CN108600828A - 音视频网关设备及教学系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了音视频网关设备及教学系统，涉及网关设备技术领域，包括与音视频网关设备分别相连的音频设备、视频设备和控制设备，其中，音视频网关设备包括：关联的嵌入式Linux核心板、Android用户功能板、HDMI扩展板、VGA扩展板、串口扩展板和交换机板，其中，Android用户功能板配置有同屏模块。本发明通过音视频网关设备将音频设备、视频设备和控制设备有机融合为一体，不但丰富了教学方式，而且简化了现有中控设备的操作复杂度和专业性，扩大了使用范围；同时，音视频网关设备通过采用嵌入式Linux核心板和Android用户功能板，大大降低了硬件成本和使用成本，又具备高性能和高稳定性的特点。

Description

音视频网关设备及教学系统

技术领域

本发明涉及网关设备技术领域，尤其是涉及音视频网关设备及教学系统。

背景技术

目前，音视频教学在学校中广泛使用，教室里面充斥着各种音视频设备。设备的繁多一方面让老师教学更为丰富多彩，但同时也给老师带来很大的使用复杂度，导致易用性较低，整个系统的可靠性也降低，反而影响老师使用的积极性。

现在教学时对音视频设备的使用一般采用网络中控或者叫多媒体教学中控来进行教学设备的管理。目前国内有众多的教学中控设备提供商，接口和功能也都大同小异，重点均落在控制的层面上。虽然个别的中控可以对音视频数据编码，但也仅仅是进行简单的压缩编码，并不能处理音视频数据本身。虽然多媒体中控可以帮助老师降低设备操控的复杂度，但由于中控功能非常有限，不能和教学活动紧密结合，不能和教学内容结合，对于老师希望能提升教学质量帮助有限，不能真正的和教学活动紧密结合起来，中控对于老师的帮助也就是上课能够方便些，不用去插线而已。

教学用的中控设备另外一个比较大的缺陷是普遍对互联网功能支持很弱，有的根本不具备接入互联网功能，中控本身还是对于现场设备的控制，不能将互联网技术和网上资源用于教学活动，不能充分发挥学校投入大量财力购买的各种音视频设备的作用，也大大限制了现在教学活动和教学内容的拓展。

中控设备的功能也非常单一，主要还是控制方面的功能。但是现在教学活动已经从单一的教室内的多媒体教学走向全空间全时间的互联网教学模式，教学方式方法也发生很大变化，已经不再是简单的老师说学生听，而是转变成既有老师讲也有学生讲的研讨型课堂的需求；既有本地一个课堂上课，也有不同地方不同教室之间多个教室同上一节课的远程互动教学的需求；老师不仅可以上一节普通的课，还有导播、直播、录播的要求，可以将自己的讲课内容方便的资源化，用于学生复习、同行点评、自己教学成果的积累等需求。综上所述，现在教室里面使用的各种中控设备其功能已经落后于教学的发展和需求，已经不能满足创新性教学、教学活动资源化、教育个性化、教育公平化的发展要求，亟须一个全新的设备来实现这些功能，来助力这些教学活动的开展和实施。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供音视频网关设备及教学系统，以提高教学方式的丰富性，简化现有中控设备的操作复杂度和专业性，扩大使用范围，以及降低硬件成本和使用成本，提高网关设备的性能和稳定性。

第一方面，本发明实施例提供了一种音视频网关设备，其中，包括：关联的嵌入式Linux核心板、Android用户功能板、HDMI扩展板、VGA扩展板、串口扩展板和交换机板，其中，所述Android用户功能板配置有同屏模块。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，与所述Linux核心板相连的所述串口扩展板包括：Line in接口、Mic in接口、Line out接口、HDMI/VGA IN接口、HDMI/VGA out接口和RJ45接口。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，与所述Android用户功能板相连的所述串口扩展板包括：Mic in接口、HDMI/VGA IN接口、RJ45接口和USB接口。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述Linux核心板为至少两个，且所述Linux核心板通过PCIe连接板进行连接。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，每个所述Linux核心板连接不同的所述HDMI扩展板和/或VGA扩展板。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述Linux核心板上配置有I2S接口和与所述I2S接口相连的音频编解码器。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，还包括连接于所述Linux核心板与串口扩展板之间的回声抑制器。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述Linux核心板还配置有SATA硬盘。

