CN103905765A - 一种教学统计用智能录播系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种教学统计用智能录播系统，包括追踪采集单元、通信单元、储存单元、中央处理单元、教师控制面板及学生控制面板；所述中央处理单元的型号为80C51单片机。本发明通过对教室内学生坐标进行识别编码，中央处理单元解析获得应答学生的具体坐标位置，进而自动控制第二摄像云台和第二摄像机对应答学生进行追踪摄像；本发明还利用教师发起提问、学生应答、教师点名的步骤程序，准确记录课堂的提问节点及学生的应答比例，实现自动录播和智能统计的双结合。

Description

一种教学统计用智能录播系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种教学统计用智能录播系统及其工作方法，属于自动录播设备的技术领域。

背景技术

随着信息科技的发展，录播系统的自动化程度越来越被重视，该种形式的工作模式，不但节约了大量人力资源，而且有助于录播信息的网络存储和传播。

然而现有的录播系统还停滞于广角录播模式，其录播质量难以保证，因此就导致了录播信息源的利用率大大降低。

如，现有用于教学的录播系统，由于其需要录播的对象较多，因此多数场景下需要摄像人员辅助调整摄像角度和对焦，然而该摄像人员并不了解课程的布局设计，最终就会出现很多错拍、漏拍的情况。如果需要追求较好的录播效果，工作人员还需要与教师进行后期合作剪辑，大大增加了工作人员的劳动强度，并且教学课堂的原始教学效果也难以实时呈现。由上可知，现有的教学用录播系统操作繁琐，与高效高质的录播理念是相违背的。

而且，现有的录播设备也不能准确统计课堂的活跃指数：课堂的提问次数、学生的应答率；同时也不能针对课堂内容进行自动分节处理及部分视频提取。

综上，设计一种自动识别录播系统成为现今录播技术领域所需亟待解决的技术问题，同时要确保录播的音视频效果，还要增加人机对话，实现拍摄视频的自动分节，省去后期剪辑的繁琐步骤，该优点更适用于远程网络优质课的录制，为后续优质课的推广和评选工作带来了方便：如评选者如需对课堂的提问解答环节进行重点评分时，无需再拖动视频查找相关视频节点即可完成准确定位查看，极大节约了查看时间，更利于客观评价课程的优缺点。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种教学统计用智能录播系统。

本发明还提供一种上述教学统计用智能录播系统的工作方法。

本发明的技术方案如下：

一种教学统计用智能录播系统，包括追踪采集单元、通信单元、储存单元、中央处理单元、教师控制面板及学生控制面板；

所述追踪采集单元，包括教师摄像单元和学生摄像单元；所述教师摄像单元包括第一摄像云台和第一摄像机；所述学生摄像单元包括第二摄像云台和第二摄像机；所述第一摄像云台和第二摄像云台分别与中央处理单元相连，受所述中央处理单元控制实现对摄像角度的调整，所述第一摄像机和第二摄像机分别与中央处理单元相连，受所述中央处理单元控制实现对摄像对焦的调整；

所述通信单元包括外部通信网络和内部通信网络，所述外部通信网络将所述储存单元中存储的视频信息传输至万维网；

所述的教师控制面板包括提问指示按钮、点名按钮和应答结束按钮；所述的学生控制面板包括应答请求按钮和点名提示灯，当教师发出提问指示时，学生利用所述应答请求按钮进行应答，当教师选择某位学生进行应答，该学生的学生控制面板上的点名提示灯即会亮起；

所述内部通信网络与所述中央处理单元相连，辅助中央处理单元接收学生控制面板发出应答请求，所述教师控制面板通过中央处理单元和内部通信网络向所述学生控制面板发送提问指示；每个学生控制面板所发出的应答请求包括每个学生控制面板的识别编码；当学生利用学生控制面板发出应答请求时，则所述学生控制面板向所述中央处理单元发送其识别编码；所述识别编码通过内部通信网络传给所述中央处理单元，同时所述中央处理单元记录该次提问应答环节的应答学生的人数；

