課堂監(jiān)視監(jiān)聽(tīng)裝置的設(shè)計(jì)

王鵬 鄧昌建 母輝 董鳳 楊浩軒 暫智明 成都信息工程大學(xué)

1 引言

教室視頻監(jiān)控系統(tǒng)是提高網(wǎng)絡(luò)化電子教學(xué)監(jiān)控的手段，作為一種課堂教學(xué)管理與教學(xué)改進(jìn)的資料，需用保存相關(guān)的數(shù)據(jù)，對(duì)教學(xué)手段和方式的改進(jìn)提供教學(xué)依據(jù)。目前的錄像數(shù)據(jù)保存量大，不利于關(guān)鍵數(shù)據(jù)的保存。本文采用違規(guī)監(jiān)控的方式解決這個(gè)問(wèn)題。它可以對(duì)上課說(shuō)話、說(shuō)話聲音過(guò)響、考試講話、違規(guī)人識(shí)別等內(nèi)容進(jìn)行特殊保存。其中對(duì)聲音進(jìn)行定位的方法采用麥克風(fēng)陣列。

目前關(guān)于麥克風(fēng)陣列定位的方法有延遲-相加波束形成、時(shí)延估計(jì)-幾何定位（如廣義互相關(guān)時(shí)延估計(jì)法，自適應(yīng)時(shí)延估計(jì)法以及基于人耳特點(diǎn)的時(shí)延估計(jì)法）等。

本文采用的課堂監(jiān)聽(tīng)監(jiān)視裝置主要由下面兩部分組成：第1部分麥克風(fēng)陣列接收外界聲音，通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路，接入數(shù)據(jù)采集卡，在電腦中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到相應(yīng)坐標(biāo)。第2部分?jǐn)z像頭采集視頻信息，通過(guò)WiFi連接路由器，路由器連接電腦上，把視頻信息實(shí)時(shí)傳輸給顯示器。

下面分部分介紹裝置的設(shè)計(jì)。

2 麥克風(fēng)陣列定位設(shè)計(jì)

2.1 采集電路設(shè)計(jì)

聲音采集電路按照?qǐng)D1的電路設(shè)計(jì)，采用了2級(jí)自舉放大電路，每級(jí)放大10-100倍，使用了4路。

圖1 麥克風(fēng)采集電路設(shè)計(jì)

2.2 基于LABVIEW定位程序設(shè)計(jì)

而后采用了鎖相放大器測(cè)量到達(dá)時(shí)間差，鎖相放大器是一種用于測(cè)量動(dòng)態(tài)信號(hào)的電子儀器。它的主要組成部分有振蕩器，混頻器和低通濾波器。它應(yīng)用正交性原理能從被噪聲淹沒(méi)的信號(hào)中測(cè)出某一頻率的信號(hào)的相位和幅值。

從時(shí)間差到定位的原理圖如圖2所示。傳感器陣列采用正方形，傳感器的位置坐標(biāo)為（L，L），（-L，L），（-L，-L），（L，-L）。則聲源位置（x，y）可由下式算出（式中2L為正方陣的邊長(zhǎng)，Δt2，Δt3，Δt4分別為傳感器2，3，4相對(duì)于1的時(shí)差，c是傳播速度）。

圖2 4點(diǎn)定位原理

3 課堂監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與組成

攝像頭通過(guò)無(wú)線局域網(wǎng)與路由器相連，路由器連接電腦，通過(guò)電腦與顯示器相連，顯示器能得到實(shí)時(shí)拍攝畫(huà)面。

系統(tǒng)使用LABVIEW訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)攝像頭的方法

1）安裝VLC，播放網(wǎng)頁(yè)視頻，并且提供了網(wǎng)頁(yè)視頻采集的可能。

2）嘗試了三種LABVIEW調(diào)用網(wǎng)絡(luò)攝像頭的方法

第1種是使用IP camera adapter把網(wǎng)絡(luò)攝像頭初始化為本地?cái)z像頭，需要知道網(wǎng)絡(luò)攝像頭的IP地址，在初始化過(guò)程中，經(jīng)常遇到不能初始化的情況。在使用路由器時(shí)，常常需要破解路由器以安裝攝像頭驅(qū)動(dòng)，有時(shí)需要更改硬件電路，較為麻煩；

第2種是把攝像頭的拍攝內(nèi)容傳入攝像頭官方網(wǎng)站，通過(guò)LABVIEW訪問(wèn)網(wǎng)頁(yè)，提取網(wǎng)頁(yè)中的視頻信息；

第3種是通過(guò)LABVIEW通過(guò)訪問(wèn)網(wǎng)頁(yè)的方法訪問(wèn)攝像頭的IP地址，需要把攝像頭，PC連至同一路由器。

3.2 基于LABVIEW 的網(wǎng)絡(luò)視頻訪問(wèn)與存儲(chǔ)

最后系統(tǒng)采用了第3種方法。

所做的準(zhǔn)備工作如下：

添加WebBrowser --- .NET控件，在Framework2.0版中新增WebBrowser類，用戶可以在窗體中導(dǎo)航網(wǎng)頁(yè)，通過(guò)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)視頻的網(wǎng)址，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)視頻的訪問(wèn)。

這里WebBrowser作為控制對(duì)象，LabView作為控制器。

其效果和程序框圖如圖3所示。

圖3 網(wǎng)絡(luò)攝像頭訪問(wèn)與效果圖

時(shí)延測(cè)試仿真采用的鎖相放大的程序框圖如圖4所示。

圖4 鎖相放大的程序圖

4 結(jié)論

本文結(jié)合學(xué)校實(shí)際情況，設(shè)計(jì)一套實(shí)時(shí)的課堂監(jiān)聽(tīng)監(jiān)視系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)或考場(chǎng)對(duì)違規(guī)說(shuō)話或喧嘩的行為進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。該套監(jiān)控系統(tǒng)由前端監(jiān)視設(shè)備、傳輸設(shè)備、后端控制顯示設(shè)備這三大部分組成。本文采用了鎖相放大器電路對(duì)聲音進(jìn)行定位系統(tǒng)，并能對(duì)采集聲音源進(jìn)行錄制和保存，在多媒體中顯示出來(lái)。這樣有利于讓老師對(duì)教學(xué)紀(jì)律和教學(xué)秩序有更好的把握，以及學(xué)校對(duì)教學(xué)的更好的評(píng)估與監(jiān)督。

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