CN107067845A - 一种基于视频叠加技术的远程教学交互系统及方法 - Google Patents

一种基于视频叠加技术的远程教学交互系统及方法 Download PDF

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张裕坚
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Abstract

本发明公开了一种基于视频叠加技术的远程教学交互系统及方法。本发明通过对电子白板显示屏的显示状态进行分时复用，在透明拍摄状态和不透明显示状态高频切换，实现白板内容的显示和对操作场景的最佳角度录像，并对视频进行传输，在学习端电子白板叠加显示，从而实现白板内容和操作场景的同步实时交互，进而有效增强教学沟通交互体验。而且本发明相对于多摄像头会议电话系统实施成本低，具有良好的经济和社会效益。本发明可广泛应用于各种基于电子白板的教学交互系统。

Description

一种基于视频叠加技术的远程教学交互系统及方法
技术领域
本发明涉及实时教学互动技术领域，尤其涉及一种远程教学交互系统及方法。
背景技术
实时教学互动设备是指利用音视频远程传输技术，实现音频或图像视频的实时传输以及呈现。
现有技术中，实时教学互动设备常用电子白板实现教学交互。然而，电子白板只能看到操作结果，用户的操作情景丢失（操作动作、方式），不能同时展现白板内容和操作者的姿态信息，沟通场景被分割，沟通效果跟面对面同地点交流差别太大，没有面对面的体验。
现有技术中，也有通过视频电话会议系统实现教学交互。然而，视频电话会议系统要么只有一个静态摄像头，一个视角，很难多角度获取讲解人的手部操作场景；要么需要多个摄像机多角度录像，增加系统成本。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种可同时展现白板内容和操作者的姿态信息的远程教学交互系统及方法。
本发明所采用的技术方案是：
一种基于视频叠加技术的远程教学交互系统，包括教授端电子白板、信号传输网络和学习端电子白板，所述教授端电子白板通过信号传输网络与学习端电子白板通信连接；所述教授端电子白板和学习端电子白板均包括以下特征：电子触摸显示屏，所述电子触摸显示屏按第一频率在透明工作状态与非透明工作状态之间切换；所述非透明工作状态时电子显示屏显示教学内容；摄像头，所述摄像头设置在电子触摸显示屏背后正对着电子触摸显示屏，用于采集视频信号；处理模块，所述处理模块的输出端与电子触摸显示屏的输入端连接，用于控制电子触摸显示屏的显示状态和显示内容，所述处理模块与摄像头连接，用于将摄像头采集的视频信号和教学内容信号叠加后传输到通信模块；通信模块，所述通信模块与处理模块连接，用于与信号传输网络通信。摄像头设置在电子触摸显示屏背后中间，可从最佳的角度拍摄到操作者的手部操作，而不受阻挡（如操作者身体的阻挡）。优选的，所述第一频率为50Hz至100Hz。由于电子显示屏闪烁频率高，人眼观看电子触摸显示屏的时候只会看到白板内容。
优选的，所述处理模块用于按照第一频率对摄像头采集到的视频数据流在时间周期上取舍，丢弃不采用的视频数据流。通过处理模块按照第一频率对摄像头采集到的视频数据流在时间周期上取舍，丢弃不采用的视频数据流，降低视频数据流的传输所需带宽资源的能耗。
优选的，所述教授端电子白板或学习端电子白板还包括背板，所述摄像头设置在背板中间位置。
优选的，所述电子触摸显示屏为可触摸液晶显示屏。
优选的，所述电子触摸显示屏前方设置有屏幕保护玻璃。
一种基于视频叠加技术的远程教学交互方法，包括步骤：S1，使电子白板的电子触摸显示屏按第一频率在透明工作状态与非透明工作状态之间切换；当电子触摸显示屏在透明工作状态时，利用电子触摸显示屏背后的摄像头透过电子触摸显示屏采集视频信号；当电子触摸显示屏在非透明工作状态时，电子触摸显示屏显示教学内容；S2, 将摄像头采集的视频信号和教学内容信号叠加后上传。
优选的，所述步骤S1还包括子步骤：S11，按照第一频率对摄像头采集到的视频数据流在时间周期上取舍，丢弃不采用的视频数据流。
优选的，所述电子触摸显示屏为可触摸液晶显示屏。
优选的，所述电子触摸显示屏前方设置有屏幕保护玻璃。
