一种基于远程教育系统的声乐教学系统的制作方法

本发明涉及音乐教学领域，尤其涉及一种基于远程教育系统的声乐教学系统。

背景技术：

声乐，是指用人声演唱的音乐形式。声乐是以人的声带为主，配合口腔、舌头、鼻腔作用于气息，发出的悦耳的、连续性、有节奏的声音。声乐的教学相比其他教学来说，对于时间的要求更高。特别是当需要学生跟着老师的伴奏进行跟唱时，如果进行远程教学，网络的延迟会导致这种教学根本无法进行。

“基于远程视频教学的声乐教学系统构建”高晶，《网络与信息工程》公开了一种针对声乐的远程教学系统的架构，但是其仅仅停留在系统的架构方面，基本的架构和当前的普通教学系统差异不大，特别是针对音乐的专业内容涉及不多。

当前的远程教学，基本都是在视频通讯的功能上增加了一些演示ppt或者播放视频文件的功能，当其应用到声乐的教学上时，一方面无法实现双向的零延迟，另一方面音频文件传输的压缩会导致音质下降，也非常影响教学效果。

技术实现要素：

针对上述内容，为解决上述问题，提供一种基于远程教育系统的声乐教学系统，包括服务器、教学客户端和学习客户端：

服务器远程连接教学客户端和学习客户端，从而使得教学客户端和学习客户端实现实时远程通讯；学习客户端内存储有音源文件，教学客户端发送的midi数据实时传送至学习客户端内加载音源，并通过学习客户端的音频播放硬件播放；学习客户端的音视频采集硬件采集的音视频数据实时发送至教学客户端，并且在教学客户端的音视频播放硬件上进行播放。

教学客户端包括教学客户端主控制模块、教学输入设备、教学显示器、教学监听耳机、教学麦克风、教学摄像头、教学存储器，教学输入设备、教学显示器、教学监听耳机、教学麦克风、教学摄像头、教学存储器均连接至教学主控制模块；其中教学输入设备包括midi键盘、电脑键盘、鼠标；学习客户端包括学习客户端主控制模块学习显示器、学习监听耳机、学习麦克风、学习摄像头、学习存储器，均连接至学习客户端主控制模块；

在工作时，教学客户端主控制模块实时收集midi键盘的输入信号，从而获得一个midi的数据流，每一组midi数据都包含自己的时间码，且所有的时间码都是相对的；教学客户端主控制模块将midi数据流存储到教学存储器，保存成midi格式的文件；同时教学客户端主控制模块将midi数据流发送给服务器，并由服务器转发至学习客户端；

学习客户端的学习存储器内存储有音源文件，学习客户端收到midi数据流后将音源文件加载到收到的midi数据流后得到待播放的音频数据，通过学习监听耳机进行播放；

学习客户端在播放midi数据流的同时通过学习麦克风收集音频信号，然后将学习麦克风音频信号分段保存，且保存时将分段的音频信号加上正在播放的midi数据流的时间码，音频处理的速度应足够快，使得学习麦克风音频信号和播放的midi数据流的同拍的时间错位小于10ms；使得当播放学习麦克风音频信号时可以同步加载midi数据流，且之间时间延时小于10ms；

学习客户端将分段保存的学习麦克风音频信号发送至服务器，服务器将其发送至教学客户端；

教学客户端收到学习麦克风音频信号后同步加载教学存储器内的midi文件，并对midi文件加载音源，使得教学客户端上同步播放学习麦克风收集的音频和教学存储器内的midi数据，且由于学习麦克风的音频保存时添加了时间码，所以在教学客户端上播放时midi数据可以直接进行对应播放，且之间时间延时小于10ms。

教学客户端的教学监听耳机分为左右两个声道，左声道用于实时播放midi键盘的输入信号对应的音源声音，右声道用于播放教学客户端收到的学习麦克风音频信号和同步加载的教学存储器内的midi文件加载音源后的声音；从而保证使用者在弹奏midi键盘时可以立即听到声音响应，同时从学习客户端发送回的学生的录音可以加载伴奏同步播放。

