CN114554144B - 一种基于嵌入式的网络直播视频流硬件化***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于嵌入式的网络直播视频流硬件化***及方法，包括视频采集端、数据分析模块、调节模块，所述视频采集端用于通过网络摄像头采集多方视频数据，所述数据分析模块用于根据采集到的视频数据进行进一步分析，所述调节模块用于根据分析结果对设备进行调节，所述数据分析模块包括教师行为分析模块、学生行为分析模块，所述教师行为分析模块用于分析正在授课的教师的行为特征，所述学生行为分析模块用于分析正在上课的同学的行为特征，所述教师行为分析模块包括触控感知子模块，所述学生行为分析模块包括注视感知子模块、时间记录子模块，本发明，具有设计更全面的优点。
Description
技术领域
本发明涉及网络直播技术领域，具体为一种基于嵌入式的网络直播视频流硬件化***及方法。
背景技术
高校直播公开课的授课方法有多种，包括直播平台授课、教室录播授课、教室直播授课等等；对于直播平台授课来说，教师无需进入教室，仅需带有音视频输入的设备即可授课，缺点是板书需外接手写板，且教室氛围不足；对于教室录播授课来说，教师在教室内上课的视频经录制剪辑后上传，学生可随时在线观看，缺点是教学内容更新后需重新上传；对于教室直播授课来说，教师在教室内上课，网络摄像头实时直播并推流到服务器，学生通过访问服务器即可在线上课，缺点是对于目前的设备技术来说，教师难以与学生互动。
通过调查发现，更多的人倾向于教室直播授课的方式，因为这种方式能更全面地模拟线下授课的方式，教师可在黑板进行板书，学生的认同感较强，但是目前的教室直播授课的方式囿于设备缺陷，尚存许多如教师无法实时与学生互动、视频角度单一不够沉浸，对服务器的负载能力要求较高等等问题，同时，教师的上课节奏不能根据学生表现来循序渐进地推进，教师不能很好的把握学生的上课情况，教学质量不高，且直播画面无法实时剪辑切换，因此，设计更全面的一种基于嵌入式的网络直播视频流硬件化***及方法是很有必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于嵌入式的网络直播视频流硬件化***及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于嵌入式的网络直播视频流硬件化***及方法，包括视频采集端、数据分析模块、调节模块，所述视频采集端与数据分析模块电连接，所述数据分析模块与调节模块电连接，所述视频采集端用于通过网络摄像头采集多方视频数据，所述数据分析模块用于根据采集到的视频数据进行进一步分析，所述调节模块用于根据分析结果对设备进行调节，所述数据分析模块包括教师行为分析模块、学生行为分析模块，所述教师行为分析模块与学生行为分析模块电连接，所述教师行为分析模块用于分析正在授课的教师的行为特征，所述学生行为分析模块用于分析正在上课的同学的行为特征，所述教师行为分析模块包括触控感知子模块，所述学生行为分析模块包括注视感知子模块、时间记录子模块，所述触控感知子模块用于感知教师是否出现板书行为，所述注视感知子模块用于判断学生是否注视屏幕，并根据注视时间判断学生行为，所述时间记录子模块用于记录学生专注持续时间。
根据上述技术方案，所述视频采集端包括采集单元一、采集单元二、采集单元三，所述采集单元一用于采集教室内整体视频，所述采集单元二用于采集黑板板书与投影幕布，所述采集单元三用于采集教师肢体动作视频，所述采集单元一、采集单元二、采集单元三通过电连接。
根据上述技术方案，所述调节模块包括逻辑判断模块、采集切换模块、显示模块，所述逻辑判断模块与采集切换模块电连接，所述采集切换模块与显示模块电连接，所述逻辑判断模块用于提供逻辑判断信号，所述采集切换模块用于切换采集单元，所述显示模块用于显示上课画面为教师提供反馈。