本发明的有益效果是：
本发明通过对电子白板显示屏的显示状态进行分时复用，在透明拍摄状态和不透明显示状态高频切换，实现白板内容的显示和对操作场景的最佳角度录像，并对视频进行传输，在学习端电子白板叠加显示，从而实现白板内容和操作场景的同步实时交互，进而有效增强教学沟通交互体验。而且本发明相对于多摄像头会议电话系统实施成本低，具有良好的经济和社会效益。
本发明还通过按照第一频率对摄像头采集到的视频数据流在时间周期上取舍，丢弃不采用的视频数据流，实现降低视频数据流的传输所需带宽资源的能耗的有益效果。
本发明可广泛应用于各种基于电子白板的教学交互系统。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
图1是本发明一种实施例的电路框图；
图2是本发明一种实施例教授端电子白板/学习端电子白板的部分结构爆炸示意图；
图3是本发明一种实施例电子触摸显示屏和处理器对摄像头视频数据流的采集状态对应时序示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
如图１和图２所示，一种基于视频叠加技术的远程教学交互系统，包括教授端电子白板、信号传输网络和学习端电子白板，教授端电子白板通过信号传输网络与学习端电子白板通信连接；教授端电子白板和学习端电子白板均包括以下特征：电子触摸显示屏1，电子触摸显示屏1按第一频率在透明工作状态与非透明工作状态之间切换；非透明工作状态时电子显示屏1显示教学内容；摄像头2，摄像头2设置在电子触摸显示屏1背后正对着电子触摸显示屏1，用于采集视频信号；处理模块，处理模块的输出端与电子触摸显示屏1的输入端连接，用于控制电子触摸显示屏1的显示状态和显示内容，处理模块与摄像头2连接，用于将摄像头2采集的视频信号和教学内容信号叠加后传输到通信模块；通信模块，通信模块与处理模块连接，用于与信号传输网络通信。摄像头2设置在电子触摸显示屏1背后中间，可从最佳的角度拍摄到操作者的手部操作，而不受阻挡（如操作者身体的阻挡）。处理模块按照第一频率对摄像头采集到的视频数据流在时间周期上取舍，丢弃不采用的视频数据流，如图3所示。教授端电子白板和学习端电子白板均包括背板3，摄像头2设置在背板3中间位置。电子触摸显示屏1为可触摸液晶显示屏1。电子白板还包括框架5，电子触摸显示屏1和背板3分别设置在框架5的前后两端，电子触摸显示屏1前方设置有屏幕保护玻璃4。信号传输网络为因特网。
本实施例中，第一频率采用50Hz。由于电子显示屏1闪烁频率高，人眼观看电子触摸显示屏1的时候只会看到白板内容。通过处理模块控制摄像头2的视频数据流的取舍状态，同时可降低视频数据流的传输所需带宽资源。
实际使用过程中，操作者站在教授端电子白板前方，对电子触摸显示屏1显示的白板内容进行操控和讲解，教授端电子白板的摄像头2在电子触摸显示屏1透明的状态下拍摄操作者的视频，并和白板内容同步对应叠加后，通过信号传输网络传输到学习端电子白板，学习端电子白板的电子触摸显示屏1显示的是带有操作者操作动作的白板内容，从而实现白板内容和操作场景的同步实时交互，进而有效增强教学沟通交互体验。本实施例教授端电子白板和学习端电子白板结构相同，可互为教学，其实现过程如上所述。
实际操作过程中，老师端操作的时候，可将教授端电子白板的视频数据流、教学内容的变化信号（相对于前一视频数据流、教学内容的变化信号）传输到学习端电子白板；学生端操作的时候，可将学习端电子白板的视频流、教学内容变化信号（相对于前一视频数据流、教学内容的变化信号）传输到教授端电子白板。这样可以节约网络传输带宽资源。
实施例2
一种基于视频叠加技术的远程教学交互方法，包括步骤：S1，使电子白板的电子触摸显示屏按第一频率在透明工作状态与非透明工作状态之间切换；当电子触摸显示屏在透明工作状态时，利用电子触摸显示屏背后的摄像头透过电子触摸显示屏采集视频信号；当电子触摸显示屏在非透明工作状态时，电子触摸显示屏显示教学内容；S2, 将摄像头采集的视频信号和教学内容信号叠加后上传。S3，电子白板接收其它电子白板传输过来的视频信号和教学内容信号，并置底显示视频信号和教学内容信号中的一种信号，另一种信号按0%～100%的透明度叠加显示。如可将视频流信号置底显示（用户选择），教学内容信号按0%～100%的透明度叠加显示；也可以教学内容置底显示（用户选择），视频信号按0%～100%的透明度叠加显示。实现同时展现白板教学内容和操作者的姿态信息(视频信号)的有益效果。
