一种远程教育系统及教育方法与流程

本发明涉及远程交互技术，尤其涉及一种远程教育系统及教育方法。

背景技术：

目前，网上教学正呈现出迅速发展的态势。远程教育是指使用电视及互联网等传播媒体的教学模式，突破了时空的界限，有别于传统的在校住宿的教学模式。由于不需要到特定地点上课，因此可以随时随地上课。

远程就教育还是存在一些需要解决的问题，例如网上教学的资源相对不足，交互式技术媒体的作用与功能没有得到充分发挥。缺乏相应的激励机制予以引导。对于教学方面，往往只能是教师对着麦克风看着课件进行讲解，不能像实体授课的形式一样对重点难点部分可以进行标识强调，学生一旦走神或离开则不能了解到前面讲述的重点部分，给学习带来了障碍，对专注度要求高。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种远程教育系统，其能解决现有技术互动性不强的问题。

本发明的目的之二在于提高一种远程教育方法，其能解决现有技术互动性不强的问题。

本发明的目的之一采用以下技术方案实现：

一种远程教育系统，包括摄像头、图像采集单元、视频处理单元、音频采集单元、音频处理单元、触摸显示屏、控制端、音频输出单元、云服务器和若干个学习终端，每一个学习终端均包括处理器、语音交互单元和显示器；语音交互单元和显示器均连接处理器；摄像头、图像采集单元均连接视频处理单元，音频采集单元连接音频处理单元，视频处理单元、音频处理单元、音频输出单元和触摸显示屏均与控制端连接，控制端和处理器均连接云服务器；所述图像采集单元用于采集触摸显示屏的实时画面，并输出至视频处理单元，视频处理单元用于将来自摄像头的图像数据和来自图像采集单元的画面数据分别进行输出；触摸显示屏用于显示来自控制端下发的文件数据，同时接收用户输入的操作数据。

优选的，所述音频采集单元为麦克风。

优选的，音频输出单元包括与控制端连接的音频输出电路和与音频输出电路连接的扬声器。

本发明的目的之二用以下技术方案实现：

一种远程教育方法，应用于本发明目的之一所述的远程教育系统，包括如下步骤：

视频处理步骤：视频处理单元对来自摄像头的图像数据和来自图像采集单元的画面数据分别输出至控制端；所述画面数据包括触摸显示屏显示的文件数据和用户通过触摸显示屏输入的操作数据；

音频处理步骤：音频处理单元对来自音频采集单元的音频数据输出至控制端；

整合步骤：控制端将图像数据和画面数据以预设比例和预设方位整合至一预设规格的画面数据框中，对整合后的画面数据框和音频数据分别进行加密并发送至云服务器；

第一转发步骤：云服务器对加密后的画面数据框和音频数据进行存储，并转发至处理器；

解密步骤：处理器对画面数据框和音频数据分别进行解密，并将解密后的音频数据发送至语音交互单元进行播放，将解密后的画面数据框发送至显示器进行显示。

优选的，还包括如下步骤：

语音拾取步骤：处理器接收来自语音交互单元采集的语音数据，并将该语音数据转发至云服务器；

第二转发步骤：云服务器将语音数据发送至控制端；

输出步骤：控制端将该语音数据发送至音频处理单元，以使音频处理单元对语音数据进行处理后发送至音频输出单元。

优选的，在视频处理步骤中，所述操作数据根据检测用户的在触摸显示屏上的按压坐标获得。

优选的，触摸显示屏获取用户按压坐标的步骤包括：

检测到按压点后获取触发信号，判断按压点是否产生位移，若是，则获取按压点从开始被按下至完全弹起之间的每一个时间戳对应的当前位置的坐标信号，形成坐标集，在坐标集中以预设规则获取准确坐标信号为按压坐标，否则，输出按压点的坐标信号为按压坐标。

优选的，所述预设规则为定义按键完全弹起前预设时间的时间戳对应的摇杆当前位置的坐标信号为准确坐标信号。

优选的，所述操作数据为在对应按压坐标的位置进行的标识。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明通过学习终端的语音交互单元和音频采集单元，可以实现实时的语音双向交流，通过触摸显示屏可以方便教学者一边授课一边快速在课件上标识，以方便学员掌握重点知识。

附图说明

图1为本发明的一种远程教育系统的模块结构图；

图2为本发明的一种远程教育方法的流程图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

如图1所示，本发明提供一种远程教育系统，其包括摄像头、图像采集单元、视频处理单元、音频采集单元、音频处理单元、触摸显示屏、控制端、音频输出单元、云服务器和若干个学习终端，每一个学习终端均包括处理器、语音交互单元和显示器；语音交互单元和显示器均连接处理器；摄像头、图像采集单元均连接视频处理单元，音频采集单元连接音频处理单元，视频处理单元、音频处理单元、音频输出单元和触摸显示屏均与控制端连接，控制端和处理器均连接云服务器；所述图像采集单元用于采集触摸显示屏的实时画面，并输出至视频处理单元，视频处理单元用于将来自摄像头的图像数据和来自图像采集单元的画面数据分别进行输出；触摸显示屏用于显示来自控制端下发的文件数据，同时接收用户输入的操作数据。