根据上述技术方案，所述一种基于嵌入式的网络直播视频流硬件化***及方法包括以下步骤：
步骤S1：采集单元一置于教室后方，可对教室内进行广角采集，对教室进行广角采集，获取大范围的教室上课情况，提高学生对教室环境的认知，有利于将自己置身于教室内，学生网络上课更有参与感；
步骤S2：采集单元二置于讲台上方，对黑板与投影幕布进行高精度采集，黑板上的板书与投影幕布上的ppt内容包含上课知识点，需使用清晰度更高的固定式摄像头，考虑到投影幕布的漫反射增益与黑板不同，需根据不同对象进行自动调节，保证采集质量；
步骤S3：采集单元三置于教室中央，对授课教师的行为进行实时采集，且具有自动追焦功能，在进行教学活动时，教师的表情、动作、音量变化都有教学意义，更能推动教学节奏，提高教学质量，对教师的表情动作进行捕捉并采集，提高学生的上课积极性与趣味性；
步骤S4：注视感知模块与学生设备的摄像头连接，根据学生的注视位置动态调节屏幕显示内容，网络直播授课时，学生端显示内容可根据课堂上课情况实时调节，提高学生的上课体验；
步骤S5：采集切换模块通过控制信号对视频采集端的优先显示进行控制，保证网络授课的质量，不同的采集单元采集的视频内容不同，为了保证上课内容丰富、角度多元，采集切换模块智能切换采集单元，当前采集单元进行采集时，剩余采集单元进入休眠状态，减少资源浪费，同时使上课内容更丰富，提高学生兴趣与上课体验。
根据上述技术方案，所述步骤S3进一步包括以下步骤：
步骤S31：触控感知子模块置于黑板与投影幕布中，在教师进行板书或PPT 讲解时发出控制信号，教师进行板书或PPT讲解时，触发触控感知子模块工作，发出控制信号到切换模块，将采集单元二所采集的黑板与投影幕布画面置于最大占比区域，提高授课效率；
步骤S32：逻辑判断模块实时对学生进行动作分析，当最大占比区域为采集单元二所采集的黑板与PPT画面时，根据学生的行为判断显示时间；教师进行板书时，当前显示画面最大占比区域为采集单元二所采集的黑板与投影幕布画面，此时学生出现低头记录动作，注视感知子模块出现短暂信号中断，当学生重新注视显示屏的时间T低于预设值时，锁定显示区域的布局，直到学生注视显示屏的时间T高于预设值，接触显示区域布局锁定。
根据上述技术方案，所述步骤S4进一步包括以下步骤：
步骤S41：学生在进行网络上课时，眼睛需要注视设备的显示屏，注视感知子模块通过设备的摄像头判断学生是否为注视状态，由于网络直播公开课为自愿上课，因此学生注视屏幕即视为听讲状态；
步骤S42：开始上课后，将显示屏按照80％、15％、5％的比例进行分块，同时显示不同内容；上课时不同的进度需要显示相应的画面，将显示屏区域分为三个不同比例的部分，优先级最高的采集画面置于最大部分，剩余次优先级采集画面以低分辨率置于显示区域剩余部分，提高学生的上课体验；
步骤S43：将当前各个采集单元所采集画面的分布情况实时发送到教师端，供教师参考；网络授课过程中，教师与学生难以沟通，教学质量不高，通过对采集画面在显示区域的分布情况的统计可以给教师一个参考，便于调整教学节奏，提高教学质量。
根据上述技术方案，所述步骤S43进一步包括以下步骤：
步骤S431：ti为采集单元i在最大比例显示区域的停留时间；
步骤S432：根据每个采集单元所采集画面的显示停留时间与显示屏布局占比计算该部分的分布指数Hi；
步骤S433：分布指数实时反馈到教师端，教师以分布指数为参考，调整教学节奏。每个部分的分布指数可以反映学生的上课进度，不同的学生学***有差异，学习进度也会有差异，通过计算分布指数可以给教师教学反馈，及时调整教学节奏。
根据上述技术方案，所述步骤S432中，各个部分的分布指数Hi的计算公式为：
各个部分的分布指数与显示屏上的区域占比和采集单元在显示屏分区停留时间决定，三个采集单元在显示屏最优先显示区域的显示时间之和为设定周期，单个采集单元的占比与最优显示区域的占比的乘积反映其分布情况。
