CN117041230A - 一种用于全息教室的教学通信系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种用于全息教室的教学通信系统及方法，涉及远程教学领域。一种用于全息教室的教学通信系统包括远端全息还原教室、采集端教室、流媒体服务器、网络传输系统；远端全息还原教室，用于获取学生的实时状态和全息还原教室系统状态；网络传输系统，用于实现远端全息还原教室和全息教室的通信；流媒体服务器，用于远端全息还原教室的现场音视频数据和采集端教室内的音视频数据进行合成加嵌和解嵌分离；采集端教室，用于为远端全息还原教室提供音频和视频数据；并接收流媒体服务器解嵌分离的现场音视频数据。本发明同时兼顾图像质量和数据传输延迟，提高传输效率，增强采集端教室和远程全息还原教室的关联性。
Description
技术领域
本发明涉及远程教学领域，具体而言，涉及一种用于全息教室的教学通信系统及方法。
背景技术
我国现有的教育体系十分庞大，而优秀的教育资源却不多，相当多的地区尤其是偏远地区的教育质量，由于缺乏良好的师资力量根本无法与发达地区的教育质量相比，在很大程度上造成了教育资源分配的不公平。而随着技术的不断发展，在线教学系统可以在一定程度上解决教育资源不公平的现象。
但现有的在线教学系统无法带给教学现场身临其境的感觉，学生参与程度不高，且现有的全息教学系统的图像质量不清晰，数据传输延迟高，影响教学体验；用户体验感不好。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于全息教室的教学通信系统及方法，其能够同时兼顾图像质量和数据传输延迟，提高传输效率，增强采集端教室和远程全息还原教室的关联性。
本发明是这样实现的：
第一方面，本申请提供一种用于全息教室的教学通信系统，远端全息还原教室、采集端教室、流媒体服务器、网络传输系统；
远端全息还原教室，用于虚拟采集端教室教师站位、投影板书、PPT并将音频通过扩声设备还原，获取学生的实时状态和全息还原教室系统状态；
网络传输系统，用于使不同教室端的流媒体服务器间进行通信，实现远端全息还原教室和全息教室的通信；
流媒体服务器，用于远端全息还原教室的现场音视频数据合成加嵌，在采集端教室对合成加嵌后的现场音视频数据进行解嵌分离；对采集端教室内的音视频数据进行合成加嵌，在远端全息还原教室对采集端教室内的音视频数据进行解嵌分离；
采集端教室，用于为远端全息还原教室提供音频和视频数据，进行实时交互；并接收流媒体服务器解嵌分离的现场音视频数据并将音频通过扩声设备还原，将视频数据通过讲台前方的监视屏呈现。
进一步的，远端全息还原教室包括扩声设备、第一广角云台摄像机、第二广角云台摄像机；
第一广角云台摄像机，用于拍摄远端全息还原教室中学生座位，捕捉学生的实时状态；其中，学生的实时状态包括学生人数、课堂秩序、举手、提问；
第二广角云台摄像机，用于拍摄虚拟讲台，捕捉远端全息还原教室系统状态；
扩声设备，用于还原采集端教室的音频信息。
进一步的，远端全息还原教室系统状态包括全息显示系统状态和多媒体投影系统状态；
全息显示系统状态，包括闭合器开启状态、虚拟教师站位、成像状态；
多媒体投影系统状态，包括板书状态和PPT投影状态。
进一步的，远端全息还原教室还包括手持拾音话筒；手持拾音话筒用于采集学生的音频信息。
进一步的，流媒体服务器包括媒体分配系统、图像处理系统、信号编码系统、信号解码系统；
图像处理系统，用于采用H.265视频格式编码处理第一广角云台摄像机采集的图像数据，得到处理后的图像数据；
信号编码系统，用于将处理后的图像数据使用和远端全息还原教室学生提问时的音频信息进行合成加嵌；将采集端教室的音频和视频数据进行合成加嵌；
信号解码系统，用于将信号编码系统合成加嵌的数据进行解嵌分离，并将分离后的数据传输给媒体分配系统；
媒体分配系统，用于将分离后的数据分别通过音频和视频进行呈现。