第二方面，本发明实施例还提供一种教学系统，其中，包括如上任一项所述音视频网关设备，还包括与所述音视频网关设备分别相连的音频设备、视频设备和控制设备；

所述音频设备中的音频输入设备，将采集的音频数据源输送至所述音视频网关设备，所述音视频网关设备将所述音频数据源进行处理后输出至所述音频设备中的音频输出设备；

所述视频设备中的视频输入设备，将采集的视频数据源输送至所述音视频网关设备，所述音视频网关设备对所述视频数据源进行处理后输出至所述视频设备中的视频输出设备；

所述控制设备通过操作输出控制命令，并将所述控制命令发送至所述音视频网关设备。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述视频数据源包括模拟视频数据和压缩视频数据；

所述音视频网关设备将所述模拟视频数据进行数字化处理，输出数字视频数据；

所述音视频网关设备将所述压缩视频数据进行解压还原，输出裸视频数据。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明提供的音视频网关设备及教学系统，包括与音视频网关设备分别相连的音频设备、视频设备和控制设备，其中，音视频网关设备包括：关联的嵌入式Linux核心板、Android用户功能板、HDMI扩展板、VGA扩展板、串口扩展板和交换机板。本发明通过音视频网关设备将音频设备、视频设备和控制设备有机融合为一体，不但丰富了教学方式，而且简化了现有中控设备的操作复杂度和专业性，扩大了使用范围；同时，音视频网关设备通过采用嵌入式Linux核心板和Android用户功能板，大大降低了硬件成本和使用成本，又具备高性能和高稳定性的特点。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的音视频网关设备硬件结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的Linux核心板系统架构示意图；

图3-4为本发明实施例一提供的音频数据流向示意图；

图5为本发明实施例一提供的视频数据流向示意图；

图6为本发明实施例一提供的控制数据流向示意图；

图7-8为本发明实施例二提供的教学系统示意图。

图标：

100-音视频网关设备；110-Linux核心板；120-Android用户功能板；130-HDMI扩展板；140-VGA扩展板；150-交换机板；160-串口扩展板；200-音频设备；300-视频设备；400-控制设备。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

目前国内有众多的教学中控设备提供商，接口和功能也都大同小异，重点均落在控制的层面上。虽然多媒体中控可以帮助老师降低设备操控的复杂度，但由于中控功能非常有限，不能和教学活动紧密结合，不能和教学内容结合，对于老师希望能提升教学质量帮助有限，不能真正的和教学活动紧密结合起来，中控对于老师的帮助也就是上课能够方便些，不用去插线而已。教学用的中控设备另外一个比较大的缺陷是普遍对互联网功能支持很弱，有的根本不具备接入互联网功能，中控本身还是对于现场设备的控制，不能将互联网技术和网上资源用于教学活动，不能充分发挥学校投入大量财力购买的各种音视频设备的作用，也大大限制了现在教学活动和教学内容的拓展。

中控设备的功能也非常单一，主要还是控制方面的功能。但是现在教学活动已经从单一的教室内的多媒体教学走向全空间全时间的互联网教学模式，教学方式方法也发生很大变化，已经不再是简单的老师说学生听，而是转变成既有老师讲也有学生讲的研讨型课堂的需求；既有本地一个课堂上课，也有不同地方不同教室之间多个教室同上一节课的远程互动教学的需求；老师不仅可以上一节普通的课，还有导播、直播、录播的要求，可以将自己的讲课内容方便的资源化，用于学生复习、同行点评、自己教学成果的积累等需求。综上所述，现在教室里面使用的各种中控设备其功能已经落后于教学的发展和需求，已经不能满足创新性教学、教学活动资源化、教育个性化、教育公平化的发展要求，亟须一个全新的设备来实现这些功能，来助力这些教学活动的开展和实施。

基于此，本发明实施例提供的音视频网关设备及教学系统，可以提高教学方式的丰富性，简化现有中控设备的操作复杂度和专业性，扩大使用范围，以及降低硬件成本和使用成本，提高网关设备的性能和稳定性。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的音视频网关设备进行详细介绍。

实施例一：

图1为本发明实施例一提供的音视频网关设备硬件结构示意图。

本实施例所提供的音视频网关设备100可应用于教室教学活动中。

参照图1，音视频网关设备100包括：关联的嵌入式Linux核心板110、Android用户功能板120、HDMI(High Definition Multimedia Interface，高清晰度多媒体接口)扩展板130、VGA(Video Graphics Array，视频传输标准)扩展板140、串口扩展板160和交换机板150，其中，Android用户功能板120配置有同屏模块。

具体的，采用结构化设计思路，按结构化设计思路，将音视频网关设备100划分为Linux核心板110、Android用户功能板120、HDMI扩展板130、VGA扩展板140、串口扩展板160、交换机板150等不同扩展板用于扩展不同的应用。

进一步的，Linux核心板110还可以为至少两个，且Linux核心板110之间通过PCIe(Peripheral Component Interconnect express，高速串行计算机扩展总线标准)连接板进行连接。以及，每个Linux核心板110还可以连接不同的HDMI扩展板130和/或VGA扩展板140。进而，该音视频网关设备100形成了一个重量级的互动教学网关，具有更多的视频输入输出接口和更强的视频编解码能力。