根据上述技术方案，所述步骤S5进一步包括以下步骤：
步骤S51：注视感知模块在感应到学生的注视时发送电信号到时间记录模块，开始计时，在学生出现低头导致信号中断时，下一次接收到感知信号后开始重新计时，记录的时间为T；
步骤S52：当T出现频繁清零动作时，锁定显示画面布局；T出现频繁清零动作，说明此段时间学生低头抬头的频率较高，记笔记的可能性较大，因此需锁定显示布局；
步骤S53：当T的值大于设定的阈值时，显示画面的布局取消锁定，开始正常切换；T的值大于设定的阈值后，此时学生长时间注视屏幕，无需锁定操作，进行正常画面切换即可。
根据上述技术方案，所述视频采集端的采集单元一、采集单元二、采集单元三同时独立工作，保证画面切换稳定，提高学生上课效率。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明，
(1)通过设置有多个视频采集端，对教室内不同内容进行采集，还原直播课堂的真实体验，学生沉浸感较深；
(2)通过设置有数据分析模块，对教师以及学生的行为特征进行分析，为显示切换逻辑提供依据；
(3)通过设置有显示模块，将显示屏分为三部分，并根据每个学生的学习进度准确调节，上课更智能，效率更高。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的***模块组成示意图；
图2是显示屏分布示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供技术方案：一种基于嵌入式的网络直播视频流硬件化***及方法，包括视频采集端、数据分析模块、调节模块，视频采集端与数据分析模块电连接，数据分析模块与调节模块电连接，视频采集端用于通过网络摄像头采集多方视频数据，数据分析模块用于根据采集到的视频数据进行进一步分析，调节模块用于根据分析结果对设备进行调节，数据分析模块包括教师行为分析模块、学生行为分析模块，教师行为分析模块与学生行为分析模块电连接，教师行为分析模块用于分析正在授课的教师的行为特征，学生行为分析模块用于分析正在上课的同学的行为特征，教师行为分析模块包括触控感知子模块，学生行为分析模块包括注视感知子模块、时间记录子模块，触控感知子模块用于感知教师是否出现板书行为，注视感知子模块用于判断学生是否注视屏幕，并根据注视时间判断学生行为，时间记录子模块用于记录学生专注持续时间。
视频采集端包括采集单元一、采集单元二、采集单元三，采集单元一用于采集教室内整体视频，采集单元二用于采集黑板板书与投影幕布，采集单元三用于采集教师肢体动作视频，采集单元一、采集单元二、采集单元三通过电连接。
调节模块包括逻辑判断模块、采集切换模块、显示模块，逻辑判断模块与采集切换模块电连接，采集切换模块与显示模块电连接，逻辑判断模块用于提供逻辑判断信号，采集切换模块用于切换采集单元，显示模块用于显示上课画面为教师提供反馈。
一种基于嵌入式的网络直播视频流硬件化***及方法包括以下步骤：
步骤S1：采集单元一置于教室后方，可对教室内进行广角采集，对教室进行广角采集，获取大范围的教室上课情况，提高学生对教室环境的认知，有利于将自己置身于教室内，学生网络上课更有参与感；
步骤S2：采集单元二置于讲台上方，对黑板与投影幕布进行高精度采集，黑板上的板书与投影幕布上的ppt内容包含上课知识点，需使用清晰度更高的固定式摄像头，考虑到投影幕布的漫反射增益与黑板不同，需根据不同对象进行自动调节，保证采集质量；
步骤S3：采集单元三置于教室中央，对授课教师的行为进行实时采集，且具有自动追焦功能，在进行教学活动时，教师的表情、动作、音量变化都有教学意义，更能推动教学节奏，提高教学质量，对教师的表情动作进行捕捉并采集，提高学生的上课积极性与趣味性；
步骤S4：注视感知模块与学生设备的摄像头连接，根据学生的注视位置动态调节屏幕显示内容，网络直播授课时，学生端显示内容可根据课堂上课情况实时调节，提高学生的上课体验；