所述教师控制面板根据学生的应答请求，选择一位学生进行应答，即通过教师控制面板选择点名按钮，所述点名按钮对应所述的学生控制面板的识别编码；

所述的储存单元用于储存所述第一摄像机和第二摄像机的摄取视频文件；

所述的中央处理单元根据教室控制面板发来点名按钮所对应的识别编码控制所述第二摄像云台的旋转、第二摄像机的对焦，即实现对要发言的学生进行追踪摄像，同时，中央处理单元对在储存单元内的视频文件进行标记，标记出提问应答环节的开始时间，并累加记录一次提问；提问应答环节完毕后，教师选择应答结束按钮，所述中央处理单元根据教室控制面板发来应答结束按钮控制所述第二摄像云台和第二摄像机恢复初始状态，同时，中央处理单元对在储存单元内的视频文件进行标记，标记出提问应答环节的结束时间。

本发明通过对教室内学生坐标进行识别编码，中央处理单元解析获得应答学生的具体坐标位置，进而自动控制第二摄像云台和第二摄像机对应答学生进行追踪摄像；本发明还利用教师发起提问、学生应答、教师点名的步骤程序，准确记录课堂的提问节点及学生的应答比例，实现自动录播和智能统计的双结合。

根据本发明优选的，所述中央处理单元的型号为80C51单片机。

一种教学统计用智能录播系统的工作方法，包括步骤如下：

（1）安装

将所述第一摄像云台和第一摄像机安装在教室的后方，并将其正冲讲台，实现对教师进行正面摄像；

将所述第二摄像云台和第二摄像机安装在教室内，将其安装在室内的前方并将其对准所有学生，实现对学生进行摄像；

（2）建立坐标定位模型

在教室内建立坐标系：俯视教室平面图，所述教室前方位于教室平面图的底边，以所述教室平面图的左下角为坐标原点，沿原点指向所述教室平面图右下角的方向为x轴的正方向，沿原点指向所述教室平面图左上角的方向为y轴的正方向；

利用上述坐标系对教室内学生的学生控制面板坐标定位，每个学生控制面板为坐标格式为（xn，ym），其中（n，m）为该学生控制面板的识别编码，xn为学生控制面板距离y轴的距离，yn为学生控制面板距离x轴的距离；

（3）写入学生控制面板坐标和第二摄像机的坐标

在所述中央处理单元中写入所有学生控制面板的坐标（xn，ym）；所述第二摄像机的坐标为（X，0），其中X为所述第二摄像机与所述x轴的距离；

（4）启动所述教学统计用智能录播系统

第一摄像机和第二摄像机开始摄像，形成初始状态；

（5）追踪摄像及教学统计

当教师发出提问指示时，学生利用所述应答请求按钮进行应答，当教师选择某位学生进行应答，该学生的学生控制面板上的点名提示灯即会亮起；

所述内部通信网络与所述中央处理单元相连，辅助中央处理单元接收学生控制面板发出应答请求，所述教师控制面板通过中央处理单元和内部通信网络向所述学生控制面板发送提问指示；每个学生控制面板所发出的应答请求包括每个学生控制面板的识别编码；当学生利用学生控制面板发出应答请求时，则所述学生控制面板向所述中央处理单元发送其识别编码；所述识别编码通过内部通信网络传给所述中央处理单元，同时所述中央处理单元记录该次提问应答环节的应答学生的人数；

所述教师控制面板根据学生的应答请求，选择一位学生进行应答，即通过教师控制面板选择点名按钮，所述点名按钮对应所述的学生控制面板的识别编码；

所述的储存单元用于储存所述第一摄像机和第二摄像机的摄取视频文件；

所述的中央处理单元根据教室控制面板发来点名按钮所对应的识别编码控制所述第二摄像云台的旋转、第二摄像机的对焦，即实现对要发言的学生进行追踪摄像，同时，中央处理单元对在储存单元内的视频文件进行标记，标记出提问应答环节的开始时间，并累加记录一次提问；提问应答环节完毕后，教师选择应答结束按钮，所述中央处理单元根据教室控制面板发来应答结束按钮控制所述第二摄像云台和第二摄像机恢复初始状态，同时，中央处理单元对在储存单元内的视频文件进行标记，标记出提问应答环节的结束时间；

