专利名称：教学自动监控系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种教学自动监控系统，特别是一种通过视音频识别技术对网络 教学、课堂教学进行实时监控，以对学生的听课反应、教师的工作状态、教学用语等进行自 动化的排查，并针对监控过程中的问题做出分级警示的教学自动监控系统。该系统属于教 学管理设备技术领域。
背景技术：
教学监管是在教学工作中很重要的一个环节。教学监管部门需要通过教学监管及 时的对教师课堂教学工作进行监督，对学生的学习状况和课堂反应进行了解，以对后面的 教学工作做出有效的调整。但是，随着学校规模的不断扩大，传统的通过抽查旁听的方式进 行教学监管已经不再能满足现今教学工作的需要。特别是，目前很多学校都已开通了网上 远程教学项目。对于这种全新的教学方式，传统的教学监管方式就更难以做出及时有效的 监管控制。针对这一问题，目前已有人开发出基于视音频传输技术的教学监控平台。该教 学监控平台通过视音频输入设备对网络教学或课堂教学中教师及学生的语音和动作进行 视音频采集，并通过相关传输技术将所采集的视音频信号集中传输至一个统一的监管平台 处，由专门人员进行教学监管。这种教学监控平台虽然可以优化教学监管效率，并且可以适 应对网络教学的监管需要。但是，这种教学监控平台仍然不脱离对人工监管的依赖。对于 大规模的教学监管工作仍然需要消耗大量的人力、物力。并且，通过这种监控平台进行教学 监管，一个监管人员往往需要同时负责多个教学的监管工作。可想而知，这样完成的教学质 量评估结果存在着很大偶然性因素，并非是一种科学的教学评估模式。基于上述现有教学监管系统中所存在的问题，我们有必要设计一种能够完全自动 化完成同步实时教学监管的监控系统。
发明内容本实用新型的主要目的在于解决上述现有教学监管系统中所存在的问题，提供一 种通过视音频识别技术对网络教学、课堂教学进行实时监控，以对学生的听课反应、教师的 工作状态、教学用语等进行自动化的排查，并针对监控过程中的问题做出分级警示的教学 自动监控系统。本实用新型的次要目的在于提供一种教学自动监控系统，可以通过监查教师在课 堂中所使用的专业词汇频率，对教师的教学质量和教学进度进行评估。本实用新型的上述目的是通过下述技术方案予以实现的教学自动监控系统，其特征在于由一台监控管理机和若干终端机构成；所述每个终端机中至少包括有两组摄像头和麦克，分别用以获取教师和学生的视 频信号和音频信号，并将所获得的老师及学生的视音频信号传送至所述监控管理机；所述监控管理机包括系统控制器、视频识别处理模块、音频识别处理模块、视频比对数据库、音频比对数据库、视频比较模块和音频比较模块；该系统控制器为监控管理机的核心控制器，用以控制监控管理机中的各个模块协
调工作；由所述终端机传回的教师和学生的视频信号和音频信号，分别被输入所述视频识 别处理模块和音频识别处理模块；所述视频识别处理模块采用了视频识别技术，对所监测 教师或学生的动作行为进行识别；所述音频识别处理模块采用了音频识别技术，对所监测 教师或学生的讲话内容进行识别；所述视频识别处理模块和音频识别处理模块将其所识别 出的教师和学生的动作行为信息和讲话内容信息分别发送至所述视频比较模块和音频比 较模块；所述视频比对数据库中存储有教师和学生各自在教学活动中不应出现的动作行 为信息；所述音频比对数据库中存储有用以比对是否出现不当用语或非法用语的不当/非 法关键词信息库；所述系统控制器调用该视频比对数据库和音频比对数据库中存储的视频 和音频比对信息分别发送至视频比较模块和音频比较模块；所述视频比较模块通过比较视频识别处理模块发送来的动作行为信息和由视频 比对数据库调用来的视频比对信息判断两者的契合度，并将比较的结果发送给系统控制 器；所述音频比较模块通过比较音频识别处理模块发送来的讲话内容信息和由音频比对数 据库调用来的音频比对信息判断两者的契合度，并将比较的结果发送给系统控制器；所述系统控制器根据视频比较模块和音频比较模块的比较结果判断当前受监测 的教师和学生的动作行为和讲话内容是否适合在教学活动中出现。