CN110570701A - 一种同步视频的双向语音互动教学***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种同步视频的双向语音互动教学***，包括电子黑板、摄像机、无线MIC；电子黑板包括主讲端电子黑板和接受端电子黑板，主讲端电子黑板和接受端电子黑板通过VPN建立通讯，摄像机安装在电子黑板的上方，无线MIC通过无线网连接电子黑板；电子黑板含有电子黑板主机，电子黑板主机包括主控板与OPS上位机，主控板包括千兆以太网交换机模块、无线MIC模块、音频功放模块、FPGA单片机模块、PCM语音编译解码模块、以太网模块、第一继电器、第二继电器、第三继电器。本发明提供的一种同步视频的双向语音互动教学***及方法，能够使得多个教室加入到教学互动中，由主讲端的教师控制互动程序，实现跨地域空间的远程同步视频教学与语音互动功能。

Description

一种同步视频的双向语音互动教学***及方法

技术领域

本发明涉及网络教学技术领域，具体涉及一种同步视频的双向语音互动教学***及方法。

背景技术

传统的课堂教学方式主要是以班级为单位，教师在讲台上单独授课，学生在课堂座位上被动的接收知识，授课老师一般固定不变，听课交流的学生也一般固定在一个班级的范围内，上课过程比较乏味，这样减少了学生学习的积极主动性，也难以引起学生更大的兴趣去主动学习。

传统的课堂教学完全集中的一个班级的范围内，自始至终都由一个教室单独授课，教师的工作量极大，大量的教师都在重复着相同低效率的工作，教学质量难以保证，而且由于不同教师的能力水平不同、所擅长的教学领域和教学点也不尽相同，不同教师的优势特长得不到发挥和共享，学生的交流和互动也仅仅局限在一个小的班级范围内，这样的传统课堂让老师教的累、学生学得厌、优质教学资源被浪费。新的共享数字教学方案改变了原来的传统教学模式，有利于优质教学资源的共享，有利于不同地区的教育资源得到平衡，但是目前的录播优质课堂教学，基本就是被动的播放课堂教学视频，无法实现录播教室与其它参与教室的互动，只能进行录播，不能完成地域空间的共享互动课堂。

综合来看，现有技术主要存在以下几点缺陷：

1.传统的课堂教学方式授课老师一般固定不变，听课交流的学生也一般固定在一个班级的范围内，上课过程比较乏味，这样减少了学生学习的积极主动性，也难以引起学生更大的兴趣去主动学习。

2.传统课堂教学完全集中的一个班级的范围内，自始至终都由一个教室单独授课，教师的工作量极大，大量的教师都在重复着相同低效率的工作，教学质量难以保证，而且由于不同教师的能力水平不同、所擅长的教学领域也不尽相同，不同教师的优势特长得不到发挥和共享。

3.现有技术的数字教学方案共享优质教学资源只是录播优质课堂教学，基本就是被动的播放课堂教学视频，无法实现录播教室与其它参与教室的互动，只能进行录播，不能完成地域空间的共享互动课堂。

发明内容

本发明提供了一种同步视频的双向语音互动教学***及方法，能够使得多个教室加入到教学互动中，由主讲端的教师控制互动程序，实现跨地域空间的远程同步视频教学与语音互动功能。

本发明采用如下技术方案：

一种同步视频的双向语音互动教学***，包括电子黑板、摄像机、无线MIC；

所述电子黑板包括主讲端电子黑板和接受端电子黑板，所述主讲端电子黑板和接受端电子黑板通过VPN建立通讯，所述摄像机安装在所述电子黑板的上方，所述无线MIC通过无线网连接所述电子黑板，所述主讲端电子黑板用于教师展示教学所用的课件、回复接受端电子黑板的请求，所述接受端电子黑板用于同步播放主讲端的电子黑板的画面，所述摄像机用于拍摄电子黑板的画面，所述无线MIC用于教师授课或学生提问时输入音频信号；