所述所述的中央处理单元根据教师控制面板发来点名按钮所对应的识别编码，控制所述第二摄像云台的旋转、第二摄像机的对焦的步骤如下：

所述中央处理单元通过教师点名按钮对应的识别编码（n，m），自动搜索与该识别编码（n，m）对应的学生面板坐标（xn，ym）；

所述中央处理单元计算所述第二摄像机拍摄方向与x轴的夹角θ，θ满足以下条件：

tanθ=ym/|xn-X|；

当xn-X＞0时，所述第二摄像机拍摄方向与x轴正方向的夹角为θ；

当xn-X＜0时，所述第二摄像机拍摄方向与x轴负方向的夹角为θ；

当xn-X＝0时，所述第二摄像机拍摄方向与x轴的夹角为θ=90°；

所述中央处理单元计算所述第二摄像摄像机与目标听众的距离s：

$s=\sqrt{{(\mathrm{xn}-X)}^2+{\left(\mathrm{ym}\right)}^2}$

所述中央处理单元通过s控制所述第二摄像摄像机对所述要发言的学生进行对焦，即自动控制第二摄像云台和第二摄像机对目标听众进行追踪摄像；

当要发言的学生的人数大于或等于2个时，所述所述第二摄像机云台和第二摄像机不动作。

本发明的优势在于：

本发明通过对教室内学生坐标进行识别编码，中央处理单元解析获得应答学生的具体坐标位置，进而自动控制第二摄像云台和第二摄像机对应答学生进行追踪摄像；本发明还利用教师发起提问、学生应答、教师点名的步骤程序，准确记录课堂的提问节点及学生的应答比例，实现自动录播和智能统计的双结合。

本发明的运算步骤简单，无需占用大量内存，适合长期循环使用。操作简练，安装快捷，适合多种教学或会议录播场合。大大降低录播的人工成本，精准高效制作摄像文件。

附图说明

图1是本发明所述系统的布局图。

在图1中，1、讲台；2、教室；2-1、教室的前方；2-2、教室的后方；3、学生控制面板；4、第一摄像云台；5、第一摄像机；6、第二摄像云台；7、第二摄像机。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做详细的说明书，但不限于此。

如图1所示。

实施例1、

一种教学统计用智能录播系统，包括追踪采集单元、通信单元、储存单元、中央处理单元、教师控制面板及学生控制面板；

所述追踪采集单元，包括教师摄像单元和学生摄像单元；所述教师摄像单元包括第一摄像云台和第一摄像机；所述学生摄像单元包括第二摄像云台和第二摄像机；所述第一摄像云台和第二摄像云台分别与中央处理单元相连，受所述中央处理单元控制实现对摄像角度的调整，所述第一摄像机和第二摄像机分别与中央处理单元相连，受所述中央处理单元控制实现对摄像对焦的调整；

所述通信单元包括外部通信网络和内部通信网络，所述外部通信网络将所述储存单元中存储的视频信息传输至万维网；

所述的教师控制面板包括提问指示按钮、点名按钮和应答结束按钮；所述的学生控制面板包括应答请求按钮和点名提示灯，当教师发出提问指示时，学生利用所述应答请求按钮进行应答，当教师选择某位学生进行应答，该学生的学生控制面板上的点名提示灯即会亮起；

所述内部通信网络与所述中央处理单元相连，辅助中央处理单元接收学生控制面板发出应答请求，所述教师控制面板通过中央处理单元和内部通信网络向所述学生控制面板发送提问指示；每个学生控制面板所发出的应答请求包括每个学生控制面板的识别编码；当学生利用学生控制面板发出应答请求时，则所述学生控制面板向所述中央处理单元发送其识别编码；所述识别编码通过内部通信网络传给所述中央处理单元，同时所述中央处理单元记录该次提问应答环节的应答学生的人数；

