[發(fā)明專利]基于云計算模型和表情信息反饋的智能化視頻教學系統(tǒng)

無效

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• 申請日: 2012-11-14
• 公開（公告）號: CN102945624A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫蔚;王友仁;葉崧
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G09B5/08
• 分類號: G09B5/08;G06K9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及遠程教學技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種云計算模型下的智能化視頻教學系統(tǒng)。

背景技術(shù)

遠程教育的發(fā)展已有200多年的歷史，其作用已在世界范圍內(nèi)得到認可。遠程教育涉及的領(lǐng)域遍及世界各地，它滿足了不同層次人們的不同需求：在大學，遠程教育為更多的人創(chuàng)造了接受高等教育的機會；在公司，遠程教育可用于員工的技能培訓，使他們適應技術(shù)的進步；對于個人，通過遠程教育接受職業(yè)技能培訓，可為自己創(chuàng)造更多的就業(yè)機會；對于政府，利用遠程教育的在線師資培訓，提高了傳統(tǒng)中小學校的教學質(zhì)量；而對于邊遠地區(qū)，遠程教育解決了課程傳輸難、受教育難的問題。隨著互聯(lián)網(wǎng)和相關(guān)技術(shù)的進步，高等教育的受益面和高等教育的質(zhì)量已經(jīng)被大大提高，同時一些全新的教育模式也相繼出爐，如“virtual?university”，即沒有圍墻的大學，是用互聯(lián)網(wǎng)和通訊衛(wèi)星來傳輸課程，其教學資料、圖書館，甚至實驗室都可以讓分散在各地的學生或機構(gòu)所共享。

云計算是以虛擬化技術(shù)為基礎(chǔ)，以按需付費為商業(yè)模式，具備彈性擴展、動態(tài)分配和資源共享等特點的新型網(wǎng)絡化計算模式，在云計算模式下，軟件、硬件、平臺等IT資源將作為基礎(chǔ)設(shè)施，以服務的方式提供給使用者。

雖然，遠程教育的學生和傳統(tǒng)教育模式下的學生學到的東西一樣多，但是，有統(tǒng)計數(shù)字顯示已有的遠程教學中，函授生的輟學率達到19％～90％，平均輟學率達40％之高。事實上，高輟學率多在于學生學習時缺乏同學之間和師生之間的交流，由此產(chǎn)生孤獨感，而一些學生的學習自律性又差、才造成這樣的結(jié)果。另外，學習成績反饋太慢造成學生學習興趣的降低并因此產(chǎn)生挫折感也是一方面的原因。

在對已有技術(shù)的研究和實踐過程中，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)：當前遠程教育與傳統(tǒng)教育的一個主要區(qū)別就在于當前遠程教育的學習環(huán)境是孤立的，學習者必須具備較強的學習自律性，才能完成課程的學習。基于這一特點，本發(fā)明中所提出的表情自反饋智能視頻教學系統(tǒng)可以彌補這一不足，一方面，系統(tǒng)可以通過授課課程的信息透明化，使其他學生通過對已有的課程學習信息數(shù)據(jù)了解該課程的難易程度和其他學生學習過程中的狀態(tài)；另一方面，教師可以根據(jù)學生反饋回的表情信息數(shù)據(jù)，客觀的對已有的教學內(nèi)容進行調(diào)整，并且可以和部分學生進行一對一交流。此外，本系統(tǒng)將云計算模型應用到遠程教學中，一方面節(jié)省了校方的教學成本、提高了信息的可靠程度并且降低了校方的管理難度；另一方面，還可以讓學生根據(jù)自己的需求有選擇的安排自己的授課計劃，從而避免傳統(tǒng)遠程教學中無針對性的弊端。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有遠程視頻教學技術(shù)中學生學習環(huán)境孤立的不足，本發(fā)明提供一種基于云計算模型和表情信息反饋的智能化視頻教學系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含智能表情信息反饋子系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)，一方面，能夠使教師根據(jù)教學日志中的分析數(shù)據(jù)對課程內(nèi)容進行調(diào)整并和學習者進行有效溝通；另一方面，學生也可以從數(shù)據(jù)云的報表中發(fā)現(xiàn)課程的特點和自身的不足之處，通過師生雙方的信息互饋，從而達到最佳的教學效果。

本發(fā)明提供一種基于云計算模型和表情信息反饋的智能化視頻教學系統(tǒng)，該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)云、學生終端和教師終端3大部分組成，其中數(shù)據(jù)云是最核心的部分，它分成視頻數(shù)據(jù)和自反饋智能視頻控制子系統(tǒng)兩大部分，數(shù)據(jù)云中的自反饋智能視頻控制子系統(tǒng)又包含了4個核心模塊，分別是：人臉檢測、表情識別、反饋處理和統(tǒng)計信息模塊；學生終端和教師終端部分可以看作是云終端用戶，由互聯(lián)網(wǎng)上的普通PC來實現(xiàn)，系統(tǒng)通過網(wǎng)絡實現(xiàn)云終端與數(shù)據(jù)云之間的交換，完成數(shù)據(jù)存儲和計算，并將結(jié)果返回給云終端。

具體的，自反饋智能視頻控制子系統(tǒng)的表情識別模塊，包含對困倦、疑惑和滿意三個具體表情識別；其中，困倦表情的特征為：(1)眼內(nèi)角的上眼皮降低(2)嘴巴張大(3)雙臂向頭部上方伸展；疑惑表情的特征為：(1)上唇抬起，下唇與上唇緊閉，推動上唇向上，嘴角下拉，唇輕微凸起(2)眉毛內(nèi)角皺在一起，抬高，帶動眉毛下的皮膚運動(3)伴有用手撓頭或者搖頭動作；滿意表情特征為：(1)唇角向后拉并抬高(2)嘴巴張大(3)臉頰被抬起(4)伴有點頭動作。

具體的，表情識別模塊實現(xiàn)步驟包括：

1)對檢測到的人臉圖像，使用組群特征分析方法定位眼睛、眉毛、嘴巴和下頜的位置，使用膚色檢測方法判斷頭部以上區(qū)域內(nèi)是否有手出現(xiàn)；

2)用改進的局部梯度算子精確定位眉梢、眼角、嘴角和下頜角；

3)用均值漂移算法跟蹤眉毛、眼睛和嘴巴的位置；

4)根據(jù)眉梢、眼角和嘴角的坐標變化判斷表情變化；

5)根據(jù)下頜角的位置變化判斷頭部動作。