出去。路径控制单元5设置有路径调节模块15，路径调节模块15直接与路径控制单元5相连接，路径控制单元5针对在通信网络上传输的数字音频数据，控制教师用终端以及多个学生用终端间的发送接收路径，路径控制单元5控制多条路径，难免出错，其中所设置的路径调节模块即对路径控制单元出错进行调节，减少出错次数。所述路径调节模块在调节上所用模型为＝if(row(a1)>count(a$4:a$140)-match(min(a$4:a$140),a$4:a$140,),"",index(a$4:a$140,count(a$4:a$140)-row()+4))。此程序即为路径调节模块15的基本模型。本系统可以通过其路径控制单元来控制每个学生的学习进程，并且可以单独对有问题的学生授课，本系统非常值得推广使用。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。