所述电子黑板含有电子黑板主机，所述电子黑板主机包括主控板与OPS上位机，所述主控板包括千兆以太网交换机模块、无线MIC模块、音频功放模块、FPGA单片机模块、PCM语音编译解码模块、以太网模块、第一继电器、第二继电器、第三继电器，所述OPS上位机分别连接所述千兆以太网交换机模块、FPGA单片机模块，所述OPS上位机通过第三继电器连接所述音频功放模块，所述FPGA单片机模块分别连接所述以太网模块、PCM编解码模块、第三继电器、第二继电器、第一继电器，所述第一继电器、第二继电器、第三继电器均连接所述音频功放模块，所述以太网模块还连接所述千兆以太网交换机模块，所述电子黑板主机通过千兆以太网交换机模块连接VPN，所述PCM编解码模块还连接所述第二继电器，所述无线MIC模块连接所述第二继电器，所述第一继电器还连接有扬声器。

所述同步视频的双向语音互动教学***的互动教学方法包括：主讲端电子黑板与接受端电子黑板通过VPN建立通讯；教师使用主讲端电子黑板开始授课，主讲端电子黑板的视频信号和音频信号传输到接受端电子黑板；接受端电子黑板接收到主讲端电子黑板传输的数据开启同步视频直播；学生操作控制接受端电子黑板向主讲端电子黑板发出通话请求，主讲端电子黑板接收到通话请求后由教师选择同意或不同意，并反馈回接受端电子黑板；若教师选择同意，接受端电子黑板提示学生可以进行通话，学生使用无线MIC发出的语音信号传输到主讲端电子黑板；主讲端电子黑板接收到语音信号，通过扬声器播放出来；教师操作主讲端电子黑板或学生操作接受端电子黑板关闭通话。

进一步地，所述摄像机为高速球摄像机，所述高速球摄像机的数量为多个。

进一步地，所述主讲端电子黑板的数量为一个，所述接受端电子黑板的数量为多个。

进一步地，所述无线MIC的数量为多个。

进一步地，所述主讲端电子黑板的视频信号包括摄像机采集的网络视频信号、授课计算机课件录屏信号；所述主讲端电子黑板的音频信号为教师使用无线MIC的声音信号。

进一步地，所述主讲端电子黑板的视频信号和音频信号传输时，由主讲端电子黑板主机的OPS上位机编码打包成以太网数据传输到接受端电子黑板。

进一步地，所述学生操作控制接受端电子黑板向主讲端电子黑板发出通话请求时，接受端电子黑板主机中的OPS上位机发起语音对话请求，主讲端电子黑板显示同意或不同意的确认框。

进一步地，所述教师选择同意后，确认信号反馈回接受端电子黑板主机中的OPS上位机，接受端电子黑板主机中的OPS上位机通知FPGA单片机模块进行控制；接受端电子黑板主机中的FPGA单片机模块控制第二继电器打开、PCM编解码模块工作，接受端电子黑板上显示当前正在进行通话，学生使用无线MIC输入语音信号；语音信号经第二继电器传输到PCM编解码模块编码成数据流，接受端电子黑板主机中的FPGA单片机模块控制语音信号加载到以太网通讯数据流中；语音信号通过VPN传输到主讲端电子黑板主机中。

进一步地，所述主讲端电子黑板接收到语音信号后，主讲端电子黑板主机中的PCM编解码模块解码还原并送入音频功放模块，通过扬声器播放出来。

一种同步视频的双向语音互动教学方法，基于一种同步视频的双向语音互动教学***，所述方法包括：

主讲端电子黑板与接受端电子黑板通过VPN建立通讯；教师使用主讲端电子黑板开始授课，主讲端电子黑板的视频信号和音频信号传输到接受端电子黑板；接受端电子黑板接收到主讲端电子黑板传输的数据开启同步视频直播；学生操作控制接受端电子黑板向主讲端电子黑板发出通话请求，主讲端电子黑板接收到通话请求后由教师选择同意或不同意，并反馈回接受端电子黑板；若教师选择同意，接受端电子黑板提示学生可以进行通话，学生使用无线MIC发出的语音信号传输到主讲端电子黑板；主讲端电子黑板接收到语音信号，通过扬声器播放出来；教师操作主讲端电子黑板或学生操作接受端电子黑板关闭通话。