所述教师控制面板根据学生的应答请求，选择一位学生进行应答，即通过教师控制面板选择点名按钮，所述点名按钮对应所述的学生控制面板的识别编码；

所述的储存单元用于储存所述第一摄像机和第二摄像机的摄取视频文件；

所述的中央处理单元根据教室控制面板发来点名按钮所对应的识别编码控制所述第二摄像云台的旋转、第二摄像机的对焦，即实现对要发言的学生进行追踪摄像，同时，中央处理单元对在储存单元内的视频文件进行标记，标记出提问应答环节的开始时间，并累加记录一次提问；提问应答环节完毕后，教师选择应答结束按钮，所述中央处理单元根据教室控制面板发来应答结束按钮控制所述第二摄像云台和第二摄像机恢复初始状态，同时，中央处理单元对在储存单元内的视频文件进行标记，标记出提问应答环节的结束时间。

所述中央处理单元的型号为80C51单片机。

实施例2、

一种如实施例1所述教学统计用智能录播系统的工作方法，包括步骤如下：

（1）安装

将所述第一摄像云台和第一摄像机安装在教室的后方，并将其正冲讲台，实现对教师进行正面摄像；

将所述第二摄像云台和第二摄像机安装在教室内，将其安装在室内的前方并将其对准所有学生，实现对学生进行摄像；

（2）建立坐标定位模型

在教室内建立坐标系：俯视教室平面图，所述教室前方位于教室平面图的底边，以所述教室平面图的左下角为坐标原点，沿原点指向所述教室平面图右下角的方向为x轴的正方向，沿原点指向所述教室平面图左上角的方向为y轴的正方向；

利用上述坐标系对教室内学生的学生控制面板坐标定位，每个学生控制面板为坐标格式为（xn，ym），其中（n，m）为该学生控制面板的识别编码，xn为学生控制面板距离y轴的距离，yn为学生控制面板距离x轴的距离；

（3）写入学生控制面板坐标和第二摄像机的坐标

在所述中央处理单元中写入所有学生控制面板的坐标（xn，ym）；所述第二摄像机的坐标为（X，0），其中X为所述第二摄像机与所述x轴的距离；

（4）启动所述教学统计用智能录播系统

第一摄像机和第二摄像机开始摄像，形成初始状态；

（5）追踪摄像及教学统计

当教师发出提问指示时，学生利用所述应答请求按钮进行应答，当教师选择某位学生进行应答，该学生的学生控制面板上的点名提示灯即会亮起；

所述内部通信网络与所述中央处理单元相连，辅助中央处理单元接收学生控制面板发出应答请求，所述教师控制面板通过中央处理单元和内部通信网络向所述学生控制面板发送提问指示；每个学生控制面板所发出的应答请求包括每个学生控制面板的识别编码；当学生利用学生控制面板发出应答请求时，则所述学生控制面板向所述中央处理单元发送其识别编码；所述识别编码通过内部通信网络传给所述中央处理单元，同时所述中央处理单元记录该次提问应答环节的应答学生的人数；

所述教师控制面板根据学生的应答请求，选择一位学生进行应答，即通过教师控制面板选择点名按钮，所述点名按钮对应所述的学生控制面板的识别编码；

所述的储存单元用于储存所述第一摄像机和第二摄像机的摄取视频文件；

所述的中央处理单元根据教室控制面板发来点名按钮所对应的识别编码控制所述第二摄像云台的旋转、第二摄像机的对焦，即实现对要发言的学生进行追踪摄像，同时，中央处理单元对在储存单元内的视频文件进行标记，标记出提问应答环节的开始时间，并累加记录一次提问；提问应答环节完毕后，教师选择应答结束按钮，所述中央处理单元根据教室控制面板发来应答结束按钮控制所述第二摄像云台和第二摄像机恢复初始状态，同时，中央处理单元对在储存单元内的视频文件进行标记，标记出提问应答环节的结束时间；

所述所述的中央处理单元根据教师控制面板发来点名按钮所对应的识别编码，控制所述第二摄像云台的旋转、第二摄像机的对焦的步骤如下：

所述中央处理单元通过教师点名按钮对应的识别编码（n，m），自动搜索与该识别编码（n，m）对应的学生面板坐标（xn，ym）；

所述中央处理单元计算所述第二摄像机拍摄方向与x轴的夹角θ，θ满足以下条件：

tanθ=ym/|xn-X|；

当xn-X＞0时，所述第二摄像机拍摄方向与x轴正方向的夹角为θ，如图1中，当第二摄像机对坐标为（x3，y1）的座椅进行摄像时，x3-X＞0，所述第二摄像机拍摄方向与x轴正方向的夹角为θ1；

