CN102005142B

CN102005142B - 一种用于教学的信息交互方法

Info

Publication number: CN102005142B
Application number: CN 201010532553
Authority: CN
Inventors: 朱晓明; 吴锋刚; 杨大浒
Original assignee: SHANGHAI RONGXUN ELECTRONICS CO Ltd
Current assignee: ICLASSMATE EDUCATIONAL TECHNOLOGIES CO., LTD.
Priority date: 2010-11-04
Filing date: 2010-11-04
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2030-11-04
Also published as: CN102005142A

Abstract

本发明公开了一种用于教学的信息交互方法，包括针对教师的授课信息发送方法和针对学生的响应信息发送方法，其中，所述授课信息发送方法如下步骤：步骤1：一台教师客户端和至少一台学生客户端均登陆到FMS服务器获取各自的网络地址；步骤2：教师客户端采集教师授课的授课数据信息，并将其通过RTMFP网络协议发送给学生客户端。本发明通过FMS服务器实现数据在教师与学生之间的快速共享；其次，通过至少二个摄像头可以同时采集教师手稿视频数据和教师动作视频数据，这样，教师和学生即可通过任何纸质文件传递授课信息和响应信息，如常用的A4纸，而且对于200万像素以上的摄像头，即使是A4纸上的5号字也可以清楚地采集下来。

Description

一种用于教学的信息交互方法

技术领域

本发明涉及一种主要应用在教学领域中的信息交互方法，尤其涉及一种点对点，或者点对多点的信息交互方法。

背景技术

现有的远程教学，或者网络教学，多是通过视频采集装置将教师的授课过程记录下来，然后在网站上发布该授课视频，供有需求的学生使用。该种远程教学系统的缺点如下：

1.该种教学系统无法实现教师与学生的实时互动，学生无法在听取教师授课的同时进行实时反馈，也无法实现信息在教师与所有学生之间的共享，即达不到课堂授课的效果；

2.该种教学系统在教师授课时无法同时在不同的平面内采集到清晰的手稿内容和授课动作，这样，学生获得的教学内容是有缺失的，达不到最佳的教学效果；

3.该种教学系统完全是通过互联网上传教师的授课数据信息，因此，授课视频的上传速度和下载速度受带宽的影响很大，教师若想提高上传速度，学生若想提高下载速度或者在采用在线听课时获得流畅的授课视频，相应的客户端必须具备较大的带宽；

4.该种教学系统无法实现视频的实时缩放，若要对文字或者图形等内容进行缩放，只能调整视频采集装置的焦距或者调整待缩放内容距离视频采集装置的距离，这种缩放方式无法由授课教师根据需要实时进行缩放，不仅需要他人辅助，而且也很难实现如图片缩放一样的精确度，不利于授课的顺畅进行。

目前，还有一种实时多媒体交互系统，如公开号为CN 1474540A的中国专利公开了一种远程教学多模式实时多媒体交互系统，其由多媒体客户端，会议服务中心和多点控制单元组成，其中，会议服务中心分别和多媒体客户端和多点控制单元通过网络服务调用相连，多媒体客户端和多点控制单元通过实时传输RTP/实时控制RTCP协议相连，会议服务中心控制客户端和多点控制单元的用户权限，客户端接收会议服务中心的指令控制本地的视频、音频和其它教学数据的发送和接收，多点控制单元接收会议服务中心的指令控制视频、音频和其它教学数据的转发，客户端在得到会议服务中心的授权后向多点控制单元发送本地的视频、音频和其它教学数据，并从多点控制单元接收其他客户端的视频、音频和其它教学数据，多点控制单元根据会议服务中心提供的信息启动视频、音频和其它教学数据转发模块和视频转换编码引擎。该种教学系统虽然能够实时传输相关的视频、音频和其它教学数据，但是在交互的整个过程中均需会议服务中心的授权，而且在发送和接收数据流时需要经多点控制单元中转，这种交互机制存在数据流过大，延时时间过长等问题，而且也同样存在上述2和4所提及的缺陷；另外，该教学系统还存第5点缺陷，即无法对采集到的视频帧进行编辑，并将编辑的数据与采集到的视频帧均进行发送的缺陷。

