CN107203953A - 一种基于互联网、表情识别和语音识别的教学系统及其实现方法 - Google Patents

一种基于互联网、表情识别和语音识别的教学系统及其实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于互联网、表情识别和语音识别的教学系统及其实现方法，实现方法包括：S1、第一终端进行教学课程内容播放；S2、播放中，采集用户的视频数据信息、语音数据信息和用户操作；S3、发送至主控处理器；S4、主控处理器提取用户面部特征和发音特征送入分析处理器；S5、分析处理器将面部特征和发音特征分别与标准模板进行比较；S6、主控处理器根据用户当前操作和分析处理器的反馈，动态调整播放的教学课程的内容或/和教学流程，或通过云平台实时发送比较结果至第二终端。本发明是一款具有移动性、娱乐性和社交性等特点的教学软件，可以提供给学生课外随时随地自学的机会，辅助真人在线教学模式，从而改进传统的对外汉语教学模式。

Description

一种基于互联网、表情识别和语音识别的教学系统及其实现 方法
技术领域
本发明涉及一种基于互联网、表情识别和语音识别的教学系统及其实现方法。属于教学领域。
背景技术
在线学习现在虽然越来越普及，可是对于学习状态和效果的监控，是提高教学质量的重要环节，充分了解学生学习时的反应，才能保证高质量的教学水平。现有教学软件对用户的行为分析还很原始，都是基于对界面的操作来进行，此种方式不能够准确把握学习者的状态，也无法做到有效及时的调整。因此，如何利用基于表情识别技术和语音识别技术来对用户的学习过程进行精确采样和智能分析与评价，是值得研究和开发的课题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种基于互联网、表情识别和语音识别的教学系统。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于互联网、表情识别和语音识别的教学系统，包括云平台、第一终端、第二终端、分析处理器、主控处理器；
云平台，用于从该云平台下载与用户身份对应的教学课程至内容呈现模块，并保存用户信息至数据库；
第一终端包括以下模块；
内容呈现模块，将下载的教学课程的内容和用户的三维头像呈现给用户；
音频播放模块，将教学课程的录音和用户的语音播放出来；
视频信息采集模块，在教学课程播放时采集用户的视频数据信息；
语音信息采集模块，在教学课程播放时采集用户的语音数据信息；
用户输入模块，收集用户的操作信息；
分析处理器，获取用户的视频数据信息中的面部特征和语音数据信息中的发音特征并与数据库中的标准模板进行比较，并将比较结果发送至主控处理器；
主控处理器，对用户视频数据信息和语音数据信息进行预处理，提取用户面部特征和发音特征发送至分析处理器，并根据当前用户操作和分析处理器返回的比较结果动态调整显示的教学课程的内容或/和教学流程，或实时发送比较结果至云平台；
第二终端，与云平台通信，实时获取比较结果信息。
具体地，所述内容呈现模块为第一终端的屏幕；音频播放模块为第一终端的扬声器；视频信息采集模块为第一终端的摄像头；语音信息采集模块为第一终端的语音采集器；用户输入模块为第一终端的键盘或触摸屏。
进一步地，所述第一终端和第二终端均为电脑、手机或平板电脑。
一种基于互联网、表情识别和语音识别的教学系统，还包括统计模块，用于统计用户的历史学习信息，并存储在数据库中。
一种基于互联网、表情识别和语音识别的教学系统的实现方法，包括如下步骤：
S1、第一终端进行教学课程内容播放；
S2、播放中，视频信息采集模块采集用户的视频数据信息，语音信息采集模块采集用户的语音数据信息，用户输入模块采集用户操作；
S3、将采集的视频数据信息和语音数据信息解码后发送至主控处理器；
S4、主控处理器进行预处理，提取用户面部特征和发音特征送入分析处理器；
S5、分析处理器将面部特征和发音特征分别与数据库中的标准模板进行比较，并将比较结果反馈至主控处理器；
S6、主控处理器根据用户当前操作和分析处理器的反馈，动态调整播放的教学课程的内容或/和教学流程，或通过云平台实时发送比较结果至第二终端。
一种基于互联网、表情识别和语音识别的教学系统的实现方法，还包括如下步骤：
S7、将用户的视频数据信息、语音数据信息、操作信息、发生的时间及主控处理器相应的处理结果通过网络传输存储至云平台；
S8、统计用户的历史学习信息并存储在数据库中。
具体地，所述步骤S5中，面部特征与数据库中标准模板进行比较，得出愉快、不耐烦、疑惑、失望、疲劳、兴奋、期待、生气或反感的表情；