在所述各个终端机中还设有登录模块；在所述监控管理机中还为每个终端机对应 开设有教学匹配视频数据库和教学匹配音频数据库；教师通过该登录模块输入教学信息；该终端机将所述教学信息发送给监控管理 机；所述系统控制器根据该教学信息从视频比对数据库和音频比对数据库调用相匹配的视 音频比对数据，载入所对应的教学匹配视频数据库和教学匹配音频数据库中；所述视频比 较模块比较所述视频识别处理模块发送来的动作行为信息和教学匹配视频数据库；所述音 频比较模块比较音频识别处理模块发送来的讲话内容信息和教学匹配音频数据库。在所述音频比对数据库中还设置有教学专业词汇信息库；在所述系统控制器中还 设置有教学评估统计模块；所述系统控制器根据所述教学信息将所述音频比对数据库中教学专业词汇信息 库内容配置入所述教学匹配音频数据库中；所述音频比较模块将音频识别处理模块所识别 出的教师讲话内容中所出现的专业词汇具体内容和出现的频率进行统计，并将该统计结果 发送至所述系统控制器中的教学评估统计模块。在所述监控管理机中还设置有教学资料存储库；由所述终端机传回的教师和学生 的视频信号和音频信号存储于该教学资料存储库中。本实用新型的有益效果是该教学自动监控系统借助视音频识别技术对教学监管 过程进行自动化设计，通过该监控系统整个教学监管过程完全脱离了人工工作，实现了全 程同步实时的自动化教学监控。
图1为教学自动监控系统第一实施例结构图；图2为教学自动监控系统第二实施例结构图；图3为教学自动监控系统第三实施例结构图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。图1为本专利所设计的教学自动监控系统第一实施例结构图。如图所示，该教学 自动监控系统由一台监控管理机和若干终端机构成。所述各个终端机布置在各个教学课 堂，用以获得供教学监控所需的监控信号。所述监控管理机为本教学自动监控系统的中央 监控设备，用以对各个终端机所传回的监控信号进行监控分析。所述终端机中至少包括有两组摄像头和麦克，分别用以获取教师和学生的视频信 号和音频信号，这些视音频信号即为上述的监控信号。该终端机通过数据传输技术将所获 得的老师及学生的视音频信号传送至监控管理机。如图所示，所述监控管理机包括系统控制器、视频识别处理模块、音频识别处理 模块、视频比对数据库、音频比对数据库、视频比较模块、音频比较模块和教学资料存储库。该系统控制器为监控管理机的核心控制器，用以控制监控管理机中的各个模块协
调工作。由各个终端机传回的教师和学生的视频信号和音频信号，分别被输入所述视频识 别处理模块和音频识别处理模块。所述视频识别处理模块采用了视频识别技术，通过对前 后运动图像的比较实现对所监测教师或学生的位移范围、姿态、表情、五官状态、头部及肢 体动作等动作行为进行识别。所述音频识别处理模块采用了音频识别技术，通过对输入音 频信号的分析判断所监测教师或学生的讲话内容。所述视频识别处理模块和音频识别处理 模块将其所识别出的教师和学生的动作行为信息和讲话内容信息分别发送至视频比较模 块和音频比较模块。所述视频比对数据库中存储有教师和学生各自在教学活动中不应出现的运动状 态、身体姿势、五官表现、面部表情、头部位置以及四肢及全身动作等动作行为信息。所述音 频比对数据库中存储有用以比对是否出现不当用语或非法用语的不当/非法关键词信息 库。所述系统控制器调用该视频比对数据库和音频比对数据库中存储的视频和音频比对信 息分别发送至视频比较模块和音频比较模块。