本发明的有益效果为：

(1)主讲端电子黑板与接受端电子黑板通过VPN建立通讯，使得主讲端电子黑板与接受端电子黑板可以在不同的学校中，依然能够把老师授课的内容和老师与学生之间互动教学过程，在主讲端电子黑板和接受端电子黑板呈现，实现了与现实课堂完全一样的互动教学过程效果。

(2)设置电子黑板，主讲端电子黑板主机可将视频信号和音频信号传输到接受端电子黑板上直接进行展示，设置有摄像机，使得教师授课的画面可以同步的在接受端电子黑板进行展示，使得课堂直播更加真实，在课堂之中更加有学习的气氛。

(3)接受端电子黑板不仅可以同步的观看教学直播，在直播过程中需要提问时，还可以使用接受端电子黑板对主讲端电子黑板发出通话请求，教师在主讲端电子黑板上选择同意或不同意，若同意，则主讲端电子黑板可以和发出通话请求的接受端电子黑板进行通话，教师的回答同授课时一样直播显现在接受端电子黑板上，从而实现了课堂互动，使得学生可以对不懂的问题进行提问，没有了视频录制的距离感，界面亲切，互动过程中更加有趣，进而提高课堂质量。

附图说明

图1为本发明所述的一种同步视频的双向语音互动教学***的结构示意图。

图2为本发明中电子黑板的结构示意图。

图3为本发明所述的一种同步视频的双向语音互动教学方法的流程示意图。

附图中，电子黑板1、摄像机2、无线MIC 3、电子黑板主机4、OPS上位机41、主控板42、FPGA单片机模块421、以太网模块422、千兆以太网交换机模块423、第一继电器424、音频功放模块425、第二继电器426、第三继电器427、PCM编解码模块428、无线MIC模块429、扬声器43。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明提供了一种同步视频的双向语音互动教学***，包括电子黑板1、摄像机2、无线MIC 3，摄像机2为高速球摄像机。

电子黑板1每个教室设置一个，电子黑板包括主讲端电子黑板和接受端电子黑板，主讲端电子黑板和接受端电子黑板通过VPN建立通讯。主讲端电子黑板的数量为一个，当有多少教室需要同步播放教学视频直播时，接受端电子黑板就有多少个，每个主讲端电子黑板和接受端电子黑板配备一个无线MIC 3，摄像机2安装在电子黑板的上方，每个主讲端电子黑板和接受端电子黑板安装两个高速球摄像机2。无线MIC 3通过无线网连接电子黑板。

主讲端电子黑板用于教师展示教学所用的课件、回复接受端电子黑板的请求，接受端电子黑板用于同步播放主讲端的电子黑板的画面，摄像机2用于拍摄电子黑板的画面，无线MIC 3用于教师授课或学生提问时输入音频信号；

如图2所示，电子黑板1含有电子黑板主机4，电子黑板主机4包括主控板42与OPS上位机41，主控板42包括千兆以太网交换机模块423、无线MIC模块429、音频功放模块425、FPGA单片机模块421、PCM语音编译解码模块、以太网模块422、第一继电器424、第二继电器426、第三继电器427，OPS上位机41分别连接千兆以太网交换机模块423、FPGA单片机模块421，OPS上位机41通过第三继电器427连接音频功放模块425，FPGA单片机模块421分别连接以太网模块422、PCM编解码模块428、第三继电器427、第二继电器426、第一继电器424，第一继电器424、第二继电器426、第三继电器427均连接音频功放模块425，以太网模块422还连接千兆以太网交换机模块423，电子黑板主机4通过千兆以太网交换机模块423连接VPN，PCM编解码模块428还连接第二继电器426，无线MIC模块429连接第二继电器426，第一继电器424还连接有扬声器43。

