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数字通信世界
2019.04
基于流媒体的学生课堂行为视频图像采集和识别系统研究 王竑熹，史朝
（湖南省株洲市南方中学高中部，株洲 412002）
摘要：近年来，发展中的中小学初等教育关注重点已从灌输式教育转移到素质教育上来。课堂教学在学生学习过程中占据着至关重要的作用。为了促进我国中小学教育质量的全面提升，提高课堂教学效率是根本前提。现阶段，我国对于学生课堂行为形态方面的研究较少，学生在课堂上经常会出现注意力不够集中、开小差、交头接耳等行为而遗漏重要教学内容的情况时时发生，而教师对课堂教学效果并无反馈，考试以及考试成绩是课堂反馈的重要形式，但是其却未能够全面的、准确的反映教学效果。因此，本文从流媒体的角度出发，对于学生课堂行为视频图像采集和识别系统进行深入的探索与研究，以希望能够全面促进中小学课堂教学质量的显著提升。 关键词：流媒体；课堂行为；视频图像采集doi ：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2019.04.203中图分类号：TN919.8，TN94 文献标示码：A 文章编码：1672-7274（2019）04-0247-02
1 引言
现阶段，随着我国互联网技术呈现出突飞猛进的发展态势，图像识别在各个领域均得到了广泛的应用，并且呈现出非常广阔的发展前景。图像识别已经成为当前研究的重点内容，它包括了运动目标的检测，目标分类与提取，目标跟踪与计数等方面，涉及到图像处理与识别领域许多核心课题[1]。 本论文研究了课堂学生行为图像识别问题，在本论文中，介绍了简单的课堂学生人身识别系统的软硬件构成，通过软件识别课堂学生听课行为与背景图像的差别，发现并掌握学生在课堂听课时间中注意力不集中、交头接耳等不良行为，记录统计学生举手发言的次数等良好学习习惯。
2 基于流媒体的学生课堂行为视频图像采集和识别系统的硬件架构
以流媒体为基础前提的视频图像采集系统，其将流式传输技术与互联网技术两者有机统一起来，实现视频的实时传输。对于使用者而言，其在互联网条件下就可以充分发挥视频采集系统的作用保证各项工作稳定的、有序的开展，从而对所捕捉的图像进行智能化分析。目前，流媒体图像采集主要由视频采集卡、流媒体视频服务器、摄像头以及分控客户端等组件所构成。基于流媒体的视频传统系统可以被比喻为一个小型的仓库，其将所采集到的视频图像等存储于该仓库中，若使用者只需要输入特定的指令就可以将视频调出来。同时，视频缓存过程中就可以就像调用，有效节约时间。总体而言，传输系统的功能原理如下图所示
：
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图1 系统的硬件结构
（1）摄像机。摄像机实现光学图像转换为模拟图像再变为数字图像，保证画面清晰和基本无延迟。摄像机是基于光的特性开展工作的，其将图像收录于芯片上，根据光比例的差异性，采取不同比例的电荷以时间序列的方式产生视频信号，从而达到视频传输的根本目的。
（2）视频采集卡。在视频传输系统中，视频采集卡类似于小仓库，其可以根据使用者所需视频型号实现视频型号的转化，更好满足使用者的实际需求。
（3）流媒体视频服务器。流媒体视频服务器作为专业化的网络传输设备，其最为重要的功能在于压缩、处理以及保存视频，主要由音视频压缩编解码器芯片、网络接口、音视频接口、协议