当xn-X＜0时，所述第二摄像机拍摄方向与x轴负方向的夹角为θ，如图1中，当第二摄像机对坐标为（x1，y1）的座椅进行摄像时，x1-X＜0，所述第二摄像机拍摄方向与x轴负方向的夹角为θ2；

当xn-X＝0时，所述第二摄像机拍摄方向与x轴的夹角为θ=90°，如图1中，当第二摄像机对坐标为（x2，y1）的座椅进行摄像时，x1-X=0，所述第二摄像机拍摄方向与x轴的夹角为θ=90°

所述中央处理单元计算所述第二摄像摄像机与目标听众的距离s：

$s=\sqrt{{(\mathrm{xn}-X)}^2+{\left(\mathrm{ym}\right)}^2}$

所述中央处理单元通过s控制所述第二摄像摄像机对所述要发言的学生进行对焦，即自动控制第二摄像云台和第二摄像机对目标听众进行追踪摄像；

当要发言的学生的人数大于或等于2个时，所述所述第二摄像机云台和第二摄像机不动作。

Claims (3)

1.一种教学统计用智能录播系统，其特征在于，该系统包括追踪采集单元、通信单元、储存单元、中央处理单元、教师控制面板及学生控制面板；

所述追踪采集单元，包括教师摄像单元和学生摄像单元；所述教师摄像单元包括第一摄像云台和第一摄像机；所述学生摄像单元包括第二摄像云台和第二摄像机；所述第一摄像云台和第二摄像云台分别与中央处理单元相连，受所述中央处理单元控制实现对摄像角度的调整，所述第一摄像机和第二摄像机分别与中央处理单元相连，受所述中央处理单元控制实现对摄像对焦的调整；

所述通信单元包括外部通信网络和内部通信网络，所述外部通信网络将所述储存单元中存储的视频信息传输至万维网；

所述的教师控制面板包括提问指示按钮、点名按钮和应答结束按钮；所述的学生控制面板包括应答请求按钮和点名提示灯，当教师发出提问指示时，学生利用所述应答请求按钮进行应答，当教师选择某位学生进行应答，该学生的学生控制面板上的点名提示灯即会亮起；

所述内部通信网络与所述中央处理单元相连，辅助中央处理单元接收学生控制面板发出应答请求，所述教师控制面板通过中央处理单元和内部通信网络向所述学生控制面板发送提问指示；每个学生控制面板所发出的应答请求包括每个学生控制面板的识别编码；当学生利用学生控制面板发出应答请求时，则所述学生控制面板向所述中央处理单元发送其识别编码；所述识别编码通过内部通信网络传给所述中央处理单元，同时所述中央处理单元记录该次提问应答环节的应答学生的人数；

所述教师控制面板根据学生的应答请求，选择一位学生进行应答，即通过教师控制面板选择点名按钮，所述点名按钮对应所述的学生控制面板的识别编码；

所述的储存单元用于储存所述第一摄像机和第二摄像机的摄取视频文件；

所述的中央处理单元根据教室控制面板发来点名按钮所对应的识别编码控制所述第二摄像云台的旋转、第二摄像机的对焦，即实现对要发言的学生进行追踪摄像，同时，中央处理单元对在储存单元内的视频文件进行标记，标记出提问应答环节的开始时间，并累加记录一次提问；提问应答环节完毕后，教师选择应答结束按钮，所述中央处理单元根据教室控制面板发来应答结束按钮控制所述第二摄像云台和第二摄像机恢复初始状态，同时，中央处理单元对在储存单元内的视频文件进行标记，标记出提问应答环节的结束时间。