同步视频的双向语音互动教学***的互动教学方法包括：主讲端电子黑板与接受端电子黑板通过VPN建立通讯；教师使用主讲端电子黑板开始授课，主讲端电子黑板的视频信号和音频信号传输到接受端电子黑板；接受端电子黑板接收到主讲端电子黑板传输的数据开启同步视频直播；学生操作控制接受端电子黑板向主讲端电子黑板发出通话请求，主讲端电子黑板接收到通话请求后由教师选择同意或不同意，并反馈回接受端电子黑板；若教师选择同意，接受端电子黑板提示学生可以进行通话，学生使用无线MIC发出的语音信号传输到主讲端电子黑板；主讲端电子黑板接收到语音信号，通过扬声器播放出来；教师操作主讲端电子黑板或学生操作接受端电子黑板关闭通话。

本发明的工作过程为：主讲端电子黑板与多个接受端电子黑板之间通过VPN建立网络上的通讯，当VPN通讯建立好之后，教师在主讲端电子黑板授课的内容主讲端电子黑板主机的OPS上位机编码打包成以太网数据传输到接受端电子黑板，接受端电子黑板接收数据并同步显示，实现端对端或主讲端电子黑板对多接受端电子黑板的同步教学视频直播，当接受端电子黑板需要向主讲端电子黑板提问或语音通话时，学生需要在接受端电子黑板上操作点击控制按钮，向主讲端电子黑板发出通话请求，主讲端电子黑板收到请求后由教师选择同意或不同意，并反馈回接受端电子黑板的OPS上位机，若教师同意，则接受端电子黑板的OPS上位机自动执行开启主控板上音频功放模块的通话功能，并在接受端电子黑板上显示当前正在进行通话，此时，学生使用无线MIC提问，语音信号随即传输到主讲端电子黑板，主讲端电子黑板主机中的PCM编解码模块解码还原并送入音频功放模块，通过扬声器播放出来。教师的回答仍然由主讲端电子黑板传输信号给每个接受端电子黑板，实现了跨地域空间的远程同步视频教学与语音互动功能。

如图3所示，本发明还提供了一种同步视频的双向语音互动教学方法，基于上述同步视频的双向语音互动教学***，该方法包括以下步骤：

S1、主讲端电子黑板与接受端电子黑板通过VPN建立通讯；使得主讲端电子黑板与接受端电子黑板之间通过VPN实现广域网互联。

S2、教师使用主讲端电子黑板开始授课，主讲端电子黑板的视频信号和音频信号传输到接受端电子黑板；

主讲端电子黑板的视频信号和音频信号传输时，由主讲端电子黑板主机的OPS上位机编码打包成以太网数据传输到接受端电子黑板。主讲端电子黑板的视频信号包括摄像机采集的网络视频信号、授课计算机课件录屏信号；主讲端电子黑板的音频信号为教师使用无线MIC的声音信号。