音频采集单元为麦克风。音频输出单元包括与控制端连接的音频输出电路和与音频输出电路连接的扬声器。音频输出电路可以选择现有常用的功率放大电路电路，连接扬声器，将音频放大至扬声器输出。

教学者和学员可以实现同步语音对话，在对话的同时，教学者还可以对教学文件进行标识，以加深学员对该知识点的了解。无需通过鼠标、键盘等输入工具进行打字等，方便快捷，节省时间，也更加符合本地教学方式。

如图2所示，本发明还提供一种远程教育方法，该方法与上述远程教育系统关联，原理相同，具体包括如下步骤：

s1：视频处理单元对来自摄像头的图像数据和来自图像采集单元的画面数据分别输出至控制端；所述画面数据包括触摸显示屏显示的文件数据和用户通过触摸显示屏输入的操作数据；

摄像头的主要目的是对教学者进行拍摄，对于学员来讲，教学者的视频图像主要是提供一种面对面教学的既视感，并不影响其他教学质量和教学内容的施展。本发明中将摄像头采集的图像数据和图像采集单元采集的画面数据分开上传，意味着在学习终端可以将摄像头采集的图像数据隐藏。文件数据为课件内容，例如word、ppt等，操作数据例如为教学者实时在课件内容上进行的批注。

s2：音频处理单元对来自音频采集单元的音频数据输出至控制端；

音频处理单元对音频数据进行放大、过滤、加密等处理，再输出至控制端。

s3：控制端将图像数据和画面数据以预设比例和预设方位整合至一预设规格的画面数据框中，对整合后的画面数据框和音频数据分别进行加密并发送至云服务器；

例如预设方位为图像数据位于右方，画面数据位于左方，根据画面数据框的像素，分配给图像数据一定尺寸的区域和分配给画面数据一定尺寸的区域，区域位置由预设方位觉得，尺寸则由预设比例可以获得。例如像素为1280*960，分配给画面数据为960*960，则分配给图像数据为320*960。在学习终端应当设有选择将图像数据隐去的按钮。

s4：云服务器对加密后的画面数据框和音频数据进行存储，并转发至处理器；

云服务器对画面数据框和音频数据进行存储方便在下依次互联网离线学习。例如用户未有空闲进行实时学习，可以在课后下载云服务器存储的数据进行线下学习。需要说明的的时，画面数据框对应有同步的音频数据，云服务器在进行存储时，需要将画面数据框与音频数据捆绑一起存储。可以通过编码的方式，画面数据框与音频数据存在映射关系，输入画面数据框的编码，则可以获取到对应的音频数据的编码，并进行捆绑下载。

s5：处理器对画面数据框和音频数据分别进行解密，并将解密后的音频数据发送至语音交互单元进行播放，将解密后的画面数据框发送至显示器进行显示。

优选的，在学习终端还可以进行语音交互，执行以下步骤：

s6：处理器接收来自语音交互单元采集的语音数据，并将该语音数据转发至云服务器；

s7：云服务器将语音数据发送至控制端；

s8：控制端将该语音数据发送至音频处理单元，以使音频处理单元对语音数据进行处理后发送至音频输出单元。

作为一个改进，本发明的操作数据根据检测用户的在触摸显示屏上的按压坐标获得。触摸显示屏获取用户按压坐标的步骤为：

检测到按压点后获取触发信号，判断按压点是否产生位移，若是，则获取按压点从开始被按下至完全弹起之间的每一个时间戳对应的当前位置的坐标信号，形成坐标集，在坐标集中以预设规则获取准确坐标信号为按压坐标，否则，输出按压点的坐标信号为按压坐标。所述预设规则为定义按键完全弹起前预设时间的时间戳对应的摇杆当前位置的坐标信号为准确坐标信号。所述操作数据为在对应按压坐标的位置进行的标识。

用户按下按压点，通过电位变化来检测按压点的坐标，按压点被按下后，至完全弹起之间，有一定的时间差，从用户操作的手指开始离开时，手指与触摸显示屏还要一定的接触面，到手指完全离开之间，按压点的位置会产生偏移。为了准确的输出坐标位置，本发明采用延时处理的方法，将手指按压产生位移后所有的坐标数据均延时预设的时长。例如存储10秒内的数据，定义预设时间为4秒，假设手指完全离开时是第10秒，那么第6秒的时间戳对应的坐标信号则为准确坐标信号。通过本发明的延时方法，可以更加准确的获取到用户在教学文件上的批注点，可以更加准确的表达教学重点。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。