所述视频比较模块通过比较视频识别处理模块发送来的动作行为信息和由视频 比对数据库调用来的视频比对信息判断两者的契合度，并将比较的结果发送给系统控制 器。所述音频比较模块通过比较音频识别处理模块发送来的讲话内容信息和由音频比对数 据库调用来的音频比对信息判断两者的契合度，并将比较的结果发送给系统控制器。所述系统控制器根据视频比较模块和音频比较模块所作出的比较结果判断当前 受监测的教师和学生的动作行为和讲话内容是否适合在教学活动中出现，并根据相应的判 断结果做出处理反应。并且，该系统控制器可以根据教师或学生所做不适合在教学活动中 出现的行为轻重程度，进行分级化处理反应。在本实施例中，该系统控制器所做分级化处理 反应具体可分为向相应终端机发出警示信息，提示出现不当行为；向相关人员进行报警，转由人工处理；由系统控制器强行切断该教学通讯线路(针对网络教学所设计)。另外，终端机传回的教师和学生的视频信号和音频信号同时还发送至教学资料存 储库，由教学资料存储库进行存储备案，以备后续工作人员进行回放查看。由此可见，本专利所设计的教学自动监控系统首先通过视音频识别技术对教师和 学生的动作行为和讲话内容进行识别，再通过视音频比较模块将所识别的教师和学生的动 作行为和讲话内容，与预先存储的视音频比对数据库信息进行比较判断，最终由系统控制 器做出适当的处理反应。该教学自动监控系统在整个监控过程中完全脱离了人工工作，实 现了全程同步实时的自动化教学监控。该教学监控系统好处在于，一方面该系统可以适用 于大规模的教学监管工作，而降低了相应的监管成本；另一方面也有利于教学监管工作的 规范化。但是，上述第一实施例所提出的教学自动监控系统中也存在着一定问题。这就是 当该教学自动监控系统在大规模教学工作中应用时，由于各个教学工作的类型繁多，而为 各个教学工作的监管所需建立的视音频比对数据库必须能够涵盖每种不同的教学工作。而 实际上，在针对某一具体教学类型的监管工作中并不需要与如此庞大的数据库进行对比， 往往只需要与其中的一小部分对比即可。这就造成了该监控系统资源上的浪费，同时也给 监控管理机上的数据处理工作带来了压力。为解决上述问题，本专利设计了该教学自动监控系统的第二实施例。图2为该教 学自动监控系统第二实施例结构图。如图2所示，该实施例在前述第一实施例的基础上，在 每个终端机上还设有登录模块。同时，在监控管理机上还为每个终端机对应开设有教学匹 配视频数据库和教学匹配音频数据库。当教师要开始授课时，首先通过终端机中的登录模块输入本节课的教学信息。这 其中可以包括教学科目、教学进度、授课老师、上课班级等用以区分教学类型的信息。该终 端机将所述教学信息发送给监控管理机，并由所述系统控制器根据该教学信息从视频比对 数据库和音频比对数据库调用匹配于该教学类型的视音频比对数据，载入所对应的教学匹 配视频数据库和教学匹配音频数据库中。在教学监管工作时，系统控制器只需调用预先配 置好的教学匹配视音频数据库中的相关数据信息至视音频比较模块，与视音频识别处理模 块所识别出的教师和学生的动作行为信息和讲话内容信息进行比较。这样就大大降低了监 控管理机所需进行处理的数据量。以上所述教学自动监控系统的第一实施例和第二实施例都主要服务于对教学监管 工作，用以对教学工作进行监督。但是，实际上本专利所设计的这套教学自动监控系统还可以 被用来对教师教学工作质量进行标准化评估。下述第三实施例即为完成这一工作所设计。图3为该教学自动监控系统第三实施例结构图。如图3所示，该实施例在前述第 二实施例的基础上，在所述音频比对数据库中除了存储有用以比对不当用语和非法用语的 不当/非法关键词信息库，还设置有教学专业词汇信息库。并且，在系统控制器中还设置有 教学评估统计模块。如前所述，当教师通过终端机中的登录模块输入本节课的教学信息后，系统控制 器根据该教学信息对教学匹配视频数据库和教学匹配音频数据库进行配置。