一种课堂声音交互系统的制作方法

本发明涉及教学装置，尤其涉及一种课堂声音交互系统。

背景技术：

互动教学系统是集视频、音频和数据通讯于一体，支持丰富的多媒体教学和课件制作管理，可实现互动、直播、点播等多种教学模式，是一套专门面向教育主管单位、学校、培训机构和企业推出的学习管理、知识管理的互动网络学习平台系统。

现有的交互系统一般集中在音视频的互动上，对于声音的传播一般采用传统的扩音器，而当多个班级同时进行教学时，由于扩音器的声音很大，且针对性不好，很容易造成其他教室收到干扰的现象。

此外，当前的课堂多数需要进行签到，传统的纸质签到效率很低，而电子打卡式签到方式对于身份识别的效果不好，很容易发生代签或者作弊的可能。

技术实现要素：

针对上述内容，为解决上述问题，提供一种课堂声音交互系统，包括中继主机、计算机、手机、麦克风、蓝牙耳机；中继主机可同多个蓝牙耳机无线连接，每个蓝牙耳机具有唯一身份识别信息；计算机和手机可以与中继主机无线连接，计算机或手机可以从中继主机获取与中继主机建立连接的蓝牙耳机的数量和身份识别信息；

麦克风与中继主机无线连接，麦克风收录的声音信号可以被中继主机实时转发给蓝牙耳机，蓝牙耳机具有收音功能，蓝牙耳机收集的声音信号可发送给中继主机进行文字识别和声纹识别。

中继主机包括主控制器、供电模块、wifi模块、多设备蓝牙模块、存储模块、声音识别模块；主控制器连接wifi模块、多设备蓝牙模块、存储模块、声音识别模块；供电模块为wifi模块、主控制器、多设备蓝牙模块进行供电；多设备蓝牙模块用于连接麦克风和多个蓝牙耳机；wifi模块用于连接计算机或者手机；

主控制器将从麦克风获取的声音信号经过降噪处理后发送给蓝牙耳机；

存储模块用于存储随堂文字密码、多个声纹特征数据以及多个蓝牙耳机的身份识别信息和用户id信息；

声音识别模块可以主控制器获取蓝牙耳机上传的声音信号并对该声音信号进行文字识别和声纹识别，并将文字识别和声纹识别的结果发送给主控制器。

蓝牙耳机包括电源模块、耳机控制器、距离检测模块、耳机蓝牙模块、身份识别模块、功放模块、收音模块、发声单元；

耳机控制器连接距离检测模块、耳机蓝牙模块、身份识别模块、功放模块、收音模块；电源模块为耳机控制器、耳机蓝牙模块、功放模块进行供电；

耳机蓝牙模块用于连接中继主机，并从中继主机获取声音信号；身份识别模块内存储有身份识别信息，当耳机蓝牙模块和中继主机建立连接后，中继主机从身份识别模块获取身份识别信息，用于对蓝牙耳机进行个体识别；

距离检测模块设置于蓝牙耳机的发声单元外，用于检测发声单元距离人的距离，只有距离检测模块检测的距离小于阈值时，蓝牙耳机才可以持续工作，否则蓝牙耳机连续工作5min后自动关闭；

功放模块连接发声单元，功放模块用于将中继主机下发的声音信号进行放大，并通过发声单元进行发声；

收音模块用于收集蓝牙耳机附近的声音，并将声音转化成数字信号后发送给中继主机。

主控制器将从麦克风获取的声音信号经过降噪处理的过程为：

麦克风收集第一声音信号，并将第一声音信号转换成第一数字声音信号，然后将第一数字声音信号发送给中继主机的主控制器；多个蓝牙耳机的收音单元收集多个第二声音信号，并将第二声音信号转换成第二数字声音信号，然后将第二数字声音信号发送给中继主机的主控制器，主控制器将多个第二数字声音信号进行信号叠加，并进行音量标准化，得到标准化第二数字声音信号；主控制器将第一数字声音信号和标准化第二数字声音信号进行快速傅里叶变换，转换成频域的第一频域信号和第二频域信号；主控制器将第一频域信号和第二频域信号进行差分，将第一频域信号内的第二频域信号进行扣除；然后将差分后的差分频域信号进行快速傅里叶逆变换，得到差分数字声音信号，从而实现降噪处理。