步骤S5：采集切换模块通过控制信号对视频采集端的优先显示进行控制，保证网络授课的质量，不同的采集单元采集的视频内容不同，为了保证上课内容丰富、角度多元，采集切换模块智能切换采集单元，当前采集单元进行采集时，剩余采集单元进入休眠状态，减少资源浪费，同时使上课内容更丰富，提高学生兴趣与上课体验。
步骤S3进一步包括以下步骤：
步骤S31：触控感知子模块置于黑板与投影幕布中，在教师进行板书或PPT 讲解时发出控制信号，教师进行板书或PPT讲解时，触发触控感知子模块工作，发出控制信号到切换模块，将采集单元二所采集的黑板与投影幕布画面置于最大占比区域，提高授课效率；
步骤S32：逻辑判断模块实时对学生进行动作分析，当最大占比区域为采集单元二所采集的黑板与PPT画面时，根据学生的行为判断显示时间；教师进行板书时，当前显示画面最大占比区域为采集单元二所采集的黑板与投影幕布画面，此时学生出现低头记录动作，注视感知子模块出现短暂信号中断，当学生重新注视显示屏的时间T低于预设值时，锁定显示区域的布局，直到学生注视显示屏的时间T高于预设值，接触显示区域布局锁定。
步骤S4进一步包括以下步骤：
步骤S41：学生在进行网络上课时，眼睛需要注视设备的显示屏，注视感知子模块通过设备的摄像头判断学生是否为注视状态，由于网络直播公开课为自愿上课，因此学生注视屏幕即视为听讲状态；
步骤S42：开始上课后，将显示屏按照80％、15％、5％的比例进行分块，同时显示不同内容；上课时不同的进度需要显示相应的画面，将显示屏区域分为三个不同比例的部分，优先级最高的采集画面置于最大部分，剩余次优先级采集画面以低分辨率置于显示区域剩余部分，提高学生的上课体验；
步骤S43：将当前各个采集单元所采集画面的分布情况实时发送到教师端，供教师参考；网络授课过程中，教师与学生难以沟通，教学质量不高，通过对采集画面在显示区域的分布情况的统计可以给教师一个参考，便于调整教学节奏，提高教学质量。
步骤S43进一步包括以下步骤：
步骤S431：ti为采集单元i在最大比例显示区域的停留时间；
步骤S432：根据每个采集单元所采集画面的显示停留时间与显示屏布局占比计算该部分的分布指数Hi；
步骤S433：分布指数实时反馈到教师端，教师以分布指数为参考，调整教学节奏。每个部分的分布指数可以反映学生的上课进度，不同的学生学***有差异，学习进度也会有差异，通过计算分布指数可以给教师教学反馈，及时调整教学节奏。
步骤S432中，各个部分的分布指数Hi的计算公式为：
各个部分的分布指数与显示屏上的区域占比和采集单元在显示屏分区停留时间决定，三个采集单元在显示屏最优先显示区域的显示时间之和为设定周期，单个采集单元的占比与最优显示区域的占比的乘积反映其分布情况。
步骤S5进一步包括以下步骤：
步骤S51：注视感知模块在感应到学生的注视时发送电信号到时间记录模块，开始计时，在学生出现低头导致信号中断时，下一次接收到感知信号后开始重新计时，记录的时间为T；
步骤S52：当T出现频繁清零动作时，锁定显示画面布局；T出现频繁清零动作，说明此段时间学生低头抬头的频率较高，记笔记的可能性较大，因此需锁定显示布局；
步骤S53：当T的值大于设定的阈值时，显示画面的布局取消锁定，开始正常切换；T的值大于设定的阈值后，此时学生长时间注视屏幕，无需锁定操作，进行正常画面切换即可。