S3、接受端电子黑板接收到主讲端电子黑板传输的数据开启同步视频直播；

S4、学生操作控制接受端电子黑板向主讲端电子黑板发出通话请求，主讲端电子黑板接收到通话请求后由教师选择同意或不同意，并反馈回接受端电子黑板；

学生操作控制接受端电子黑板向主讲端电子黑板发出通话请求时，接受端电子黑板主机中的OPS上位机发起语音对话请求，主讲端电子黑板显示同意或不同意的确认框。

S5、若教师选择同意，接受端电子黑板提示学生可以进行通话，学生使用无线MIC发出的语音信号传输到主讲端电子黑板；此步骤的具体过程如下：

S51、确认信号反馈回接受端电子黑板主机中的OPS上位机，接受端电子黑板主机中的OPS上位机通知FPGA单片机模块进行控制；

S52、接受端电子黑板主机中的FPGA单片机模块控制第二继电器打开、PCM编解码模块工作，接受端电子黑板上显示当前正在进行通话，学生使用无线MIC输入语音信号；

S53、语音信号经第二继电器传输到PCM编解码模块编码成数据流，接受端电子黑板主机中的FPGA单片机模块控制语音信号加载到以太网通讯数据流中；

S54、语音信号通过VPN传输到主讲端电子黑板主机中。

S6、主讲端电子黑板接收到语音信号，主讲端电子黑板主机中的PCM编解码模块解码还原并送入音频功放模块，通过扬声器播放出来。

S7、教师操作主讲端电子黑板或学生操作接受端电子黑板关闭通话。

本发明的有益效果为：

(1)主讲端电子黑板与接受端电子黑板通过VPN建立通讯，使得主讲端电子黑板与接受端电子黑板可以在不同的学校中，依然能够把老师授课的内容和老师与学生之间互动教学过程，在主讲端电子黑板和接受端电子黑板呈现，实现了与现实课堂完全一样的互动教学过程效果。

(2)设置电子黑板，主讲端电子黑板主机可将视频信号和音频信号传输到接受端电子黑板上直接进行展示，设置有摄像机，使得教师授课的画面可以同步的在接受端电子黑板进行展示，使得课堂直播更加真实，在课堂之中更加有学习的气氛。

(3)接受端电子黑板不仅可以同步的观看教学直播，在直播过程中需要提问时，还可以使用接受端电子黑板对主讲端电子黑板发出通话请求，教师在主讲端电子黑板上选择同意或不同意，若同意，则主讲端电子黑板可以和发出通话请求的接受端电子黑板进行通话，教师的回答同授课时一样直播显现在接受端电子黑板上，从而实现了课堂互动，使得学生可以对不懂的问题进行提问，没有了视频录制的距离感，界面亲切，互动过程中更加有趣，进而提高课堂质量。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种同步视频的双向语音互动教学***，其特征在于，包括电子黑板、摄像机、无线MIC；

所述电子黑板包括主讲端电子黑板和接受端电子黑板，所述主讲端电子黑板和接受端电子黑板通过VPN建立通讯，所述摄像机安装在所述电子黑板的上方，所述无线MIC通过无线网连接所述电子黑板，所述主讲端电子黑板用于教师展示教学所用的课件、回复接受端电子黑板的请求，所述接受端电子黑板用于同步播放主讲端电子黑板的画面，所述摄像机用于拍摄电子黑板的画面，所述无线MIC用于教师授课或学生提问时输入音频信号；

所述电子黑板含有电子黑板主机，所述电子黑板主机包括主控板与OPS上位机，所述主控板包括千兆以太网交换机模块、无线MIC模块、音频功放模块、FPGA单片机模块、PCM语音编译解码模块、以太网模块、第一继电器、第二继电器、第三继电器，所述OPS上位机分别连接所述千兆以太网交换机模块、FPGA单片机模块，所述OPS上位机通过第三继电器连接所述音频功放模块，所述FPGA单片机模块分别连接所述以太网模块、PCM编解码模块、第三继电器、第二继电器、第一继电器，所述第一继电器、第二继电器、第三继电器均连接所述音频功放模块，所述以太网模块还连接所述千兆以太网交换机模块，所述电子黑板主机通过千兆以太网交换机模块连接VPN，所述PCM编解码模块还连接所述第二继电器，所述无线MIC模块连接所述第二继电器，所述第一继电器还连接有扬声器；