课堂交互系统还具有签到功能，所述签到功能的具体工作方式为：

通过计算机或者手机向中继主机发送签到开始信号，中继主机进入签到模式；

通过计算机或者手机向中继主机输入随堂文字密码，所述随堂文字密码为用户根据自己喜好输入的文字密码；中继主机将随堂文字密码置入存储模块存储；

蓝牙耳机和中继主机建立蓝牙连接，中继主机从蓝牙耳机内获取身份识别信息；

声音识别模块从主控制器获取某一蓝牙耳机上传的声音信号并对该声音信号进行文字识别和声纹识别，并将文字识别和声纹识别的结果以及该蓝牙耳机的身份识别信息一同发送给主控制器；主控制器将声音识别模块识别的文字信息和存储模块内的随堂文字密码进行比较，核对是否匹配；

如果匹配，则主控制器将声音识别模块的声纹识别结果和存储模块内存储的声纹特征数据进行比较，获取声纹信息对应的用户第一id信息；然后主控制将蓝牙耳机的身份识别信息同存储器内的用户id信息进行匹配，得用户第二id信息；主控制机对比第一id信息和第二id信息是否对应同一用户，如果是，则将该用户信息发送给计算机或者手机完成签到。

待计算机或者手机向中继主机发送签到停止信号后中继主机退出签到模式。

蓝牙耳机上设置有多个指示灯，当蓝牙耳机同中继耳机建立连接后，第一指示灯显示绿色；当蓝牙耳机完成签到并合格后，中继主机向蓝牙耳机发送签到完成信号，蓝牙耳机的第二指示灯显示绿色；

蓝牙耳机上还设置有开关，用于控制蓝牙耳机的电源开关。

本发明的有益效果为：

本发明结合蓝牙耳机的特点建立了课堂互动系统，通过蓝牙耳机的中继主机建立连接，克服了现有技术中课堂受限于空间的大小，声音传递受限制和采用普通的扩音器导致的噪音的问题；此外本发明的装置均为无线连接，摆放自由，使用完毕后可以随意收纳。

本发明结合了蓝牙耳机的功能，将麦克风收集的声音进行降噪后再发送至蓝牙耳机，大大提高了声音的清晰度，且噪音通过蓝牙耳机进行收集，收集的噪音经过了叠加，避免了单个噪音源的差异性，降噪效果更好。

本发明还建立了新的签到系统，签到快捷，使用随堂文字密码、耳机身份识别和声纹识别的集合的方式，只有随堂文字密码、耳机身份和声纹识别结果都匹配以后才可以完成签到，且随堂文字密码随机性强，几乎不可能存在破解或者作弊的可能，杜绝了代签的可能性。

附图说明

被包括来提供对所公开主题的进一步认识的附图，将被并入此说明书并构成该说明书的一部分。附图也阐明了所公开主题的实现，以及连同详细描述一起用于解释所公开主题的实现原则。没有尝试对所公开主题的基本理解及其多种实践方式展示超过需要的结构细节。

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明的中继主机的功能模块图；

图3为本发明蓝牙耳机的功能模块图；

图4为本发明蓝牙耳机的外观图。

具体实施方式

本发明的优点、特征以及达成所述目的的方法通过附图及后续的详细说明将会明确。

实施例1：

结合图1-4，一种课堂声音交互系统，包括中继主机1、计算机2、手机3、麦克风4、蓝牙耳机5；中继主机1可同多个蓝牙耳机5无线连接，每个蓝牙耳机5具有唯一身份识别信息；计算机2和手机3可以与中继主机1无线连接，计算机2或手机3可以从中继主机1获取与中继主机1建立连接的蓝牙耳机5的数量和身份识别信息；

麦克风4与中继主机1无线连接，麦克风4收录的声音信号可以被中继主机1实时转发给蓝牙耳机5，蓝牙耳机5具有收音功能，蓝牙耳机5收集的声音信号可发送给中继主机1进行文字识别和声纹识别。

中继主机1包括主控制器、供电模块、wifi模块、多设备蓝牙模块、存储模块、声音识别模块；主控制器连接wifi模块、多设备蓝牙模块、存储模块、声音识别模块；供电模块为wifi模块、主控制器、多设备蓝牙模块进行供电；多设备蓝牙模块用于连接麦克风4和多个蓝牙耳机5；wifi模块用于连接计算机2或者手机3；