教学客户端可以不设置midi键盘，使用在教学存储器内预先存储好的midi文件直接发送至学习客户端进行播放；待教学客户端收到学习客户端发送的音频数据后，直接同步加载教学存储器内的midi文件，并对midi文件加载音源，使得教学客户端上同步播放学习麦克风收集的音频和教学存储器内的midi数据，且由于学习麦克风的音频保存时添加了时间码，所以在教学客户端上播放时midi数据可以直接进行对应播放，且之间时间延时小于10ms；此时教学客户端的教学监听耳机左声道用于播放放教学客户端收到的学习麦克风音频，右声道用于播同步加载的教学存储器内的midi文件加载音源后的声音；从而保证从学习客户端发送回的学生的录音可以加载midi伴奏同步播放。

教学摄像头和教学麦克风同步收集音视频信号并发送至服务器，由服务器转发至学习客户端，并且在学习客户端上进行播放；学习客户端的学习摄像头在学习麦克风收集音频信号的同时收集视频信号，并且将视频信号和音频信号同步打包，发送至服务器，再由服务器发送至教学客户端，使得在教学客户端播放学生的音频时可同步看到学生的视频图像。

教学客户端和学习客户端的数量都是多个，一台教学客户端可实时连接至多台学习客户端；教学客户端收到来自不同的学习客户端的数据时，可以选择播放一个，也可以全部同步播放。

学习客户端具有录制功能，将实时通信时的数据全部保存，且将midi数据流和学习麦克风收集的音频分开保存成两种文件，待断开实时通讯后，可以在学习客户端回放整个实时通讯的过程；此外还可以将midi数据流的内容进行单独加载音源播放，并使用学习麦克风重新收集音频数据进行录制。

本发明的有益效果为：

本发明将教学端的数据通过midi格式发送至学习端，通讯的数据量大大降低的同时再利用学习端的音源播放时，还能最大限度的提高伴奏的声音质量；同时在进行学生跟唱练习时，将练习的音频和midi对齐后再发送至教学端，保证了教学端教师在收听时的时间对应性，实现了教学端和学习端的双向零延迟；教学客户端和学习客户端的不同音频播放时的音量可以单独控制，解决了音频音量掩盖的问题，教师甚至将midi声音降低单独收听学生跟唱的干音，实现了比现场教学还优异的教学效果。此外本发明学生端需要的设备很少，降低了学生的学习门槛。

附图说明

被包括来提供对所公开主题的进一步认识的附图，将被并入此说明书并构成该说明书的一部分。附图也阐明了所公开主题的实现，以及连同详细描述一起用于解释所公开主题的实现原则。没有尝试对所公开主题的基本理解及其多种实践方式展示超过需要的结构细节。

图1为本发明的整体架构示意图；

图2为本发明教学客户端的架构示意图；

图3为本发明学习客户端的架构示意图。

具体实施方式

本发明的优点、特征以及达成所述目的的方法通过附图及后续的详细说明将会明确。

实施例1：

结合图1-3，一种基于远程教育系统的声乐教学系统，包括服务器、教学客户端和学习客户端：

服务器远程连接教学客户端和学习客户端，从而使得教学客户端和学习客户端实现实时远程通讯；学习客户端内存储有音源文件，教学客户端发送的midi数据实时传送至学习客户端内加载音源，并通过学习客户端的音频播放硬件播放；学习客户端的音视频采集硬件采集的音视频数据实时发送至教学客户端，并且在教学客户端的音视频播放硬件上进行播放。

教学客户端包括教学客户端主控制模块、教学输入设备、教学显示器、教学监听耳机、教学麦克风、教学摄像头、教学存储器，教学输入设备、教学显示器、教学监听耳机、教学麦克风、教学摄像头、教学存储器均连接至教学主控制模块；其中教学输入设备包括midi键盘、电脑键盘、鼠标；学习客户端包括学习客户端主控制模块学习显示器、学习监听耳机、学习麦克风、学习摄像头、学习存储器，均连接至学习客户端主控制模块；

在工作时，教学客户端主控制模块实时收集midi键盘的输入信号，从而获得一个midi的数据流，每一组midi数据都包含自己的时间码，且所有的时间码都是相对的；教学客户端主控制模块将midi数据流存储到教学存储器，保存成midi格式的文件；同时教学客户端主控制模块将midi数据流发送给服务器，并由服务器转发至学习客户端；