另外，公开号为CN101145288A的中国发明专利申请公开了一种基于宽带互联网的钢琴远程教学系统，其包括至少一台基于宽带互联网的服务器、至少两台以上受该服务器控制的由传统钢琴改制的基于宽带互联网的电脑组合式远程教学钢琴、与该电脑组合式远程教学钢琴相连的至少一个摄像头和拾音器；电脑组合式远程教学钢琴上安装有钢琴远程教学专用软件，由服务器统一管理，并进行相关的计时计费、音频和视频的相互转发工作，从而达到远程实时交互的目的。该种交互机制也同样存在上述3至5所提及的缺陷。

与远程教学相近的还有远程医疗，公开号为CN1295285A的中国发明专利申请公开了一种中医控制远程医疗系统，其包括许多前端医疗站，一个各前端医疗站的支持源，和一个将前端医疗站及支持源联接起来的计算机网络；支持源包括存有可用于针对病情给出治疗方案的资料的计算机脑库和许多根据需要可即时通过计算机网络与支持源联网的中医师。由此可见，该交互系统同样是以互联网为基础，并且同样存在类似上述2至5所提及的缺陷。

另一种与远程教学相近的还有视频会议，其类似于上述的实时多媒体交互系统，即存在类似上述3至5所提及的缺陷。

对于所提及的视频实时缩放问题，现有的视频实时缩放方法一般采用原线性插值算法和分级线性插值算法实现，原线性插值算法的算法较为复杂，而分级线性插值算法虽然算法相对简单，但缩放的显示效果较差，尤其是在用户选择的缩放比率的改变量较小时，基本上无法完成用户选择的缩放动作。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，为教师与学生提供一种快速的、可通过在纸张上手写交流的方式进行交流的同步信息交互方法。

本发明采用的技术方案为：一种用于教学的信息交互方法，包括针对教师的授课信息发送方法和针对学生的响应信息发送方法，其中，所述授课信息发送方法如下步骤：

步骤1：一台教师客户端和至少一台学生客户端均登陆到FMS服务器获取各自的网络地址；

步骤2：教师客户端通过为其配置的教师快拍仪采集包括教师视频和/或音频数据的授课数据信息，并将其通过RTMFP网络协议发送给学生客户端；所述教师客户端，所述教师快拍仪包括同步进行采集的第一和第二摄像头；所述教师视频数据包括通过第一摄像头采集的教师手稿视频数据和通过第二摄像头采集的教师动作视频数据。

优选地，所述响应信息发送方法包括如下步骤：

步骤3：学生客户端通过为其配置的学生快拍仪采集学生响应的包括学生视频和/或音频数据的响应数据信息，并将其通过RTMFP网络协议发送给教师客户端和/或者其他学生客户端；所述学生快拍仪包括同步进行采集的第三和第四摄像头；所述学生视频数据包括通过第三摄像头采集的学生手稿视频数据和通过第四摄像头采集的学生动作视频数据。

优选地，所述授课数据信息还包括教师通过教师客户端对所述教师手稿视频数据进行标记的教师标记数据；

在所述步骤2中，所述教师客户端通过第一摄像头在教师手稿有变化时采集所述教师手稿视频数据，并将其通过RTMFP网络协议发送至学生客户端；当教师通过教师客户端对采集到的教师手稿视频数据进行操作而生成所述教师标记数据时，教师客户端在每次操作停止时将当次生成的教师标记数据发送至学生客户端；

所述学生客户端在接收到教师标记数据后，使其与教师手稿视频数据和之前接收到的教师标记数据合成，以与教师客户端同步显示相同的内容。

优选地，在所述步骤2中，所述教师客户端将教师视频和/或音频数据仅发送给部分学生客户端，每台接收到所述教师视频和/或音频数据的学生客户端负责将其发送给部分另外的未接收到所述教师视频和/或音频数据的学生客户端。

