本发明专利技术公开了一种课堂教学多媒体信息实时采集与加密的智能网络终端及其工作方法，所述的智能网络终端包括硬件模块和软件模块，该终端的硬件模块安装在单个课桌上，通过对课堂教学过程中的图文、视频、音频等师生交互信息进行采集，利用自制拓展卡对所采集信息进行优化与加密处理，通过无线WIFI网络传输到上位控制计算机；该终端通过无线WIFI网络接收上位控制计算机的指令，在课堂内实现终端分组间的文本、图片与视频音频通信；该设备立足课堂教学质量的提升，为课堂教学研究提供了实时数据采集，为教学评估提供了基础数据，整个设备面向课堂教学，采用多重防护技术，确保设备全天候长时间稳定运行，课堂教学数据实时准确采集，安全传输与存储。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及现代化课堂教学设备领域，尤其涉及一种课堂教学多媒体信息实时采集与加密的智能网络终端及其工作方法。
技术介绍
教育信息化很多年，主要是做课程资源与课程交互平台建设。但这些工作大多实现了课堂外的教学，如师生可以在课堂外做交流。教育信息化没有真正关注“课堂内”，没有将教育信息化的主要关注点放在“课堂”这个教学最主要的场所。这是当前教育信息化的盲点。课堂教学的多样性，以及在课堂教学过程中的信息丰富性，导致在传统技术条件下，无法能够全方位地对课堂进行记录，只是停留在配备教师计算机、投影仪等方面，这导致了教育信息化无法在课堂进行深入。虽然普通的手机或平板电脑可以实现无线网络通信，与录音录像功能，但其无法承担教室课堂教学信息的采集与交互工作。主要原因是:1)其无法实现信息的安全性，课堂教学的信息包含了很多私人信息，如果没有必备的安全加密措施，这些信息是很容易泄露而造成对于个人或团队的伤害；2)教学信息的完整性，智能手机与平板电脑并不是为了完整实时采集数据而设计的，其在音频视频数据采集上无法保证信息的完整，特别是音视频信息的同步；3)无法实现长时间可靠采集。智能手机或平板电脑主要针对个人用户，并没有考虑多人使用与教室特殊的环境，往往无法保证长期稳定可靠的运行。专利200920138269.0公开了一种改进型教学信息化管理系统，该设备通过服务中心管理平台、移动短信中心、校讯听话机、考勤读卡器、手机和前端WEB浏览和管理设备来实现提高教学信息化管理系统的通话交流品质，降低读卡器故障率且节能环保的系统；但是该系统主要是针对学校、家庭和校讯通来搭建的通话平台，仅仅能提高教学过程中的学生的信息的沟通的顺畅，无法提升学校的教学质量和教学水平。专利201120409495.5公开了一种无线教学反馈系统，该系统通过主接收器和若干个学生控制器，通过无线接收单元发射无线信号到无线接收单元，构成无线教学反馈系统，避免了有线教学反馈系统中布线的复杂性，能即时进行教学信息反馈和效果分析评估，但是该系统也仅仅是通过键盘和按钮来输入教学信息，通过无线网络传递的数据也较为简单，无法对构成系统化的教学信息采集和收集系统，整体装置较为简单。
技术实现思路
针对上述存在的问题，本专利技术提供一种采用多重防护技术，确保设备全天候长时间稳定运行，课堂教学数据实时准确采集，安全传输与存储的课堂教学多媒体信息实时采集与加密的智能网络终端及其工作方法。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下:一种课堂教学多媒体信息实时采集与加密的智能网络终端，所述的智能网络终端通过无线WIFI网络与上位控制计算机相连接，所述的智能网络终端包括硬件模块和软件模块，所述的硬件模块(如图1所示)包括:嵌入式主板、自制音频视频处理卡、自制加密处理卡、微型数码摄像头、微型数字麦克风、光感应器和硬件狗，所述的微型数码摄像头、微型数字麦克风和光感应器通过自制音频视频处理卡连接在嵌入式主板上，所述的自制加密处理卡和硬件狗并联在嵌入式主板上；所述的嵌入式主板上安装有:多核低功耗CPU、高速内存、SSD存储器、RAM存储器、无线WIFI网络通信模块、液晶显示模块、锂电池、DC稳压转换电路。本专利技术配备了光感应器，这个设备的作用是与微型数码摄像头、音频视频处理卡一起配合，进行本地图像处理工作的。教室的光环境变化非常大，如果用传统的数码摄像方式，往往不能够得到很好的图像效果。