这里，音视频网关设备100通过采用嵌入式Linux核心板110、Android用户功能板120，实现Linux和Android双系统，既具有Linux的实时性和性能更高、稳定性和安全性，又兼具Android系统可以方便开发更友好的用户界面，方便直接安装各种应用，使得音视频网关设备100既像一般手持终端一样方便使用，又具备高性能和高稳定性的特点。

进一步的，与Linux核心板110相连的串口扩展板160包括：Line in接口、Mic in接口、Line out接口、HDMI/VGA IN接口、HDMI/VGA out接口和RJ45接口。

进一步的，与Android用户功能板120相连的串口扩展板160包括：Mic in接口、HDMI/VGA IN接口、RJ45接口和USB接口。

进一步的，Linux核心板110还配置有SATA(Serial Advanced TechnologyAttachment，串行高级技术附件)硬盘。

基于上述的嵌入式硬件平台硬件结构，音视频网关设备100形成了如图2所示的系统架构，包括平台层、接口层和业务层。可见，音视频网关设备100是一个基于嵌入式硬件平台和嵌入式OS开发的音视频处理设备，它集成有各种音视频输入模块和输出模块以及音视频处理模块，并采用IP网关技术，将Internet上数据交换、路由和网关的概念和技术应用到教室中，将所有的输入、输出的音视频数据汇聚成一点，进行处理后再根据应用要求送到不同的音视频网络中去。

接下来，将基于音视频网关设备100对音频、视频和控制数据的流向进行描述。

Linux核心板110上配置有I2S接口和与I2S接口相连的音频编解码器(AudioCodec)，以及，在Linux核心板110与串口扩展板160之间还连接有回声抑制器。音频编解码器和回声抑制器是音频数据流向的重要节点。

音频数据流向如图3和4所示，系统音频数据来源有从本地拾音器、鹅颈麦、吊麦、功放和音频处理器输入的，有从电脑放出来的，有从Android用户功能板120上的放出来的，有从远端网络上获取的，最后都交由Linux核心板110处理，输出音频有输出到本地扩音系统，有送给SATA硬盘存储，有通过网络送给远端网络等。

具体的，来自Android用户功能板120的音频数据，来自地拾音器、鹅颈麦、音频处理器、电脑等的音频数据，以及来自远端网络的课件视频(无音频，音频走的是HDMI通道)三者之间是互斥的，经过三选一虚拟通道再通过I2S(Inter-IC Sound，集成电路内置音频总线)送给Audio Codec，Audio Codec再输出给功放，本地扩音的功能通过无线MIC或鹅颈麦接到回声抑制器MIC_IN，为了保证能录到全部的声音，要将回声抑制器的一路输出(选择Mix_out接口，该接口包含所有进入回声抑制器的声音)回送到Linux核心板110的拾音器接口上。

远程互动需要IPC(Industrial Personal Computer，增强型个人计算机)参与，远程互动的音频也是来自于IPC，因此进IPC的音频输入连接到回声抑制器的AEC_OUT接口输出。

视频数据流向如图5所示，视频是音视频网关设备100最重要的数据，视频数据本身较为复杂，有不同接口类型如HDMI、VGA、SDI等接口传过来的为模拟视频数据，也有从网络或者本地移动终端传过来的为压缩视频数据；对于所有的压缩视频数据都要解压还原成裸数据，对于所有输入视频信号都需要采样并且数字化后再进行处理。

控制数据流向如图6所示，控制数据流分为两种情况，一种是互动网关产品，互动网关产品主要通过遥控器或鼠标向Android用户功能板120发送命令，其中一部分命令通过网路转发给Linux核心板110。另外一种情况是中控产品，中控产品主要通过控制面板(桌面控制器或PAD控制器)来对Linux核心板110进行操作。Android用户功能板120和Linux核心板110都支持网管进行操作和控制，即通过后台进行控制。

可见，上述实施例提供的音视频网管设备，采用高性能、低功耗和高稳定性的嵌入式硬件平台，具有更高的稳定性，极大的避免了教学事故；而且，在能提供12路1080P@30帧高清编解码能力的情况下(一般PC机只能做到4路左右)，整机功耗只有几瓦，不到一台PC机的二十分之一；另外，本设备取消了常规的风扇散热结构，极大的降低了噪音。