优选地，所述授课数据信息还包括教师客户端根据教师的拍摄请求通过第一和第二摄像头采集的教师图片数据；在所述步骤2中，所述教师客户端将教师图片数据发送给所有的学生客户端。

优选地，在所述步骤3中，所述响应数据信息还包括学生通过学生客户端对所述学生手稿视频数据进行标记的学生标记数据；

在所述步骤3中，所述学生客户端通过第三摄像头在学生手稿有变化时采集所述学生手稿视频数据，并将其通过RTMFP网络协议发送至教师客户端和/或其它学生客户端；当学生通过学生客户端对采集到的学生手稿视频数据进行操作而生成所述学生标记数据时，学生客户端在每次操作停止时将当次生成的学生标记数据发送至教师客户端和/或其它学生客户端；

所述教师客户端和/或其他学生客户端在接收到学生标记数据后，使其与学生手稿视频数据和之前接收到的学生标记数据合成，以与所述学生客户端同步显示相同的内容。

优选地，在所述步骤2中，所述教师客户端对教师视频数据采用实时缩放方法进行采集，所述实时缩放方法包括如下步骤：

步骤201，所述第一和第二摄像头获取高清视频流，每帧图像大小至少为1600×1200像素；

步骤202，按照当前窗口大小显示视频图像；

步骤203，获取显示帧率F，其中，所述显示帧率F是默认值或者用户根据实际应用自行设定的值；

步骤204，每间隔1/F秒，取得当前缩放比率R和用户选定的缩放比率改变量ΔR；

步骤205，在所述视频流中抓取图像；

步骤206，按缩放比率R+ΔR调整图像大小，然后显示在当前窗口，并将超出窗口大小的部分裁掉。

优选地，所述教师快拍仪包括竖直支架和连接在竖直支架上部的水平支架，所述第一和第二摄像头分别安装在水平和竖直支架上。

本发明的有益效果为：首先，本发明通过FMS服务器实现数据在教师与学生之间的快速共享；其次，通过至少二个摄像头可以同时采集教师手稿视频数据和教师动作视频数据，这样，教师和学生即可通过任何放置在桌面上的纸质文件传递授课信息和响应信息，如常用的A4纸，而且对于200万像素以上的摄像头，在本发明中即使是A4纸上的相当于5号字大小的内容也可以清楚地采集下来，在远程教学中，这种方式相对于通过黑板进行讲解有很多的便利性，如可以随便改变纸张的位置和角度，可以随意更换纸张，以及可以减轻老师疲劳程度等；再次，教师和学生可以通过各自的客户端对采集到的视频帧进行编辑，并将编辑的内容与采集到的教师手稿视频数据先后发送出去，而不是同时进行发送，这样可以大大降低发送的数据流的大小，提高了发送速度，增强各方显示的同步性；最后，通过本发明的实时缩放方法，可使发送出去的视频与操作方进行同步的视频缩放，以对视频数据内容中按照原窗口大小无法清楚显示的内容进行跟随操作方的清楚显示。另外，对于视频和音频数据可以采用树形结构的分发方式，这样，可以进一步提高数据共享的同步性。

附图说明

图1为实现本发明用于教学的信息交互方法的网络拓扑结构示意图；

图2为在点对多点的信息交互方法中，传输视频和音频数据的网络拓扑结构示意图；

图3为在本发明用于教学的信息交互方法中应用的视频实时缩放方法的流程图。

具体实施方式

如图1和2所示，本发明的用于教学的信息交互方法包括针对教师的授课信息发送方法和针对学生的响应信息发送方法，其中，所述授课信息发送方法如下步骤：

步骤1，一台教师客户端10和至少一台学生客户端20均登陆到FMS(Flash MediaServer)服务器30获取各自的网络地址；

步骤2，教师客户端10采集授课数据信息，并将其通过RTMFP网络协议直接发送给学生客户端20。

其中，教师客户端10通过为其配置的教师快拍仪11采集教师授课的包括教师音频、视频和图片数据的授课数据信息；所述教师快拍仪11包括同步进行采集的第一和第二摄像头，其中，至少第一摄像头为200万像素以上；所述授课数据信息的视频数据包括通过第一摄像头采集的教师手稿视频数据和通过第二摄像头采集的教师动作视频数据；所述教师音频数据由教师快拍仪11上配置的麦克风采集；所述教师图片数据为教师客户端10根据教师的拍摄请求通过第一和第二摄像头拍摄的单张图片数据。