2.如权利要求1所述的一种教学统计用智能录播系统，其特征在于，所述中央处理单元的型号为80C51单片机。

3.一种如权利要求1所述的教学统计用智能录播系统的工作方法，包括步骤如下：

（1）安装

将所述第一摄像云台和第一摄像机安装在教室的后方，并将其正冲讲台，实现对教师进行正面摄像；

将所述第二摄像云台和第二摄像机安装在教室内，将其安装在室内的前方并将其对准所有学生，实现对学生进行摄像；

（2）建立坐标定位模型

在教室内建立坐标系：俯视教室平面图，所述教室前方位于教室平面图的底边，以所述教室平面图的左下角为坐标原点，沿原点指向所述教室平面图右下角的方向为x轴的正方向，沿原点指向所述教室平面图左上角的方向为y轴的正方向；

利用上述坐标系对教室内学生的学生控制面板坐标定位，每个学生控制面板为坐标格式为（xn，ym），其中（n，m）为该学生控制面板的识别编码，xn为学生控制面板距离y轴的距离，yn为学生控制面板距离x轴的距离；

（3）写入学生控制面板坐标和第二摄像机的坐标

在所述中央处理单元中写入所有学生控制面板的坐标（xn，ym）；所述第二摄像机的坐标为（X，0），其中X为所述第二摄像机与所述x轴的距离；

（4）启动所述教学统计用智能录播系统

第一摄像机和第二摄像机开始摄像，形成初始状态；

（5）追踪摄像及教学统计

当教师发出提问指示时，学生利用所述应答请求按钮进行应答，当教师选择某位学生进行应答，该学生的学生控制面板上的点名提示灯即会亮起；

所述内部通信网络与所述中央处理单元相连，辅助中央处理单元接收学生控制面板发出应答请求，所述教师控制面板通过中央处理单元和内部通信网络向所述学生控制面板发送提问指示；每个学生控制面板所发出的应答请求包括每个学生控制面板的识别编码；当学生利用学生控制面板发出应答请求时，则所述学生控制面板向所述中央处理单元发送其识别编码；所述识别编码通过内部通信网络传给所述中央处理单元，同时所述中央处理单元记录该次提问应答环节的应答学生的人数；

所述教师控制面板根据学生的应答请求，选择一位学生进行应答，即通过教师控制面板选择点名按钮，所述点名按钮对应所述的学生控制面板的识别编码；

所述的储存单元用于储存所述第一摄像机和第二摄像机的摄取视频文件；

所述的中央处理单元根据教室控制面板发来点名按钮所对应的识别编码控制所述第二摄像云台的旋转、第二摄像机的对焦，即实现对要发言的学生进行追踪摄像，同时，中央处理单元对在储存单元内的视频文件进行标记，标记出提问应答环节的开始时间，并累加记录一次提问；提问应答环节完毕后，教师选择应答结束按钮，所述中央处理单元根据教室控制面板发来应答结束按钮控制所述第二摄像云台和第二摄像机恢复初始状态，同时，中央处理单元对在储存单元内的视频文件进行标记，标记出提问应答环节的结束时间；

所述所述的中央处理单元根据教师控制面板发来点名按钮所对应的识别编码，控制所述第二摄像云台的旋转、第二摄像机的对焦的步骤如下：

所述中央处理单元通过教师点名按钮对应的识别编码（n，m），自动搜索与该识别编码（n，m）对应的学生面板坐标（xn，ym）；

所述中央处理单元计算所述第二摄像机拍摄方向与x轴的夹角θ，θ满足以下条件：

tanθ=ym/|xn-X|；

当xn-X＞0时，所述第二摄像机拍摄方向与x轴正方向的夹角为θ；

当xn-X＜0时，所述第二摄像机拍摄方向与x轴负方向的夹角为θ；

当xn-X＝0时，所述第二摄像机拍摄方向与x轴的夹角为θ=90°；

所述中央处理单元计算所述第二摄像摄像机与目标听众的距离s：

$s=\sqrt{{(\mathrm{xn}-X)}^2+{\left(\mathrm{ym}\right)}^2}$

所述中央处理单元通过s控制所述第二摄像摄像机对所述要发言的学生进行对焦，即自动控制第二摄像云台和第二摄像机对目标听众进行追踪摄像；

当要发言的学生的人数大于或等于2个时，所述所述第二摄像机云台和第二摄像机不动作。

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