发音特征与数据库中标准模板进行比较，判断是否进行发音评测或/和语音识别，若是，则进行相应操作，并得出语音评测的分值或/和语音识别的结果、可信度，可信度具体是指机器对自己识别出来的结果的准确性判断。
进一步地，所述采集的视频数据信息包括用户的性别、年龄、人种和面部表情信息；所述采集的音频数据信息包括声波、声纹。
再进一步地，所述步骤S6中，主控处理器执行以下处理方式：
A、当检测到用户一直表现出愉快、兴奋或期待的表情时，主控处理器加快播放的进度；
B、当检测到用户表现出疑惑的表情时，主控处理器减低播放的进度，并且重复播放已播放的内容；
C、若检测到用户进一步表现出失望、不耐烦或疲劳的表情时，主控处理器更换播放内容，或播放音乐，或进入游戏界面，或进入聊天界面，或播放结束；
D、若检测到用户表现出生气、反感的表情时，主控处理器停止播放当前内容，并在主控处理器处于在线教学模式下，自动匹配其他教学课程。
再进一步地，用户可将学习状态分享给其他用户，或者发布至其他社交系统。
再进一步地，当主控处理器处于在线教学模式下，将采集的多个用户视频数据信息中的面部三维模型和语音数据信息压缩后通过网络传送给对方，并且解压收到的数据后还原同步显示播放。
再进一步地，所述用户可根据年龄、性别、所在位置、语言能力、兴趣、教学水平、课程定价、课程内容、授课时间搜索在线教学课程，系统自动匹配教学课程进行播放。
另外，在教学课程内容播放以前，用户在云平台上进行注册并登录，主控处理器根据面部特征实时检测用户身份，当检测到当前用户与登录用户不匹配时，主控处理器暂停播放。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明利用云平台，结合终端设备，是一款具有移动性、娱乐性和社交性等特点的教学软件，可以提供给学生课外随时随地自学的机会，辅助真人在线教学模式，从而改进传统的对外汉语教学模式。
(2)本发明通过面部特征识别功能实时检测当前用户是否为登录用户，若不是，则暂停教学，保证学习者的真实性和学习的一惯性。
(3)本发明通过语音识别功能实时验证学习者的发音是否达到一定的标准，能否准确回答系统预设的一些问题，有效验证学习的效果。
(4)本发明通过面部特征识别功能进行微表情分析，实时把握学习者情绪的变化，并且及时调整学习内容和教学流程。
(5)本发明通过面部三维建模，可以将用户的虚拟形象展示给网上的朋友，进行在线授课的时候，也可以大幅度降低网络的流量。
附图说明
图1为本发明的系统框图。
图2为本发明的逻辑流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例1
如图1所示，一种基于互联网、表情识别和语音识别的教学系统，包括云平台、第一终端、第二终端、分析处理器、主控处理器；
云平台，用于从该云平台下载与用户身份对应的教学课程至内容呈现模块，并保存用户信息至数据库；
第一终端包括以下模块；
内容呈现模块，将下载的教学课程的内容和用户的三维头像呈现给用户；
音频播放模块，将教学课程的录音和用户的语音播放出来；
视频信息采集模块，在教学课程播放时采集用户的视频数据信息；
语音信息采集模块，在教学课程播放时采集用户的语音数据信息；
用户输入模块，收集用户的操作信息；
分析处理器，获取用户的视频数据信息中的面部特征和语音数据信息中的发音特征并与数据库中的标准模板进行比较，并将比较结果发送至主控处理器；
主控处理器，对用户视频数据信息和语音数据信息进行预处理，提取用户面部特征和发音特征发送至分析处理器，并根据当前用户操作和分析处理器返回的比较结果动态调整显示的教学课程的内容或/和教学流程，或实时发送比较结果至云平台；
第二终端，与云平台通信，实时获取比较结果信息；
统计模块，用于统计用户的历史学习信息，并存储在数据库中。历史学习信息包括用户已学习的时间、学习效率、参加各种测评的最好成绩、排行榜。
本实施例中，内容呈现模块为第一终端的屏幕；音频播放模块为第一终端的扬声器；视频信息采集模块为第一终端的摄像头；语音信息采集模块为第一终端的语音采集器；用户输入模块为第一终端的键盘或触摸屏。第一终端和第二终端均为智能终端设备，可为电脑、手机或平板电脑。
实施例2
如图2所示，一种基于互联网、表情识别和语音识别的教学系统的实现方法，包括如下步骤：
第一步、第一终端进行教学课程内容播放。
用户可根据年龄、性别、所在位置、语言能力、兴趣、教学水平、课程定价、课程内容、授课时间搜索在线教学课程，系统自动匹配教学课程进行播放。