所述教师快拍仪11包括竖直支架和连接在竖直支架上部的水平支架，所述第一和第二摄像头分别安装在水平和竖直支架上；所述麦克风可以安装在竖直支架上。该教师快拍仪11可以通过USB接口与教师客户端10通讯连接。

RTMFP(Real-Time Media Flow Protocol)网络协议是Adobe公司开发的一套新的通信协议，该协议可以让使用Adobe Flash Player的终端用户之间进行直接通信。用Adobe AIR框架开发的程序也可以用此协议来发布直播、实时信息。

由此可知，上述过程教师客户端10和所有的学生客户端20均只需在发起时登陆到FMS服务器30，而在之后的过程中便是教师客户端10和学生客户端20之间，或者学生客户端20之间通过RTMFP网络协议直接进行信息的交互，这样可以加快交互的速度，增强师生之间的同步性。

如果学生在接收到授课数据信息后需要与教师进行交互，所述响应发送方法的步骤如下：

步骤3，学生客户端20采集响应数据信息，并将其通过RTMFP网络协议发送给教师客户端10和/或者其他学生客户端20。

其中，学生客户端20通过为各自配置的学生快拍仪21采集学生响应的包括学生音频、视频和图片数据的响应数据信息；同理，所述学生快拍仪21包括同步进行采集的第三和第四摄像头，其中，至少第三摄像头为200万像素以上；所述响应数据信息的视频数据包括通过第三摄像头采集的学生手稿视频数据和通过第四摄像头采集的学生动作视频数据；所述学生音频数据由学生快拍仪21上配置的麦克风采集；所述学生图片数据为通过第三和第四摄像头根据学生的拍摄指令拍摄的单张图片数据。

在点对点的信息交互方法中，如图1所示，上述步骤仅在教师用服务器10和一学生用服务器20之间，或者二个学生用服务器21之间进行。在点对多点的信息交互方法中，上述步骤在教师用服务器10与所有学生用服务器20之间，以及一学生用服务器20与教师用服务器10和其他学生用服务器之间进行。

对于点对多点的信息交互方法，为了加快交互的速度，在步骤2中，所述教师客户端10仅将教师音频和视频数据发送给部分学生客户端20，每台接收到所述教师音频和视频数据的学生客户端20负责将其发送给部分另外的未接收到所述教师音频和视频数据的学生客户端，直到所述的学生客户端20均接收到该教师音频和视频数据为止；而所述教师客户端10将所述教师图片数据发送给所有的学生客户端20。

在如图2所示的实施例中，教育平台包括一教师客户端10和六个学生客户端20，分别为学生客户端20a至20f，与各学生客户端对应配置的学生快拍仪为21a至21f；教师客户端10将教师音频和视频数据发送给学生客户端20a和20b，学生客户端20a负责将该教师音频和视频数据发送给学生客户端20e和20f，学生客户端20b负责将该教师音频和视频数据发送给学生客户端20c和20d，依次类推，每个学生客户端20负责向另外二个学生客户端发送该教师音频和视频数据。

所述授课数据信息还包括教师通过教师客户端对所述教师手稿视频数据进行标记的教师标记数据。为了能够压缩数据流，进一步加快发送速度，在所述步骤2中，所述教师客户端10通过第一摄像头在教师手稿有变化时采集所述教师手稿视频数据，并将其通过RTMFP网络协议发送至学生客户端20；当教师通过教师客户端10对采集到的教师手稿视频数据进行操作而生成所述教师标记数据时，教师客户端10在每次操作停止时将当次生成的教师标记数据发送至学生客户端20；所述学生客户端20在接收到教师标记数据后，使其与教师手稿视频数据和之前接收到的教师标记数据合成，以与教师客户端同步显示相同的内容。