这时，系统控 制器不仅将音频比对数据库中的不当/非法关键词信息库内容配置入教学匹配音频数据 库中，还将其中教学专业词汇信息库内容也配置入教学匹配音频数据库中。在音频比较模块对教学匹配音频数据库与音频识别处理模块所识别出的教师讲话内容信息进行比较的 同时，也对其讲话内容中所出现的专业词汇具体内容和出现的频率进行统计，并将该统计 结果发送至所述系统控制器中的教学评估统计模块，由该模块进行输出。通过上述实施例的结构设计，借助本专利自动监控系统中已有的语音识别能力， 仅通过扩大音频比对的数据库内容，即可完成对教师教学过程中的专业词汇进行识别和统 计的目的。而通过对教师教学过程中所出现的专业词汇具体内容的识别，以及对专业词汇 出现频率的统计，可以了解教师的教学进度以及对教师教学质量提供一种可供参考的标准 化数据统计。综上所述，本专利所设计的教学自动监控系统首先通过视音频识别技术对教师和 学生的动作行为和讲话内容进行识别，再通过视音频比较模块将所识别的教师和学生的动 作行为和讲话内容，与预先存储的视音频比对数据库信息进行比较判断，最终由系统控制 器做出适当的处理反应。该教学自动监控系统在整个监控过程中完全脱离了人工工作，实 现了全程同步实时的自动化教学监控。本领域一般技术人员在该设计思想之下，所做的任何不具有创造性改造，均应视 为在本实用新型的保护范围之内。
权利要求教学自动监控系统，其特征在于由一台监控管理机和若干终端机构成；所述每个终端机中至少包括有两组摄像头和麦克，分别用以获取教师和学生的视频信号和音频信号，并将所获得的老师及学生的视音频信号传送至所述监控管理机；所述监控管理机包括系统控制器、视频识别处理模块、音频识别处理模块、视频比对数据库、音频比对数据库、视频比较模块和音频比较模块；所述视频识别处理模块分别与所述终端机、视频比较模块、系统控制器相连接；所述音频识别处理模块分别与所述终端机、音频比较模块、系统控制器相连接；所述视频比对数据库分别与系统控制器、视频比较模块相连接；所述音频比对数据库分别与系统控制器、音频比较模块相连接；所述视频比较模块分别与所述系统控制器、视频比对数据库、视频识别处理模块相连接；所述音频比较模块分别与所述系统控制器、音频比对数据库、音频识别处理模块相连接。
2.如权利要求1所述的教学自动监控系统，其特征在于在所述各个终端机中还设有 登录模块；在所述监控管理机中还设有与各个终端机相对应的教学匹配视频数据库和教学 匹配音频数据库；所述教学匹配视频数据库串联在视频比对数据库与视频比较模块的数据链路之间； 所述教学匹配音频数据库串联在音频比对数据库与音频比较模块的数据链路之间。
3.如权利要求2所述的教学自动监控系统，其特征在于在所述音频比对数据库中还 设置有教学专业词汇信息库；在所述系统控制器中还设置有教学评估统计模块。
4.如权利要求1所述的教学自动监控系统，其特征在于在所述监控管理机中还设置 有教学资料存储库。
专利摘要本实用新型提供一种通过视音频识别技术对网络教学、课堂教学进行实时监控，以对学生的听课反应、教师的工作状态、教学用语等进行自动化的排查，并针对监控过程中的问题做出分级警示的教学自动监控系统。该教学自动监控系统由一台监控管理机和若干终端机构成；所述监控管理机包括系统控制器、视频识别处理模块、音频识别处理模块、视频比对数据库、音频比对数据库、视频比较模块和音频比较模块。该教学自动监控系统借助视音频识别技术对教学监管过程进行自动化设计，通过该监控系统整个教学监管过程完全脱离了人工工作，实现了全程同步实时的自动化教学监控。
文档编号G06F17/30GK201689416SQ200920222848
公开日2010年12月29日 申请日期2009年9月24日 优先权日2009年9月24日
发明者杨超, 陈洁 申请人:陈洁;杨超