学习客户端的学习存储器内存储有音源文件，学习客户端收到midi数据流后将音源文件加载到收到的midi数据流后得到待播放的音频数据，通过学习监听耳机进行播放；

学习客户端在播放midi数据流的同时通过学习麦克风收集音频信号，然后将学习麦克风音频信号分段保存，且保存时将分段的音频信号加上正在播放的midi数据流的时间码，音频处理的速度应足够快，使得学习麦克风音频信号和播放的midi数据流的同拍的时间错位小于10ms；使得当播放学习麦克风音频信号时可以同步加载midi数据流，且之间时间延时小于10ms；

学习客户端将分段保存的学习麦克风音频信号发送至服务器，服务器将其发送至教学客户端；

教学客户端收到学习麦克风音频信号后同步加载教学存储器内的midi文件，并对midi文件加载音源，使得教学客户端上同步播放学习麦克风收集的音频和教学存储器内的midi数据，且由于学习麦克风的音频保存时添加了时间码，所以在教学客户端上播放时midi数据可以直接进行对应播放，且之间时间延时小于10ms。

教学客户端的教学监听耳机分为左右两个声道，左声道用于实时播放midi键盘的输入信号对应的音源声音，右声道用于播放教学客户端收到的学习麦克风音频信号和同步加载的教学存储器内的midi文件加载音源后的声音；从而保证使用者在弹奏midi键盘时可以立即听到声音响应，同时从学习客户端发送回的学生的录音可以加载伴奏同步播放。

教学客户端可以不设置midi键盘，使用在教学存储器内预先存储好的midi文件直接发送至学习客户端进行播放；待教学客户端收到学习客户端发送的音频数据后，直接同步加载教学存储器内的midi文件，并对midi文件加载音源，使得教学客户端上同步播放学习麦克风收集的音频和教学存储器内的midi数据，且由于学习麦克风的音频保存时添加了时间码，所以在教学客户端上播放时midi数据可以直接进行对应播放，且之间时间延时小于10ms；此时教学客户端的教学监听耳机左声道用于播放放教学客户端收到的学习麦克风音频，右声道用于播同步加载的教学存储器内的midi文件加载音源后的声音；从而保证从学习客户端发送回的学生的录音可以加载midi伴奏同步播放。

教学摄像头和教学麦克风同步收集音视频信号并发送至服务器，由服务器转发至学习客户端，并且在学习客户端上进行播放；学习客户端的学习摄像头在学习麦克风收集音频信号的同时收集视频信号，并且将视频信号和音频信号同步打包，发送至服务器，再由服务器发送至教学客户端，使得在教学客户端播放学生的音频时可同步看到学生的视频图像。

教学客户端和学习客户端的数量都是多个，一台教学客户端可实时连接至多台学习客户端；教学客户端收到来自不同的学习客户端的数据时，可以选择播放一个，也可以全部同步播放。

学习客户端具有录制功能，将实时通信时的数据全部保存，且将midi数据流和学习麦克风收集的音频分开保存成两种文件，待断开实时通讯后，可以在学习客户端回放整个实时通讯的过程；此外还可以将midi数据流的内容进行单独加载音源播放，并使用学习麦克风重新收集音频数据进行录制。

实施例2：

在进行学习时，教师通过教学客户端和学生进行视频连线；此时学生端的设备非常简单，仅仅一部可以连接耳机的手机就可以实现学习；而老师端的设备也可以仅仅由一台可以连接midi键盘的电脑就可以；此外如果教师不方便连接midi键盘，直接使用存储器保存好的midi文件同样可以实现教学，在这种情况下，智能手机就可以实现线上的高水平声乐教学。

老师通过教学客户端演奏伴奏，同时学生在学习客户端跟着伴奏进行演唱；演唱的声音发送至教学客户端，老师可以调节伴奏的声音和学生的演唱的声音的比例；演唱后老师根据声音对学生的演唱进行点评和教学，还可以布置作业，让学生跟着课上的伴奏重复练习；学生完成作业后选择文件发送至教学客户端，教师可以进行检查。

以上所述，仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。