同理，所述响应数据信息还包括学生通过学生客户端对所述学生手稿视频数据进行标记的学生标记数据。在所述步骤3中，所述学生客户端20通过第三摄像头在学生手稿有变化时采集所述学生手稿视频数据，并将其通过RTMFP网络协议发送至教师客户端和/或其它学生客户端；当学生通过学生客户端对采集到的学生手稿视频数据进行操作而生成所述学生标记数据时，学生客户端在每次操作停止时将当次生成的学生标记数据发送至教师客户端和/或其它学生客户端；所述教师客户端和/或其他学生客户端在接收到学生标记数据后，使其与学生手稿视频数据和之前接收到的学生标记数据合成，以与所述学生客户端同步显示相同的内容。

在所述步骤2中，所述教师客户端对授课数据信息的视频数据采用实时缩放方法进行采集，如图3所示，所述实时缩放方法包括如下步骤：

步骤202，按照当前窗口大小显示视频图像；

步骤203，获取显示帧率F，其中，所获取的显示帧率F可以是默认值，也可以是用户根据实际应用自行设定的值；

步骤205，在所述视频流中抓取图像；

另外，针对教师客户端10的所有信息交互方法均适用于学生客户端，在此不作一一说明。

综上所述仅为本发明较佳的实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化及修饰，皆应属于本发明的技术范畴。

Claims

1.一种用于教学的信息交互方法，其特征在于，包括针对教师的授课信息发送方法和针对学生的响应信息发送方法，其中，所述授课信息发送方法如下步骤：

步骤2：教师客户端通过为其配置的教师快拍仪采集包括教师视频和/或音频数据的授课数据信息，并将其通过RTMFP网络协议发送给学生客户端；所述教师客户端，所述教师快拍仪包括同步进行采集的第一和第二摄像头；所述教师视频数据包括通过第一摄像头采集的教师手稿视频数据和通过第二摄像头采集的教师动作视频数据；

所述响应信息发送方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的信息交互方法，其特征在于，

所述授课数据信息还包括教师通过教师客户端对所述教师手稿视频数据进行标记的教师标记数据；

3.根据权利要求1所述的信息交互方法，其特征在于，在所述步骤2中，所述教师客户端将教师视频和/或音频数据仅发送给部分学生客户端，每台接收到所述教师视频和/或音频数据的学生客户端负责将其发送给部分另外的未接收到所述教师视频和/或音频数据的学生客户端。

4.根据权利要求3所述的信息交互方法，其特征在于，所述授课数据信息还包括教师客户端根据教师的拍摄请求通过第一和第二摄像头采集的教师图片数据；在所述步骤2中，所述教师客户端将教师图片数据发送给所有的学生客户端。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的信息交互方法，其特征在于，在所述步骤3中，所述响应数据信息还包括学生通过学生客户端对所述学生手稿视频数据进行标记的学生标记数据；

6.根据权利要求1所述的信息交互方法，其特征在于，在所述步骤2中，所述教师客户端对教师视频数据采用实时缩放方法进行采集，所述实时缩放方法包括如下步骤：

步骤201,所述第一和第二摄像头获取高清视频流，每帧图像大小至少为1600×1200像素；

步骤202，按照当前窗口大小显示视频图像；

步骤204，每间隔1/F秒，取得当前缩放比率R和用户选定的缩放比率改变量△R；

步骤205，在所述视频流中抓取图像；

步骤206，按缩放比率R+△R调整图像大小，然后显示在当前窗口，并将超出窗口大小的部分裁掉。

7.根据权利要求1所述的信息交互方法，其特征在于，所述教师快拍仪包括竖直支架和连接在竖直支架上部的水平支架，所述第一和第二摄像头分别安装在水平和竖直支架上。