第二步、播放中，视频信息采集模块采集用户的视频数据信息，语音信息采集模块采集用户的语音数据信息，用户输入模块采集用户操作。
其中，采集的视频数据信息包括用户的性别、年龄、人种和面部表情信息；所述采集的音频数据信息包括声波、声纹。
第三步、将采集的视频数据信息和语音数据信息解码后发送至主控处理器。
第四步、主控处理器进行预处理，提取用户面部特征和发音特征送入分析处理器。
第五步、分析处理器将面部特征和发音特征分别与数据库中的标准模板进行比较，并将比较结果反馈至主控处理器。
其中，面部特征与数据库中标准模板进行比较，得出愉快、不耐烦、疑惑、失望、疲劳、兴奋、期待、生气或反感的表情，完成微表情分析。面部特征识别功能进行微表情分析，实时把握学习者情绪的变化，并且及时调整学习内容和教学流程。
发音特征与数据库中标准模板进行比较，判断是否进行发音评测或/和语音识别，若是，则进行相应操作，并得出语音评测的分值或/和语音识别的结果、可信度，完成学习效果分析，可信度具体是指机器对自己识别出来的结果的准确性判断。语音识别功能实时验证学习者的发音是否达到一定的标准，能否准确回答系统预设的一些问题，有效验证学习的效果。
第六步、主控处理器根据用户当前操作和分析处理器的反馈，动态调整播放的教学课程的内容或/和教学流程，或通过云平台实时发送比较结果至第二终端。
具体的处理过程为：
A、当检测到用户一直表现出愉快、兴奋或期待的表情时，主控处理器加快播放的进度；
B、当检测到用户表现出疑惑的表情时，主控处理器减低播放的进度，并且重复播放已播放的内容；
C、若检测到用户进一步表现出失望、不耐烦或疲劳的表情时，主控处理器更换播放内容，或播放音乐，或进入游戏界面，或进入聊天界面，或播放结束；
D、若检测到用户表现出生气、反感的表情时，主控处理器停止播放当前内容，并在主控处理器处于在线教学模式下，自动匹配其他教学课程。
具体地，系统根据用户年龄、性别、所在位置、语言能力、兴趣、教学水平、课程定价、课程内容、授课时间自动匹配教学课程进行播放。
通过云平台实时发送比较结果至第二终端。一般第二终端为老师使用，实时让老师掌握学习者的学习状态，进行人为干预或引导。实际运用时，系统会判断是否有在线老师，如果有，则优先选择老师进行人为干预或引导，通过云平台将信息建议推送至学习者所持的第一终端。
第七步、将用户的视频数据信息、语音数据信息、操作信息、发生的时间及主控处理器相应的处理结果通过网络传输存储至云平台。
第八步、统计用户的历史学习信息并存储在数据库中。
当主控处理器处于在线教学模式下，将采集的多个用户视频数据信息中的面部模型和语音数据信息压缩后通过网络传送给对方，并且解压收到的数据后还原同步显示播放。通过面部三维建模，可以将用户的虚拟形象展示给网上的朋友，进行在线授课的时候，也可以大幅度降低网络的流量。
在教学课程内容播放以前，用户在云平台上进行注册并登录，主控处理器根据面部特征实时检测用户身份，当检测到当前用户与登录用户不匹配时，主控处理器暂停播放。通过面部特征识别功能实时检测当前用户是否为登录用户，若不是，则暂停教学，保证学习者的真实性和学习的一惯性。
用户可以介绍自己的朋友进入该系统，用户可将学习状态分享给其他用户，或者发布至其他社交系统。
按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述设计原理的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明所公开的结构基础上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。

Claims (12)

1.一种基于互联网、表情识别和语音识别的教学系统，其特征在于，包括云平台、第一终端、第二终端、分析处理器、主控处理器；
云平台，用于从该云平台下载与用户身份对应的教学课程至内容呈现模块，并保存用户信息至数据库；
第一终端包括以下模块；
内容呈现模块，将下载的教学课程的内容和用户的三维头像呈现给用户；
音频播放模块，将教学课程的录音和用户的语音播放出来；
视频信息采集模块，在教学课程播放时采集用户的视频数据信息；
语音信息采集模块，在教学课程播放时采集用户的语音数据信息；
用户输入模块，收集用户的操作信息；
分析处理器，获取用户的视频数据信息中的面部特征和语音数据信息中的发音特征并与数据库中的标准模板进行比较，并将比较结果发送至主控处理器；