进一步的，网络传输系统采用点对点网络架构将采集端教室或远端全息还原教室的IP固定，并基于5G网络对流媒体服务器的数据进行传输。
第二方面，本申请提供一种用于全息教室的教学通信方法，包括以下步骤：
拍摄远端全息还原教室中学生座位，捕捉学生的实时状态，拍摄虚拟讲台，捕捉远端全息还原教室系统状态，捕捉采集端教室音频和视频数据；
对远端全息还原教室的现场音视频数据合成加嵌，在采集端教室对合成加嵌后的现场音视频数据进行解嵌分离；对采集端教室内的音视频数据进行合成加嵌，在远端全息还原教室对采集端教室内的音视频数据进行解嵌分离；
使不同教室端的流媒体服务器间进行通信，实现远端全息还原教室和全息教室的通信；
在采集端教室将现场音视频数据并将音频通过扩声设备还原，将视频数据通过讲台前方的监视屏呈现；
在远端全息还原教室虚拟教师站位、投影板书、PPT并将音频通过扩声设备还原。
相对于现有技术，本发明至少具有如下优点或有益效果：
本发明提出了一种用于全息教室的教学通信系统及方法，通过广角云台摄像机和收音设备完成远程全息还原教室的信息采集，通过流媒体服务器对采集端教室和远程全息还原教室采集的信息进行解码和编码，使音视频信息相互匹配，提高用户体验感；采集端教室和远程全息还原教室其中一个固定IP，并使用SRT协议进行传输，使不同校区之间的通信实时传输。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明结构图；
图2为本发明远端全息还原教室结构图；
图3为本发明流媒体服务器结构图；
图4为本发明流程图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的各个实施例及实施例中的各个特征可以相互组合。
实施例
请参阅图1，该一种用于全息教室的教学通信系统，包括远端全息还原教室、采集端教室、流媒体服务器、网络传输系统；
远端全息还原教室，用于虚拟采集端教室教师站位、投影板书、PPT并将音频通过扩声设备还原，获取学生的实时状态和全息还原教室系统状态；
网络传输系统，用于使不同教室端的流媒体服务器间进行通信，实现远端全息还原教室和全息教室的通信；
网络传输系统采用点对点网络架构将采集端教室或远端全息还原教室的IP固定，并基于5G网络对流媒体服务器的数据进行传输。
示范性地，在点对点网络架构下同时应用了SRT解决方案，在采集端教室和远端全息还原教室其中一端固定IP，可以极大的提高网络传输速率，采集端教室到远端全息还原教室的单向传输，时延可低至200毫秒，双向时延最低可达300毫秒，接近人的生理可感知的时延极限，在不同校区间的远程全息通信，几乎等同“实时”。
流媒体服务器，用于远端全息还原教室的现场音视频数据合成加嵌，在采集端教室对合成加嵌后的现场音视频数据进行解嵌分离；对采集端教室内的音视频数据进行合成加嵌，在远端全息还原教室对采集端教室内的音视频数据进行解嵌分离；
流媒体服务器包括媒体分配系统、图像处理系统、信号编码系统、信号解码系统；
图像处理系统，用于采用H.265视频格式编码处理第一广角云台摄像机采集的图像数据，得到处理后的图像数据；
信号编码系统，用于将处理后的图像数据使用和远端全息还原教室学生提问时的音频信息进行合成加嵌；将采集端教室的音频和视频数据进行合成加嵌；
信号解码系统，用于将信号编码系统合成加嵌的数据进行解嵌分离，并将分离后的数据传输给媒体分配系统；
媒体分配系统，用于将分离后的数据分别通过音频和视频进行呈现。
示范性地，流媒体服务器完成了数据的解码、编码过程，将语音数据和图像数据嵌入打包给网络传输系统，能够减少网络传输过程中出现丢包情况导致图像数据和语音数据之间出现延迟，导致语音和图像之间不匹配的情况；将打包传输之后的的数据进行解码，再分别将解码的数据分离，图像数据显示在显示屏上，语音数据通过扩声设备进行播放，使语音和图像同步进行。