视频采集端的采集单元一、采集单元二、采集单元三同时独立工作，保证画面切换稳定，提高学生上课效率。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种基于嵌入式的网络直播视频流硬件化***，包括视频采集端、数据分析模块、调节模块，其特征在于：所述视频采集端与数据分析模块电连接，所述数据分析模块与调节模块电连接，所述视频采集端用于通过网络摄像头采集多方视频数据，所述数据分析模块用于根据采集到的视频数据进行进一步分析，所述调节模块用于根据分析结果对设备进行调节，所述数据分析模块包括教师行为分析模块、学生行为分析模块，所述教师行为分析模块与学生行为分析模块电连接，所述教师行为分析模块用于分析正在授课的教师的行为特征，所述学生行为分析模块用于分析正在上课的同学的行为特征，所述教师行为分析模块包括触控感知子模块，所述学生行为分析模块包括注视感知子模块、时间记录子模块，所述触控感知子模块用于感知教师是否出现板书行为，所述注视感知子模块用于判断学生是否注视屏幕，并根据注视时间判断学生行为，所述时间记录子模块用于记录学生专注持续时间；
所述视频采集端包括采集单元一、采集单元二、采集单元三，所述采集单元一用于采集教室内整体视频，所述采集单元二用于采集黑板板书与投影幕布，所述采集单元三用于采集教师肢体动作视频，所述采集单元一、采集单元二、采集单元三通过电连接；
所述一种基于嵌入式的网络直播视频流硬件化***的运行方法包括以下步骤：
步骤S1：采集单元一置于教室后方，可对教室内进行广角采集；
步骤S2：采集单元二置于讲台上方，对黑板与投影幕布进行高精度采集；
步骤S3：采集单元三置于教室中央，对授课教师的行为进行实时采集，且具有自动追焦功能；
步骤S4：注视感知模块与学生设备的摄像头连接，根据学生的注视位置动态调节屏幕显示内容；
步骤S5：采集切换模块通过控制信号对视频采集端的优先显示进行控制，保证网络授课的质量；
所述步骤S3进一步包括以下步骤：
步骤S31：触控感知子模块置于黑板与投影幕布中，在教师进行板书或PPT讲解时发出控制信号；
步骤S32：逻辑判断模块实时对学生进行动作分析，当最大占比区域为采集单元二所采集的黑板与PPT画面时，根据学生的行为判断显示时间；
所述步骤S4进一步包括以下步骤：
步骤S41：学生在进行网络上课时，眼睛需要注视设备的显示屏，注视感知子模块通过设备的摄像头判断学生是否为注视状态；
步骤S42：开始上课后，将显示屏按照80%、15%、5%的比例进行分块，同时显示不同内容；
步骤S43：将当前各个采集单元所采集画面的分布情况实时发送到教师端，供教师参考；
所述步骤S43进一步包括以下步骤：
步骤S431：为采集单元/>在最大比例显示区域的停留时间；
步骤S432：根据每个采集单元所采集画面的显示停留时间与显示屏布局占比计算分布指数；
步骤S433：分布指数实时反馈到教师端，教师以分布指数为参考，调整教学节奏；
所述步骤S432中，各个部分的分布指数的计算公式为：
；
各个部分的分布指数与显示屏上的区域占比和采集单元在显示屏分区停留时间决定，三个采集单元在显示屏最优先显示区域的显示时间之和为设定周期，单个采集单元的占比与最优显示区域的占比的乘积反映其分布情况；
所述步骤S5进一步包括以下步骤：
步骤S51：注视感知模块在感应到学生的注视时发送电信号到时间记录模块，开始计时，在学生出现低头导致信号中断时，下一次接收到感知信号后开始重新计时，记录的时间为；
步骤S52：当出现频繁清零动作时，锁定显示画面布局；
步骤S53：当的值大于设定的阈值时，显示画面的布局取消锁定，开始正常切换。
2.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式的网络直播视频流硬件化***，其特征在于：所述调节模块包括逻辑判断模块、采集切换模块、显示模块，所述逻辑判断模块与采集切换模块电连接，所述采集切换模块与显示模块电连接，所述逻辑判断模块用于提供逻辑判断信号，所述采集切换模块用于切换采集单元，所述显示模块用于显示上课画面为教师提供反馈。
3.根据权利要求2所述的一种基于嵌入式的网络直播视频流硬件化***，其特征在于：所述视频采集端的采集单元一、采集单元二、采集单元三同时独立工作，保证画面切换稳定，提高学生上课效率。
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