实施例二：

图7为本发明实施例二提供的教学系统示意图。

参照图7，教学系统包括上述实施例所提供的音视频网关设备100，还包括与音视频网关设备100分别相连的音频设备200、视频设备300和控制设备400。

具体的，结合图8，音频设备200包括音频系统中的本地拾音器、鹅颈麦、吊麦等，视频设备300包括老师和学生的摄像机、远程互动显示器等，控制设备400包括笔记本等。

按照功能，音频设备200可分为音频输入设备和音频输出设备，视频设备300可分为视频输入设备和视频输出设备。

本地拾音器、电脑、Android用户功能版等音频输入设备，将采集的音频数据源输送至音视频网关设备100，音视频网关设备100将音频数据源进行处理后输出至音频设备200中的本地扩音系统/远端网络等音频输出设备。

视频设备300中的视频输入设备，将采集的视频数据源输送至音视频网关设备100，音视频网关设备100对视频数据源进行处理后输出至视频设备300中的视频输出设备；

具体的，视频数据源包括模拟视频数据和压缩视频数据。音视频网关设备100将模拟视频数据进行数字化处理，输出数字视频数据；音视频网关设备100将压缩视频数据进行解压还原，输出裸视频数据。

控制设备400通过操作输出控制命令，并将控制命令发送至音视频网关设备100。

具体的，互动网关产品主要通过遥控器或鼠标向Android用户功能板120发送命令，其中一部分命令通过网路转发给Linux核心板110；中控产品主要通过控制面板来对Linux核心板110进行操作。

本实施例将各种教学应用有机的融合到音视频网关设备中，一台音视频网关设备可以实现不同的教学活动，比如移动上课功能、研讨型教学功能、远程互动教学(异地同上一节课)功能、导播直播及录播功能等多种教学形式。

上述多个发明实施例带来了以下有益效果：

本发明提供的音视频网关设备及教学系统，包括与音视频网关设备分别相连的音频设备、视频设备和控制设备，其中，音视频网关设备包括：关联的嵌入式Linux核心板、Android用户功能板、HDMI扩展板、VGA扩展板、串口扩展板和交换机板。本发明通过音视频网关设备将音频设备、视频设备和控制设备有机融合为一体，不但丰富了教学方式，而且简化了现有中控设备的操作复杂度和专业性，扩大了使用范围；同时，音视频网关设备通过采用嵌入式Linux核心板和Android用户功能板，大大降低了硬件成本和使用成本，又具备高性能和高稳定性的特点。

本发明实施例提供的教学系统，与上述实施例提供的音视频网关设备具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种音视频网关设备，其特征在于，包括：关联的嵌入式Linux核心板、Android用户功能板、HDMI扩展板、VGA扩展板、串口扩展板和交换机板，其中，所述Android用户功能板配置有同屏模块。

2.根据权利要求1所述的音视频网关设备，其特征在于，与所述Linux核心板相连的所述串口扩展板包括：Line in接口、Mic in接口、Line out接口、HDMI/VGA IN接口、HDMI/VGAout接口和RJ45接口。

3.根据权利要求1所述的音视频网关设备，其特征在于，与所述Android用户功能板相连的所述串口扩展板包括：Mic in接口、HDMI/VGA IN接口、RJ45接口和USB接口。

4.根据权利要求1所述的音视频网关设备，其特征在于，所述Linux核心板为至少两个，且所述Linux核心板通过PCIe连接板进行连接。

5.根据权利要求4所述的音视频网关设备，其特征在于，每个所述Linux核心板连接不同的所述HDMI扩展板和/或VGA扩展板。

6.根据权利要求1所述的音视频网关设备，其特征在于，所述Linux核心板上配置有I2S接口和与所述I2S接口相连的音频编解码器。

7.根据权利要求1所述的音视频网关设备，其特征在于，还包括连接于所述Linux核心板与串口扩展板之间的回声抑制器。

8.根据权利要求1所述的音视频网关设备，其特征在于，所述Linux核心板还配置有SATA硬盘。

9.一种教学系统，其特征在于，包括如权利要求1～8任一项所述音视频网关设备，还包括与所述音视频网关设备分别相连的音频设备、视频设备和控制设备；

所述音频设备中的音频输入设备，将采集的音频数据源输送至所述音视频网关设备，所述音视频网关设备将所述音频数据源进行处理后输出至所述音频设备中的音频输出设备；

所述视频设备中的视频输入设备，将采集的视频数据源输送至所述音视频网关设备，所述音视频网关设备对所述视频数据源进行处理后输出至所述视频设备中的视频输出设备；

所述控制设备通过操作输出控制命令，并将所述控制命令发送至所述音视频网关设备。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述视频数据源包括模拟视频数据和压缩视频数据；

所述音视频网关设备将所述模拟视频数据进行数字化处理，输出数字视频数据；

所述音视频网关设备将所述压缩视频数据进行解压还原，输出裸视频数据。