接口控制、输入输出通道、系统软件等组件所构成，其可以将模拟信号转换为数字信号，可以传输相关的数据信息。一般情况下，其已经具备网络功能，无需用户进行相应的开发。同时，部分设备商可以根据自己的实际功能对该设备的网络功能进行升级改造。
（4）流媒体客户端。流媒体客户端是直接面向使用者的，该设备最为重要的功能在于实现对其他子系统的监控和调用。若使用者想要调用某个子系统上的某个视频时，只需要在流媒体客户端中输入对应的指令，就可以直接调用该视频。同时，由于各个元件之间具有独立性特征，该客户端的使用对于其他原件的使用并不会带来干扰。
通过对上述硬件结构进行分析，可知在选择以流媒体为基础的网络视频图像采集系统时，可以从集成性、灵活性以及可靠性等方面进行考虑。通过基础设备的搭建和视频采集客户端的开发即可将采集的视频图像数据传给图像处理模块进行处理，实现图像输入的功能。
3 学生课堂行为视频图像采集和识别软件
粘滞阻尼系数通过上述对流媒体视频图像采集系统进行分析，可以将学生课堂行为视频采集系统分为以下六大模块：视频采集和通信模块、图像处理模块、图像分析模块、行为异常分析模块、学生专注力分析模块和教学效果评估模块。系统软件结构如图2
所示。
图2 系统的软件结构
（1）视频采集和通信模块：充分发挥光的特性和作用，将捕捉得到的光学信号转化为可以识别的数字传输信号。（2）图像背景处理模块：对于摄像头所捕捉到的区域，将其分为若干个小区域，将其与后续的动作进行对比，从而对于学生的动作行为进行准确的识别。（3）图像分析模块：充分发挥计算机程序识别功能，对于视频中人像进行相应的识别。
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2019.04
（4）行为异常分析模块：当对不同帧的视频图像进行识别，与图像背景处理模块所得到人身轮廓进行比对，对于在阈值内的轮廓移动不予记录，超过阈值的人身轮廓移动对应的学生编号进行记录。
（5）学生专注力分析模块：对于行为异常分析模块中所获得的信息和数据进行全面的准确的分析，对于学生的专注力等情况进行科学的、准确的打分，这为教师开展课堂教学评估将会提供可靠的依据。
（6）教学效果评估模块：根据学生专注力评分结果，根据特定的算法，对于课堂教学效果进行科学的、准确的评价。
4 结束语
本文对于学生课堂行为视频图像采集和识别系统进行了初步
的研究和探索，但是，由于人身识别存在着较为鲜明的复杂性特征，因此，该系统仍然存在着较多不完善的地方亟需改进，主要表现在以下几个方面：
（1）系统在视频采集过程中，对于采集环境提出了较高的要求和标准。因此，必须要对特定的角度进行捕捉，保持摄像头固定，使得采集效果得到全面的提升。同时，视频传输过程中，计
算机性能会对传输效果带来直接性的影响，视频的流畅度无法得到绝对保障，可能会导致延迟等情况的发生，这对于用户的体验感将会带来一定的影响。
（2）该视频采集系统处于发展的初始阶段，识别准确率仍处于较低的水平，若学生动作较为频繁，这方面的问题尤为突出。（3）本系统缺乏学生专注力的行为学研究数据，需要在实际应用中根据实际采集图像识别后，靠操作人员积累经验，不断调整专注力判断的策略，毕竟无课堂异常行为并不代表就在专心听课，后续通过增加高清摄像头和人脸轮廓识别，逐渐将学生面部表情识别出来，这样才能提高专注力分析和教学效果评估的准确率。
随着我国全面进入素质教育阶段，学生课堂行为视频图像识别技术将受到越来越多的重视，相关的识别算法也在不断发展、完善中，有极为广阔的应用前景。参考文献
[1] 夏令，董宝田.铁路客运枢纽客流人数自动识别系统研究与实现[D].北京交通大学，2011.