采集端教室，用于为远端全息还原教室提供音频和视频数据，进行实时交互；并接收流媒体服务器解嵌分离的现场音视频数据并将音频通过扩声设备还原，将视频数据通过讲台前方的监视屏呈现。
示范性地，采集端教室采集的数据包括教师的音视频信息，板书的内容和PPT的内容，教师的动作、手势、声音和板书及PPT内容相对应；接收流媒体服务器解嵌分离的现场音视频数据包括学生的语音信息和学生的视频信息，音视频信息相对应，方便教师和学生相互交流，实现课堂互动。
如图2所示，远端全息还原教室包括扩声设备、第一广角云台摄像机、第二广角云台摄像机；
第一广角云台摄像机，用于拍摄远端全息还原教室中学生座位，捕捉学生的实时状态；其中，学生的实时状态包括学生人数、课堂秩序、举手、提问；
第二广角云台摄像机，用于拍摄虚拟讲台，捕捉远端全息还原教室系统状态；
远端全息还原教室系统状态包括全息显示系统状态和多媒体投影系统状态；
全息显示系统状态，包括闭合器开启状态、虚拟教师站位、成像状态；
多媒体投影系统状态，包括板书状态和PPT投影状态。
扩声设备，用于还原采集端教室的音频信息。
示范性地，使用广角云台摄像机拍摄学生的实时状态可以及时发现学生的需求，包括举手提问等；拍摄虚拟讲台，可以发现远端全息还原教室的还原效果，及时对投影进行调整；远端全息还原教室将采集端教室的授课信息进行还原，实现远程授课。
远端全息还原教室还包括手持拾音话筒；手持拾音话筒用于采集学生的音频信息。
手持拾音话筒可以收集远端全息还原教室学生提问时的音频信息，与摄像头相适配。
示范性地，通过广角云台摄像机和手持拾音话筒采集远程全息还原教室的信息，通过流媒体服务器对采集的信息进行解码和编码，使音视频信息相互匹配，提高用户体验感；采集端教室和远程全息还原教室其中一个固定IP，并使用SRT协议进行传输，降低传输延迟，使不同校区之间的通信实时传输；在固定IP的前提下，将单向传输时延降低到200毫秒，将双向传输时延降低到300毫秒，使人的生理几乎感知不到时延，采集端教室和远程全息还原教室在通信时，双方进行实时通信，提高全息教学的质量，提高了全息教学体验感。
基于同样的发明构思，请参阅图4，本发明还提出一种用于全息教室的教学通信方法，包括以下步骤：
拍摄远端全息还原教室中学生座位，捕捉学生的实时状态，拍摄虚拟讲台，捕捉远端全息还原教室系统状态，捕捉采集端教室音频和视频数据；
对远端全息还原教室的现场音视频数据合成加嵌，在采集端教室对合成加嵌后的现场音视频数据进行解嵌分离；对采集端教室内的音视频数据进行合成加嵌，在远端全息还原教室对采集端教室内的音视频数据进行解嵌分离；
使不同教室端的流媒体服务器间进行通信，实现远端全息还原教室和全息教室的通信；
在采集端教室将现场音视频数据并将音频通过扩声设备还原，将视频数据通过讲台前方的监视屏呈现；
在远端全息还原教室虚拟教师站位、投影板书、PPT并将音频通过扩声设备还原。
上述方法具体实现过程请参照本申请实施例提供的一种用于全息教室的教学通信，在此不再赘述。
综上所述，本申请实施例提供的一种用于全息教室的教学通信系统及方法，通过广角云台摄像机和收音设备完成远程全息还原教室的信息采集，通过流媒体服务器对采集端教室和远程全息还原教室采集的信息进行解码和编码，使音视频信息相互匹配，提高用户体验感；采集端教室和远程全息还原教室其中一个固定IP，并使用SRT协议进行传输，使不同校区之间的通信实时传输。
对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (7)
1.一种用于全息教室的教学通信系统，其特征在于，包括远端全息还原教室、采集端教室、流媒体服务器、网络传输系统；
远端全息还原教室，用于虚拟采集端教室教师站位、投影板书、PPT并将音频通过扩声设备还原，获取学生的实时状态和全息还原教室系统状态；
网络传输系统，用于使不同教室端的流媒体服务器间进行通信，实现远端全息还原教室和全息教室的通信；
