一种适用于教学过程的动态资源采集平台和方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于教学过程的动态资源采集平台，包括上位机层和下位机层，所述上位机层包括视频设备、音频设备和工控主机，所述工控主机分别与视频设备和音频设备相连接；所述下位机层包括主控制器、电机、移动底盘和升降支架，所述移动底盘可以在电机的驱动力作用下根据主控制器发出的控制指令在水平方向上移动，其上设有高度可调节的升降支架；工控主机与主控制器之间采用串口通信，工控主机向主控制器下发位置调节指令，实现移动底盘和升降支架的位置调节。本发明专利技术技术方案针对现有技术中的教学过程数据资源收集不理想的情况，通过将视频设备和音频设备以及控制装置集成在同一载体平台上，可以对声源方向的教学过程数据资源进行锁定收集。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于教学过程的动态资源采集平台和方法
本专利技术属于音频、视频数据采集领域，具体涉及一种适用于教学过程的动态资源采集平台和方法。
技术介绍
随着教育大数据技术的发展，多样化教育数据大数据的采集以及基于大数据分析的个性化定制学习成为智能教育时代的发展方向。在教育大数据的采集方面，主要包括传统的课堂直播/录播技术，以及基于物联网的智能感知技术。前者作为在线教育得以实施的关键技术手段，采用多媒体技术，将教学过程数字化为音视频资源得以存储和传播。后者多采用传感器+智能分析算法的模式，检测和分析教学过程中的行为、状态等信息。对于教育大数据的发展来说，获取足够多的教育资源是最为必要的。其中，在文字资源已经相对充足的当下，教育资源的音频和视频数据相对来说还是不足的。但是，在互联网教育时代，单纯的文字资源已经不能满足用户的多样化学习的需求。针对该问题，常用的方式是对课堂的显示设备(如白板、投影屏幕等)采取固定拍摄的方式，同时教学人员位于固定位置，以获得高质量的教学过程数据。但是这种教学过程数据对用户来说缺乏多样性和互动性，导致用户兴趣不高。现有技术中，一般采取的是对多种形式的教学过程进行录制，对其进行分类标注后上传到云端以供用户选择。但是，在大数据教育环境下，数据的需求量巨大，且需要极大的更新速度，教学资源数据的录制效率就是很关键的。一般来说，资源数据的录制需要硬件和软件的配合。考虑到实际的需求，一方面录制教学资源数据的设备需要移动方便，便于在任何时间和地点进行录制；另一方面，录制教学资源数据的设备还需要具有良好的调节能力，如根据教学过程中授课者的位置变化进行跟随等。目前的课堂录播和直播平台一般要求在课堂上安装数量众多的视音频采集设备，以及后台编码、转发、存储等一系列软硬件设备，需要专业人员在现场辅助拍摄，平台使用和维护较为复杂，且成本较高。其一方面难以适应多种场合下的应用需求，另一方面不具备自我调节的能力，在没有专业人员调节的情况下拍摄采集效果并不能达到最好的状态，所获得的视频、音频数据有时候难以满足后续大数据教育所进行的精细化标注的要求。同时，由于缺乏规范和标准，智能感知技术的应用场景、采集效率、数据格式等方面千差万别，很大程度阻碍了智能感知技术在教育大数据采集领域的应用推广。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种适用于教学过程的动态资源采集方法和平台，至少可以部分解决上述问题。本专利技术技术方案针对现有技术中的教学过程数据资源收集不理想的情况，通过将视频设备和音频设备以及控制装置集成在同一载体平台上，可以对声源方向的教学过程数据资源进行锁定收集。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种适用于教学过程的动态资源采集平台，包括上位机层和下位机层，其特征在于，所述上位机层包括视频设备、音频设备和工控主机，所述工控主机分别与视频设备和音频设备相连接，并根据音频设备采集到的音频信息进行声源定位，生成控制指令以控制视频设备和/或音频设备进行视频数据和/或音频数据采集；所述下位机层包括主控制器、移动底盘和升降支架，所述移动底盘可以在驱动力作用下根据主控制器发出的控制指令在水平方向上移动，其上设有高度可调节的升降支架，视频设备和/或音频设备通过旋转云台安装在升降支架上；工控主机与主控制器之间采用串口通信，工控主机根据声源定位向主控制器下发位置调节指令，实现移动底盘和升降支架的位置调节，以适应不同教学过程的动态资源采集。作为本专利技术技术方案的一个优选，下位机层还包括空间传感器，所述空间传感器包括至少一个安装在移动底盘上的超声波传感器，用于对所述移动底盘前进方向上的障碍物进行探测。作为本专利技术技术方案的一个优选，下位机层还包括空间传感器，所述空间传感器包括四个超声波传感器，分别安装在移动底盘的四个方向上，用于对所述移动底盘前进方向上的障碍物进行探测。作为本专利技术技术方案的一个优选，下位机层还包括光电编码器，所述光电编码器根据主控制器的控制指令，对移动底盘的速度、位移和运动方向进行调节。作为本专利技术技术方案的一个优选，移动底盘上设有至少两个驱动轮，所述光电编码器对驱动轮进行控制，从而实现对移动底盘的速度、位移和运动方向进行调节。作为本专利技术技术方案的一个优选，下位机层包的主控制器上设有多个扩展性传感器安装接口，以适应多种传感器的集成和拓展。