（上接第274页）各种计算机科学与技术领域的设备更新换代的非常快，而教学设备是计算机科学与技术专业大学生进行实践教学的支撑，学生在实践过程中使用老旧的教学设备会非常不利于学生的实践过程，如果学校里面的设备不够先进会极大程度的影响学生的课程学习兴趣。这就需要学校对教学设备进行更新换代，只有教学设备提高了，教学质量才会提高，由于更新教学设备需要很多资金，所以各大高校应该把实践教学质量作为重心来培养，改变传统的教学理念，引进新的技术让学生能够跟上科技时代的发展，了解各种新技术的操作和应用。不要再继续使用老旧的设备，使用老化的设备会导致教学质量和效率无法提高，会从一定程度上阻碍学生的计算机科学与技术专业方向的发展。3.3 提高教师的专业水准
发光模组
教师的专业水平决定着学生的学习效率和质量，好的老师才能教出好的学生，在计算机科学与技术专业的实践中，教师的个人水平也决定着学生的实践效果，所以一定要提高教师的专业水准，要对教师的专业性进行考核，这样能够促使教师不断的学习完善自身，也要定期对计算机科学与技术专业的教师进行专业培训，让教师能够第一时间了解到计算机领域的新知识和新发展。在进行计算机科学与技术专业教学时，要明确课程的教学目标，不能只局限于学生学好理论知识和熟练某一种计算机设备的操作方式或是某种软件的开发应用，在教学过程中应该随着教学改革所要求的进行同步发展，跟上科技时代的脚步，结合计算机科学与技术的发展特点，对学生进行“计算机意识”的培养，培养学生能够
通过计算机能力解决问题，让学生了解到计算机科学与技术的重要作用，熟悉各种专业问题的解决方法和各种计算机设备的操作，教师具有一定的专业水准才能够在日常教学中提高教学质量，突出实践教学的能力。3.4 丰富教学手段
在教学条件和客观情况无法改变的前提下，教师应该通过各种不同的教学手段来开展课程教学，提高学生的学习效率，应该多采用现代化科技技术的教学手法，在上课过程中可以采用多媒体设备，在上课过程中通过文字、动画、和图片等方法的结合，可以把学习的重点和难点生动的展示给学生们，在这个过程中增加学生对于计算机科学与技术专业的学习兴趣，通过这种手段来活跃课堂气氛，能够使教学目标有效率的实现，但是不要因为多媒体设备的教学展示而忽略了学生的实践操作。
随着我国科技的迅速发展，计算机科学与技术专业也成为了
一个快速发展的专业，由于科技的进步是迅速的，所以计算机科学与技术专业的教学内容是无法跟上时代的进步的，所以只在课堂上对学生进行课程讲解是无法满足当代社会发展需要的，所以教师在开展教学时也要注重学生的课下学习，可以让学生们自行组成小组的形式，关注计算机科学与技术领域的最新发展动态，并且结合课堂所学的知识进行自主探讨，用自己所学的知识去尝试着了解这些发展的意义，并且总结出结论，在这个自主学习的过程中可以锻炼学生的解决问题的能力，并且巩固了课堂所学习的知识并且加深了对所学知识的印象和了解。
改变传统的考核模式，传统的试卷考试非常容易让学生对学习产生厌烦和排斥，如何在学习过程中过度的要求成绩，那就失去了学习的本质，论文的考查方式会让学生们只停留在理论知识里，忽略了实践的操作，所以为了增加学生的学习兴趣，应该舍弃传统的考核方式，采用全新的理念对学生进行计算机科学与技术的考核，如果想让实践教学与理论教学结合进行考核，就可以给学生布置一项实践操作的任务，让学生在完成这项任务时进行理论的分析和推导，再用实际的操作方式来证明理论的表现，这样就能完美的实现了理论教学与实践教学的完美结合，在设计考核题目时，也要注重对问题的分析和理解方面，这样才会让学生对计算机科学与技术专业的知识熟悉运用。
4 结束语
综上所述，对计算机科学与技术专业实践教学体系进行构建和实施是非常重要的，能够有效的提高我国目前计算机实践教学的质量，推进我国计算机领域的发展，展开实践性教学能够为我国的计算机技术领域提供更多的人才。参考文献
[1] 周磊.计算机科学与技术专业实践教学体系的构建与实施[J].新课程，2018（8）：142-142.
[2] 苏炳均，李林.计算机科学与技术专业应用型实践教学体系的构建与实施[J].电子商务，2017（12）：78-79+87.
[3] 徐炜.应用型计算机科学与技术专业实践教学体系之构建[J].福建电脑，2016（1）：143-144.
[4] 吴秀锋，王欢.计算机科学与技术专业实践教学体系的构建[J].环球市场，2017（2）.
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