流媒体服务器，用于远端全息还原教室的现场音视频数据合成加嵌，在采集端教室对合成加嵌后的现场音视频数据进行解嵌分离；对采集端教室内的音视频数据进行合成加嵌，在远端全息还原教室对采集端教室内的音视频数据进行解嵌分离；
采集端教室，用于为远端全息还原教室提供音频和视频数据，进行实时交互；并接收流媒体服务器解嵌分离的现场音视频数据并将音频通过扩声设备还原，将视频数据通过讲台前方的监视屏呈现。
2.如权利要求1所述的一种用于全息教室的教学通信系统，其特征在于，远端全息还原教室包括扩声设备、第一广角云台摄像机、第二广角云台摄像机；
第一广角云台摄像机，用于拍摄远端全息还原教室中学生座位，捕捉学生的实时状态；其中，学生的实时状态包括学生人数、课堂秩序、举手、提问；
第二广角云台摄像机，用于拍摄虚拟讲台，捕捉远端全息还原教室系统状态；
扩声设备，用于还原采集端教室的音频信息。
3.如权利要求2所述的一种用于全息教室的教学通信系统，其特征在于，远端全息还原教室系统状态包括全息显示系统状态和多媒体投影系统状态；
全息显示系统状态，包括闭合器开启状态、虚拟教师站位、成像状态；
多媒体投影系统状态，包括板书状态和PPT投影状态。
4.如权利要求2所述的一种用于全息教室的教学通信系统，其特征在于，远端全息还原教室还包括手持拾音话筒；手持拾音话筒用于采集学生的音频信息。
5.如权利要求4所述的一种用于全息教室的教学通信系统，其特征在于，流媒体服务器包括媒体分配系统、图像处理系统、信号编码系统、信号解码系统；
图像处理系统，用于采用H.265视频格式编码处理第一广角云台摄像机采集的图像数据，得到处理后的图像数据；
信号编码系统，用于将处理后的图像数据使用和远端全息还原教室学生提问时的音频信息进行合成加嵌；将采集端教室的音频和视频数据进行合成加嵌；
信号解码系统，用于将信号编码系统合成加嵌的数据进行解嵌分离，并将分离后的数据传输给媒体分配系统；
媒体分配系统，用于将分离后的数据分别通过音频和视频进行呈现。
6.如权利要求1所述的一种用于全息教室的教学通信系统，其特征在于，网络传输系统采用点对点网络架构将采集端教室或远端全息还原教室的IP固定，并基于5G网络对流媒体服务器的数据进行传输。
7.一种用于全息教室的教学通信方法，应用于权利要求1至权利要求6任意一项所述的一种用于全息教室的教学通信系统，其特征在于，包括以下步骤：
拍摄远端全息还原教室中学生座位，捕捉学生的实时状态，拍摄虚拟讲台，捕捉远端全息还原教室系统状态，捕捉采集端教室音频和视频数据；
对远端全息还原教室的现场音视频数据合成加嵌，在采集端教室对合成加嵌后的现场音视频数据进行解嵌分离；对采集端教室内的音视频数据进行合成加嵌，在远端全息还原教室对采集端教室内的音视频数据进行解嵌分离；
使不同教室端的流媒体服务器间进行通信，实现远端全息还原教室和全息教室的通信；
在采集端教室将现场音视频数据并将音频通过扩声设备还原，将视频数据通过讲台前方的监视屏呈现；
在远端全息还原教室虚拟教师站位、投影板书、PPT并将音频通过扩声设备还原。
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|---|---|---|---|---|
| CN118071833A (zh) * | 2024-04-19 | 2024-05-24 | 广州乐庚信息科技有限公司 | 一种基于三维数字课堂的目标对象多模态定位方法及系统 |
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- 2023-07-08 CN CN202310836498.4A patent/CN117041230A/zh active Pending
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