如果这些图像上传到服务器上，不仅仅不会为教学研究与相关改革提供数据支持，还会耗费很多的后期处理成本。因此本专利技术中我们用一个光感应器，实时的感应环境光的变化。感应器信号作为图像处理卡的一路输入，控制图像处理卡中的图像预处理过程。这样微型数码摄像头采集的图片，就可以快速地做图像预处理，保证音频视频处理卡输出的图像质量。自制音频视频处理卡(如图2所示):所述的自制音频视频处理卡上设有两个FPGA(一种可以编辑的数字逻辑门电路)芯片逻辑处理单元、多核DSP (专用的数字信号的计算芯片)芯片，高速内存和PCI接口，所述的光感应器和微型数码摄像头连接在一个FPGA逻辑处理单元上，所述的微型数字麦克风连接在另一个FPGA逻辑处理单元上，两个FPGA逻辑处理单元和高速内存并联在多核DSP芯片上，所述的多核DSP芯片通过PCI接口连接在嵌入式主板上。本专利技术所述的视频信号预处理主要有:调节白平衡、调节色温、图像增强等。本终端设备配备了光感应器，其可以感应环境光的变化。该信号将作为重要的控制信号输入到音频视频处理卡中，这样就可以用来对当前采集图像做处理。本专利技术所述的音频信号预处理主要工作有:环境去噪，基准分贝调整。环境去噪主要是通过特定的DSP芯片做滤波，保留人声部分的信息，去除其他范围的噪音。基准分贝的调整主要是针对麦克风自身的采集电平的漂移做调整，解决声音录制时忽大忽小的现象。本专利技术所述的音频视频处理卡主要有三个功能:1)将由微型数码摄像头采集的视频信号，和由微型数码麦克风米集的音频信号，在同一个时钟模块的控制下，混编输出为一路完全同步的音视频流信号。2)对实时采集的图像信号、声音信号做预处理工作，通过预制的算法提升图像信号、声音信号的质量；(3)将成熟的人脸识别技术通过硬件方式实现，解决座位上是否有学生，该学生在当前课堂中是否为同一学生等处理识别功能，为教务、考务管理提供身份认证数据； 本专利技术所述的音频视频处理卡需要同时处理视频图像信号与音频信号，需要多个DSP方式来协同完成；但多DSP方式的缺点是其功耗比较大，这样设备散热方面就存在问题。如果直接在设备中安装风扇等散热设备，会影响课堂教学。因此该设备必须是静音设计；这就需要设计中严格控制各硬件电路的功耗。因此本设备采用多核DSP+FPGA方式。相比较多DSP系统，多核DSP系统需要更复杂的供电电路、外部存储器接口电路与外部通信接口电路。自制加密处理卡(如图4所示):所述的自制加密处理卡上设有密钥存储器、FPGA逻辑处理单元、多核DSP芯片、高速内存和PCI接口，所述的密钥存储器通过FPGA逻辑处理单元连接在多核DSP芯片上，所述的高速内存并联在多核DSP芯片上，所述的多核DSP芯片通过PCI接口连接在嵌入式主板上，所述的加密处理卡前端连接有控制跳线。教室教学信息中包含大量的个人信息，如学生的照片、学生的学号、学生的回答等，这些信息如果外泄会造成很多问题。因此需要在信息做传输前就做加密工作。而这种加密一定是实时的，不能影响课堂交互的实效性。更重要的是，本设备采用“面向Web”方式，最大程度地简化了软件通信协议，所以不用加密通道进行传输，这就更需要在传输数据前做好加密工作，以确保信息传输与存储时的安全性。本专利技术通过在终端设备中内置加密卡，配备多核低功耗的DSP加密芯片与独立内部存储芯片，可实时将音视频流信号与其他信息做加密编码操作，加密密钥中包含了终端设备唯一的设备号信息与当前的人员身份信息。采用非对称密钥系统，该设备只能在配备了加密卡的设备中进行解码操作，且无法进行修改。本专利技术所述的软件模块包括(如图1和2所示):主板自带操作系统，自检程序、软件狗程序，电源监控与管理程序、身份认证程序和教学交互程序，所述的教学交互程序包括:浏览器与Web服务器程序、远程监控截屏程序和本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种课堂教学多媒体信息实时采集与加密的智能网络终端，所述的智能网络终端通过无线网络与上位控制计算机相连接，其特征在于，所述的智能网络终端包括硬件模块和软件模块：所述的硬件模块包括：嵌入式主板、自制音频视频处理卡、自制加密处理卡、微型数码摄像头、微型数字麦克风、光感应器和硬件狗，所述的微型数码摄像头、微型数字麦克风和光感应器通过自制音频视频处理卡连接在嵌入式主板上，所述的自制加密