主控制器将从麦克风4获取的声音信号经过降噪处理后发送给蓝牙耳机5；

存储模块用于存储随堂文字密码、多个声纹特征数据以及多个蓝牙耳机5的身份识别信息和用户id信息；

声音识别模块可以主控制器获取蓝牙耳机5上传的声音信号并对该声音信号进行文字识别和声纹识别，并将文字识别和声纹识别的结果发送给主控制器。

蓝牙耳机5包括电源模块、耳机控制器、距离检测模块、耳机蓝牙模块、身份识别模块、功放模块、收音模块54、发声单元53；

耳机控制器连接距离检测模块、耳机蓝牙模块、身份识别模块、功放模块、收音模块54；电源模块为耳机控制器、耳机蓝牙模块、功放模块进行供电；

耳机蓝牙模块用于连接中继主机1，并从中继主机1获取声音信号；身份识别模块内存储有身份识别信息，当耳机蓝牙模块和中继主机1建立连接后，中继主机1从身份识别模块获取身份识别信息，用于对蓝牙耳机5进行个体识别；

距离检测模块设置于蓝牙耳机5的发声单元53外，用于检测发声单元53距离人的距离，只有距离检测模块检测的距离小于阈值时，蓝牙耳机5才可以持续工作，否则蓝牙耳机5连续工作5min后自动关闭；

功放模块连接发声单元53，功放模块用于将中继主机1下发的声音信号进行放大，并通过发声单元53进行发声；

收音模块54用于收集蓝牙耳机5附近的声音，并将声音转化成数字信号后发送给中继主机1。

实施例2：

本实施例介绍降噪过程。

主控制器将从麦克风4获取的声音信号经过降噪处理的过程为：

麦克风4收集第一声音信号，并将第一声音信号转换成第一数字声音信号，然后将第一数字声音信号发送给中继主机1的主控制器；多个蓝牙耳机5的收音单元收集多个第二声音信号，并将第二声音信号转换成第二数字声音信号，然后将第二数字声音信号发送给中继主机1的主控制器，主控制器将多个第二数字声音信号进行信号叠加，并进行音量标准化，得到标准化第二数字声音信号；主控制器将第一数字声音信号和标准化第二数字声音信号进行快速傅里叶变换，转换成频域的第一频域信号和第二频域信号；主控制器将第一频域信号和第二频域信号进行差分，将第一频域信号内的第二频域信号进行扣除；然后将差分后的差分频域信号进行快速傅里叶逆变换，得到差分数字声音信号，从而实现降噪处理。

实施例3：

本实施例介绍签到功能，所述签到功能的具体工作方式为：

通过计算机2或者手机3向中继主机1发送签到开始信号，中继主机1进入签到模式；

通过计算机2或者手机3向中继主机1输入随堂文字密码，所述随堂文字密码为用户根据自己喜好输入的文字密码；中继主机1将随堂文字密码置入存储模块存储；

蓝牙耳机5和中继主机1建立蓝牙连接，中继主机1从蓝牙耳机5内获取身份识别信息；

声音识别模块从主控制器获取某一蓝牙耳机5上传的声音信号并对该声音信号进行文字识别和声纹识别，并将文字识别和声纹识别的结果以及该蓝牙耳机5的身份识别信息一同发送给主控制器；主控制器将声音识别模块识别的文字信息和存储模块内的随堂文字密码进行比较，核对是否匹配；

如果匹配，则主控制器将声音识别模块的声纹识别结果和存储模块内存储的声纹特征数据进行比较，获取声纹信息对应的用户第一id信息；然后主控制将蓝牙耳机5的身份识别信息同存储器内的用户id信息进行匹配，得用户第二id信息；主控制机对比第一id信息和第二id信息是否对应同一用户，如果是，则将该用户信息发送给计算机2或者手机3完成签到。

待计算机2或者手机3向中继主机1发送签到停止信号后中继主机1退出签到模式。

蓝牙耳机5上设置有多个指示灯，当蓝牙耳机5同中继耳机建立连接后，第一指示灯51显示绿色；当蓝牙耳机5完成签到并合格后，中继主机1向蓝牙耳机5发送签到完成信号，蓝牙耳机5的第二指示灯52显示绿色；

蓝牙耳机5上还设置有开关55，用于控制蓝牙耳机5的电源开关。

实施例4：

蓝牙耳机还可以作为普通蓝牙耳机使用，使用时蓝牙耳机可以连接具有蓝牙功能的手机或者其他移动终端，手机或者其他移动终端向蓝牙耳机发送数字声音信号，并通过蓝牙耳机进行播放；蓝牙耳机的收音模块收集声音，并发送至手机或者其他移动终端，实现蓝牙麦克风功能。

这样一来，蓝牙耳机不仅可以课上使用，还可以平时使用，大大提高了利用率，避免了资源浪费。

以上所述，仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。