本实施例中，步骤S1还包括子步骤：S11，按照第一频率对摄像头采集到的视频数据流在时间周期上取舍，丢弃不采用的视频数据流。
如图2所示，本实施例中，电子触摸显示屏1为可触摸液晶显示屏1。电子白板还包括框架5，电子触摸显示屏1和背板3分别设置在框架5的前后两端，电子触摸显示屏1前方设置有屏幕保护玻璃4。
本发明通过对电子白板显示屏1的显示状态进行分时复用，在透明拍摄状态和不透明显示状态高频切换，实现白板内容的显示和对操作场景的最佳角度录像，并对视频进行传输，在学习端电子白板叠加显示，从而实现白板内容和操作场景的同步实时交互，进而有效增强教学沟通交互体验。而且本发明相对于多摄像头2会议电话系统实施成本低，具有良好的经济和社会效益。
本发明还通过对摄像头2视频数据流取舍状态的开关控制，实现降低视频数据流的传输所需带宽资源的有益效果。
本发明可广泛应用于各种基于电子白板的教学交互系统。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种基于视频叠加技术的远程教学交互系统，其特征在于，包括教授端电子白板、信号传输网络和学习端电子白板，所述教授端电子白板通过信号传输网络与学习端电子白板通信连接；
所述教授端电子白板和学习端电子白板均包括以下特征：
电子触摸显示屏，所述电子触摸显示屏按第一频率在透明工作状态与非透明工作状态之间切换；所述非透明工作状态时电子显示屏显示教学内容；
摄像头，所述摄像头设置在电子触摸显示屏背后正对着电子触摸显示屏，用于采集视频信号；
处理模块，所述处理模块的输出端与电子触摸显示屏的输入端连接，用于控制电子触摸显示屏的显示状态和显示内容，所述处理模块与摄像头连接，用于将摄像头采集的视频信号和教学内容信号传输到通信模块；
通信模块，所述通信模块与处理模块连接，用于与信号传输网络通信。
2.根据权利要求1所述的一种基于视频叠加技术的远程教学交互系统，其特征在于，所述处理模块用于按照第一频率对摄像头采集到的视频数据流在时间周期上取舍，丢弃不采用的视频数据流。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于视频叠加技术的远程教学交互系统，其特征在于，所述教授端电子白板或学习端电子白板还包括背板，所述摄像头设置在背板中间位置。
4.根据权利要求3所述的一种基于视频叠加技术的远程教学交互系统，其特征在于，所述电子触摸显示屏为可触摸液晶显示屏。
5.根据权利要求1、2或4所述的一种基于视频叠加技术的远程教学交互系统，其特征在于，所述电子触摸显示屏前方设置有屏幕保护玻璃。
6.一种基于视频叠加技术的远程教学交互方法，其特征在于，包括步骤：
S1，使电子白板的电子触摸显示屏按第一频率在透明工作状态与非透明工作状态之间切换；当电子触摸显示屏在透明工作状态时，利用电子触摸显示屏背后的摄像头透过电子触摸显示屏采集视频信号；当电子触摸显示屏在非透明工作状态时，电子触摸显示屏显示教学内容；
S2, 将摄像头采集的视频信号和教学内容信号上传。
7.根据权利要求6所述的一种基于视频叠加技术的远程教学交互方法，其特征在于，所述步骤S1还包括子步骤：
S11，按照第一频率对摄像头采集到的视频数据流在时间周期上取舍，丢弃不采用的视频数据流。
8.根据权利要求6或7所述的一种基于视频叠加技术的远程教学交互方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：
S3，电子白板接收其它电子白板传输过来的视频信号和教学内容信号，并置底显示视频信号和教学内容信号中的一种信号，另一种信号按0%～100%的透明度叠加显示。
9.根据权利要求8所述的一种基于视频叠加技术的远程教学交互方法，其特征在于，所述电子触摸显示屏为可触摸液晶显示屏。
10.根据权利要求6、7或9所述的一种基于视频叠加技术的远程教学交互方法，其特征在于，所述电子触摸显示屏前方设置有屏幕保护玻璃。
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