主控处理器，对用户视频数据信息和语音数据信息进行预处理，提取用户面部特征和发音特征发送至分析处理器，并根据当前用户操作和分析处理器返回的比较结果动态调整显示的教学课程的内容或/和教学流程，或实时发送比较结果至云平台；
第二终端，与云平台通信，实时获取比较结果信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于互联网、表情识别和语音识别的教学系统，其特征在于，所述内容呈现模块为第一终端的屏幕；
音频播放模块为第一终端的扬声器；
视频信息采集模块为第一终端的摄像头；
语音信息采集模块为第一终端的语音采集器；
用户输入模块为第一终端的键盘或触摸屏。
3.根据权利要求1所述的一种基于互联网、表情识别和语音识别的教学系统，其特征在于，所述第一终端和第二终端均为电脑、手机或平板电脑。
4.根据权利要求1所述的一种基于互联网、表情识别和语音识别的教学系统，其特征在于，还包括统计模块，用于统计用户的历史学习信息，并存储在数据库中。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种基于互联网、表情识别和语音识别的教学系统的实现方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、第一终端进行教学课程内容播放；
S2、播放中，视频信息采集模块采集用户的视频数据信息，语音信息采集模块采集用户的语音数据信息，用户输入模块采集用户操作；
S3、将采集的视频数据信息和语音数据信息解码后发送至主控处理器；
S4、主控处理器进行预处理，提取用户面部特征和发音特征送入分析处理器；
S5、分析处理器将面部特征和发音特征分别与数据库中的标准模板进行比较，并将比较结果反馈至主控处理器；
S6、主控处理器根据用户当前操作和分析处理器的反馈，动态调整播放的教学课程的内容或/和教学流程，或通过云平台实时发送比较结果至第二终端。
6.根据权利要求5所述的一种基于互联网、表情识别和语音识别的教学系统的实现方法，其特征在于，还包括如下步骤：
S7、将用户的视频数据信息、语音数据信息、操作信息、发生的时间及主控处理器相应的处理结果通过网络传输存储至云平台；
S8、统计用户的历史学习信息并存储在数据库中。
7.根据权利要求5所述的一种基于互联网、表情识别和语音识别的教学系统的实现方法，其特征在于，所述步骤S5中，面部特征与数据库中标准模板进行比较，得出愉快、不耐烦、疑惑、失望、疲劳、兴奋、期待、生气或反感的表情；
发音特征与数据库中标准模板进行比较，判断是否进行发音评测或/和语音识别，若是，则进行相应操作，并得出语音评测的分值或/和语音识别的结果、可信度。
8.根据权利要求5所述的一种基于互联网、表情识别和语音识别的教学系统的实现方法，其特征在于，所述采集的视频数据信息包括用户的性别、年龄、人种和面部表情信息；所述采集的音频数据信息包括声波、声纹。
9.根据权利要求7所述的一种基于互联网、表情识别和语音识别的教学系统的实现方法，其特征在于，所述步骤S6中，主控处理器执行以下处理方式：
A、当检测到用户一直表现出愉快、兴奋或期待的表情时，主控处理器加快播放的进度；
B、当检测到用户表现出疑惑的表情时，主控处理器减低播放的进度，并且重复播放已播放的内容；
C、若检测到用户进一步表现出失望、不耐烦或疲劳的表情时，主控处理器更换播放内容，或播放音乐，或进入游戏界面，或进入聊天界面，或播放结束；
D、若检测到用户表现出生气、反感的表情时，主控处理器停止播放当前内容，并在主控处理器处于在线教学模式下，自动匹配其他教学课程。
10.根据权利要求9所述的一种基于互联网、表情识别和语音识别的教学系统的实现方法，其特征在于，当主控处理器处于在线教学模式下，将采集的多个用户视频数据信息中的面部三维模型和语音数据信息压缩后通过网络传送给对方，并且解压收到的数据后还原同步显示播放。
11.根据权利要求5或9所述的一种基于互联网、表情识别和语音识别的教学系统的实现方法，其特征在于，所述用户可根据年龄、性别、所在位置、语言能力、兴趣、教学水平、课程定价、课程内容、授课时间搜索在线教学课程，系统自动匹配教学课程进行播放。
12.根据权利要求5所述的一种基于互联网、表情识别和语音识别的教学系统的实现方法，其特征在于，在教学课程内容播放以前，用户在云平台上进行注册并登录，主控处理器根据面部特征实时检测用户身份，当检测到当前用户与登录用户不匹配时，主控处理器暂停播放。
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