处理卡和硬件狗并联在嵌入式主板上；所述的嵌入式主板上安装有：多核低功耗CPU、高速内存、SSD存储器、RAM存储器、无线WIFI网络通信模块、液晶显示模块、锂电池、DC稳压转换电路；自制音频视频处理卡：所述的自制音频视频处理卡上设有两个FPGA逻辑处理单元、多核DSP芯片，高速内存和PCI接口，所述的光感应器和微型数码摄像头连接在一个FPGA逻辑处理单元上，所述的微型数字麦克风连接在另一个FPGA逻辑处理单元上，两个FPGA逻辑处理单元和高速内存并联在多核DSP芯片上，所述的多核DSP芯片通过PCI接口连接在嵌入式主板上；自制加密处理卡：所述的自制加密处理卡上设有密钥存储器、FPGA逻辑处理单元、多核DSP芯片、高速内存和PCI接口，所述的密钥存储器通过FPGA逻辑处理单元连接在多核DSP芯片上，所述的高速内存并联在多核DSP芯片上，所述的多核DSP芯片通过PCI接口连接在嵌入式主板上，所述的加密处理卡前端连接有控制跳线；所述的软件模块包括：主板自带操作系统，自检程序、软件狗程序，电源监控与管理程序、身份认证程序和教学交互程序，所述的教学交互程序包括：浏览器与Web服务器程序、远程监控截屏程序和远程控制程序；所述的教学交互程序安装在RAM存储器内，所述的主板自带操作系统，自检程序、软件狗程序，电源监控与管理程序、身份认证程序安装在SSD存储器内。...
【技术特征摘要】
1.一种课堂教学多媒体信息实时采集与加密的智能网络终端，所述的智能网络终端通过无 线网络与上位控制计算机相连接，其特征在于，所述的智能网络终端包括硬件模块和软件模块: 所述的硬件模块包括:嵌入式主板、自制音频视频处理卡、自制加密处理卡、微型数码摄像头、微型数字麦克风、光感应器和硬件狗，所述的微型数码摄像头、微型数字麦克风和光感应器通过自制音频视频处理卡连接在嵌入式主板上，所述的自制加密处理卡和硬件狗并联在嵌入式主板上；所述的嵌入式主板上安装有:多核低功耗CPU、高速内存、SSD存储器、RAM存储器、无线WIFI网络通信模块、液晶显示模块、锂电池、DC稳压转换电路； 自制音频视频处理卡:所述的自制音频视频处理卡上设有两个FPGA逻辑处理单元、多核DSP芯片，高速内存和PCI接口，所述的光感应器和微型数码摄像头连接在一个FPGA逻辑处理单元上，所述的微型数字麦克风连接在另一个FPGA逻辑处理单元上，两个FPGA逻辑处理单元和高速内存并联在多核DSP芯片上，所述的多核DSP芯片通过PCI接口连接在嵌入式主板上； 自制加密处理卡:所述的自制加密处理卡上设有密钥存储器、FPGA逻辑处理单元、多核DSP芯片、高速内存和PCI接口，所述的密钥存储器通过FPGA逻辑处理单元连接在多核DSP芯片上，所述的高速内存并联在多核DSP芯片上，所述的多核DSP芯片通过PCI接口连接在嵌入式主板上，所述的加密处理卡前端连接有控制跳线； 所述的软件模块包括:主板自带操作系统，自检程序、软件狗程序，电源监控与管理程序、身份认证程序和教学交互 程序，所述的教学交互程序包括:浏览器与Web服务器程序、远程监控截屏程序和远程控制程序；所述的教学交互程序安装在RAM存储器内，所述的主板自带操作系统，自检程序、软件狗程序，电源监控与管理程序、身份认证程序安装在SSD存储器内。2.根据权利要求1所述的课堂教学多媒体信息实时采集与加密的智能网络终端，其特征在于，所述的智能网络终端的硬件模块安装在盒体内，课堂内的每个课桌上均设有的智能网络终端盒体。3.根据权利要求1所述的课堂教学多媒体信息实时采集与加密的智能网络终端，其特征在于，所述的嵌入式主板上预留有多个COM 口、USB 口和CF卡接口，所述的COM 口可连接小键盘或第三方硬件。4.根据权利要求1所述的课堂教学多媒体信息实时采集与加密的智能网络终端，其特征在于，所述的DC稳压转换电路连接在220V的常用市电。5.根据权利要求1所述的课堂教...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨安康，江雪，
申请(专利权)人：杨安康，江雪，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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