按照本专利技术的一个方面，提供了一种利用权利要求1～6任一项所述动态资源采集平台进行教学过程的动态资源采集方法，其特征在于，包括S1启动工控主机，对视频设备和音频设备进行初始化并启动；S2音频设备对所在空间范围内的音频信号进行捕捉和采集；S3对收到的音频数据进行解析，计算动态资源采集平台与声源之间的距离，生成位置调节指令；S4根据位置调节指令将移动底盘和升降支架调节至对应位置；S5驱动视频设备和音频设备对准声源方位，分别开始进行视频数据和音频数据的采集，获取教学过程数据。作为本专利技术技术方案的一个优选，步骤S1中所述初始化包括对视频设备和/或音频设备进行姿态注册，其步骤如下，S11根据音频设备将平面空间分为若干个区间，每个区间对应音频设备的一个拾音波束；S12选择任意一个区间作为起始区间，控制摄像机云台水平旋转，使摄像机主视线依次与每个区间对应的拾音波束方向重叠；S13将每个区间及其对应的拾音波束方向和摄像机云台位置相关联，构建出视频设备、音频设备的空间关联表，以使得工控机可以根据声源定位驱动视频设备至对应位置进行视频数据采集。作为本专利技术技术方案的一个优选，步骤S4中包括，S41对位置调节指令进行解析，获取动态资源采集平台的水平位移路线和视频设备、音频设备的预设高度；S42调节升降支架，将视频设备、音频设备固定到预设高度；S43判断水平位移路线上是否存在障碍物，若存在则将障碍物信息反馈给工控主机生成新的位置调节指令进入步骤S41，否则将动态资源采集平台移动到对应位置。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：1)本专利技术技术方案，利用工控主机将视频设备和音频设备集成到同一个载体平台上，该载体平台包括能够水平移动的移动底盘和能够竖直移动的升降支架，其一方面可以实现适应多种环境下的教学过程数据拍摄的移动需求，另一方面水平方向的移动和竖直方向上的移动可以让视频设备和音频设备达到一定空间范围内的任何地点，提高了设备采集数据的准确性。2)本专利技术技术方案，工控主机会根据音频设备采集到的音频数据对声源方向进行定位，并根据自身位置与声源之间的距离，控制移动底盘和升降支架移动到合适的位置，然后开始视频数据和音频数据的采集。其中由于采用了对音频数据进行分析从而实时对声源定位的方式，使得本专利技术技术方案的平台可以根据声源方位的改变，对应改变自身所处的位置和拍摄状态，进一步提高了视频数据和音频数据采集的准确性。3)本专利技术技术方案，下位机层设置有可扩展的主控制器，其上设有空间传感器和光电编码器，空间传感器可以对移动底盘前进方向上的障碍物进行检测，以便工控主机根据当前位置和声源位置及时调整前进路线，而光电编码器可以对移动底盘的移动速度进行控制，两者相互配合，保证动态资源采集平台可以顺利到达指定的位置进行视频数据和音频数据的采集。附图说明图1是本专利技术技术方案实施例中动态资本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于教学过程的动态资源采集平台，包括上位机层和下位机层，其特征在于，所述上位机层包括视频设备、音频设备和工控主机，所述工控主机分别与视频设备和音频设备相连接，并根据音频设备采集到的音频信息进行声源定位，生成控制指令以控制视频设备和/或音频设备进行视频数据和/或音频数据采集；所述下位机层包括主控制器、移动底盘和升降支架，所述移动底盘可以在驱动力作用下根据主控制器发出的控制指令在水平方向上移动，其上设有高度可调节的升降支架，视频设备和/或音频设备通过旋转云台安装在升降支架上；工控主机与主控制器之间采用串口通信，工控主机根据声源定位向主控制器下发位置调节指令，实现移动底盘和升降支架的位置调节，以适应不同教学过程的动态资源采集。

【技术特征摘要】
1.一种适用于教学过程的动态资源采集平台，包括上位机层和下位机层，其特征在于，所述上位机层包括视频设备、音频设备和工控主机，所述工控主机分别与视频设备和音频设备相连接，并根据音频设备采集到的音频信息进行声源定位，生成控制指令以控制视频设备和/或音频设备进行视频数据和/或音频数据采集；所述下位机层包括主控制器、移动底盘和升降支架，所述移动底盘可以在驱动力作用下根据主控制器发出的控制指令在水平方向上移动，其上设有高度可调节的升降支架，视频设备和/或音频设备通过旋转云台安装在升降支架上；工控主机与主控制器之间采用串口通信，工控主机根据声源定位向主控制器下发位置调节指令，实现移动底盘和升降支架的位置调节，以适应不同教学过程的动态资源采集。2.根据权利要求1所述的一种适用于教学过程的动态资源采集平台，其中，所述下位机层还包括空间传感器，所述空间传感器包括至少一个安装在移动底盘上的超声波传感器，用于对所述移动底盘前进方向上的障碍物进行探测。3.根据权利要求1所述的一种适用于教学过程的动态资源采集平台，其中，所述下位机层还包括空间传感器，所述空间传感器包括四个超声波传感器，分别安装在移动底盘的四个方向上，用于对所述移动底盘前进方向上的障碍物进行探测。4.根据权利要求1～3任一项所述的一种适用于教学过程的动态资源采集平台，其中，所述下位机层还包括光电编码器，所述光电编码器根据主控制器的控制指令，对移动底盘的速度、位移和运动方向进行调节。5.根据权利要求4所述的一种适用于教学过程的动态资源采集平台，其中，所述移动底盘上设有至少两个驱动轮，所述光电编码器对驱动轮进行控制，从而实现对移动底盘的速度、位移和运动方向进行调节。6.根据权利要求1～...

【专利技术属性】
技术研发人员：何彬，余新国，曾致中，孙超，张婷，
申请(专利权)人：华中师范大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42