所述同步视频的双向语音互动教学***的互动教学方法包括：主讲端电子黑板与接受端电子黑板通过VPN建立通讯；教师使用主讲端电子黑板开始授课，主讲端电子黑板的视频信号和音频信号传输到接受端电子黑板；接受端电子黑板接收到主讲端电子黑板传输的数据开启同步视频直播；学生操作控制接受端电子黑板向主讲端电子黑板发出通话请求，主讲端电子黑板接收到通话请求后由教师选择同意或不同意，并反馈回接受端电子黑板；若教师选择同意，接受端电子黑板提示学生可以进行通话，学生使用无线MIC发出的语音信号传输到主讲端电子黑板；主讲端电子黑板接收到语音信号，通过扬声器播放出来；教师操作主讲端电子黑板或学生操作接受端电子黑板关闭通话。

2.根据权利要求1所述的一种同步视频的双向语音互动教学***，其特征在于，所述摄像机为高速球摄像机，所述高速球摄像机的数量为多个。

3.根据权利要求1所述的一种同步视频的双向语音互动教学***，其特征在于，所述主讲端电子黑板的数量为一个，所述接受端电子黑板的数量为多个。

4.根据权利要求1所述的一种同步视频的双向语音互动教学***，其特征在于，所述无线MIC的数量为多个。

5.根据权利要求1所述的一种同步视频的双向语音互动教学***，其特征在于，所述主讲端电子黑板的视频信号包括摄像机采集的网络视频信号、授课计算机课件录屏信号；所述主讲端电子黑板的音频信号为教师使用无线MIC的声音信号。

6.根据权利要求1所述的一种同步视频的双向语音互动教学***，其特征在于，所述主讲端电子黑板的视频信号和音频信号传输时，由主讲端电子黑板主机的OPS上位机编码打包成以太网数据传输到接受端电子黑板。

7.根据权利要求1所述的一种同步视频的双向语音互动教学***，其特征在于，所述学生操作控制接受端电子黑板向主讲端电子黑板发出通话请求时，接受端电子黑板主机中的OPS上位机发起语音对话请求，主讲端电子黑板显示同意或不同意的确认框。

8.根据权利要求1所述的一种同步视频的双向语音互动教学***，其特征在于，所述教师选择同意后，

确认信号反馈回接受端电子黑板主机中的OPS上位机，接受端电子黑板主机中的OPS上位机通知FPGA单片机模块进行控制；

接受端电子黑板主机中的FPGA单片机模块控制第二继电器打开、PCM编解码模块工作，接受端电子黑板上显示当前正在进行通话，学生使用无线MIC输入语音信号；

语音信号经第二继电器传输到PCM编解码模块编码成数据流，接受端电子黑板主机中的FPGA单片机模块控制语音信号加载到以太网通讯数据流中；

语音信号通过VPN传输到主讲端电子黑板主机中。

9.根据权利要求1所述的一种同步视频的双向语音互动教学***，其特征在于，所述主讲端电子黑板接收到语音信号后，主讲端电子黑板主机中的PCM编解码模块解码还原并送入音频功放模块，通过扬声器播放出来。

10.一种同步视频的双向语音互动教学方法，基于权利要求1-9中任一权利要求所述的一种同步视频的双向语音互动教学***，其特征在于，所述方法包括：

S1、主讲端电子黑板与接受端电子黑板通过VPN建立通讯；

S2、教师使用主讲端电子黑板开始授课，主讲端电子黑板的视频信号和音频信号传输到接受端电子黑板；

S3、接受端电子黑板接收到主讲端电子黑板传输的数据开启同步视频直播；

S4、学生操作控制接受端电子黑板向主讲端电子黑板发出通话请求，主讲端电子黑板接收到通话请求后由教师选择同意或不同意，并反馈回接受端电子黑板；

S5、若教师选择同意，接受端电子黑板提示学生可以进行通话，学生使用无线MIC发出的语音信号传输到主讲端电子黑板；

S6、主讲端电子黑板接收到语音信号，通过扬声器播放出来；

S7、教师操作主讲端电子黑板或学生操作接受端电子黑板关闭通话。