[发明专利]一种远程钢琴教学互动管理系统

权利要求书

1.一种远程钢琴教学互动管理系统，其特征在于，所述远程钢琴教学互动管理系统设置有：教师终端、钢琴、信号转换器、中央处理器、路径控制单元、信号转换器、电子音乐装置、反馈模块、学生终端、钢琴、教师摄像模块、教师声音采集模块、教师显示模块、学生摄像模块、学生声音采集模块、学生显示、路径调节模块；

所述教师终端电连接于所述钢琴；所述钢琴通过电连接于所述信号转换器；所述信号转换器电连接于所述中央处理器；所述中央处理器电连接于所述路径控制单元；所述路径控制单元电连接于所述信号转换器；

所述信号转换器电连接于所述电子音乐装置；所述电子音乐装置电连接于所述反馈模块；所述反馈模块电连接于所述学生终端；所述学生终端双向电连接于所述钢琴；所述学生终端双向电连接于所述学生摄像模块；

所述钢琴上嵌装有音频信号采集器，将采集到的音频模拟信号传入信号转换器；

所述反馈控制单元包括反馈调节器，并且包含有评分按钮，进行教学质量评分反馈给教师，使得教师及时调整教学进程及其教学方案；

所述所有摄像模块包含摄像头以及采光灯；

所述摄像模块在一个扫描区域中对变化区域进行矩形分割算法具体方法如下：

步骤一，图像发送端首先获得屏幕的分辨率，得到列扫描的范围0～C和行扫描的范围0～R；

步骤二，发送端将当前帧图像保存区的数据保存到前一帧图像缓冲区；截获当前的屏幕位图数据并保存在当前帧图像缓冲区；

步骤三，发送端首先初始化变化矩形区域左上角坐标和右下角坐标为(0，0)，下次扫描起点坐标为(0，0)，行无变化标识为true，更新列扫描的范围和行扫描的范围；

步骤四，判断是否在行扫描范围内，不在，跳转到步骤十；

步骤五，判断是否在列扫描范围内，不在，跳转到步骤八；在列扫描范围内采用隔列直接比较法对当前采样点进行检测；值不同，首先将行无变化标识设置为false，然后判断是否是检测到的第一个变化采样点，是将采样点坐标作为变化矩形区域的左上角坐标，不是第一个变化采样点，将矩形右下角的坐标和该点的坐标比较并取最大值作为新的矩形右下角坐标，再判断该采样点是否是本行第一个变化采样点，是就将该采样点的纵坐标同矩形左上角的纵坐标进行比较并取最小值更新变化矩形区域的左上角坐标；值相同，需要判断行无变化标识是否为false，如果是false，记录坐标作为下次扫描的起点，检测到是最后一列采样点，将最后一列采样点坐标作为下次扫描的起点，跳转到步骤七；

步骤六，把列坐标右移N列，跳转到步骤五检测下一个采样点；

步骤七，本行检测完毕，将本行的下次扫描起点坐标与上一行记录的下次扫描起点坐标比较，并取最大值作为新的下次扫描起点坐标，行号加1，跳转到步骤四从下一行从头开始从左到右检测；

步骤八，判断行无变化标识是否为true且变化矩形区域左上角坐标不为(0，0)，不是true，行号加1，跳转到步骤四；是true，则表明整行无不同像素点，得到了一个变化的矩形区域块；得到的变化矩形区域块左上角纵坐标向左移动N列，右下角纵坐标向右移动N列以包含图像边界信息；

步骤九，记录检测出的变化矩形区域坐标和相对应的下次扫描起点坐标，判断当前列扫描的范围是否0～C且行扫描的范围是否0～R，是，设置标识表明当前检测出的变化矩形区域标识是第一次检测出的，然后行号加1跳转到步骤四从下一行开始检测下一个变化的矩形区域块；直到检测超出行扫描的范围；

步骤十，本次检测完毕后，对本次检测中所有的下次扫描起点进行处理，计算出下次扫描范围的集合；首先检查本次检测出的第一个下次扫描起点的纵坐标是否比最后一列采样点的纵坐标小，不是，该区域检测完成，检测下一个下次扫描起点的纵坐标；是，以第一次检测出的变化矩形区域左上角的横坐标为横坐标，以当前变化矩形区域相关的下次扫描起点坐标的纵坐标为纵坐标，生成一个下次扫描范围的左上角坐标；以第一次检测出的变化矩形区域右下角的横坐标为横坐标，以屏幕的最大列数C为纵坐标生成一个下次扫描范围的右下角坐标；接着处理第二个下次扫描起点，直到本次检测中所有的下次扫描起点都被处理为止；

步骤十一，检测下次扫描范围集合中所有的扫描区域，首先基于下次扫描范围集合中第一个扫描区域的宽度和高度，生成行扫描和列扫描的范围，重复步骤三到步骤十检测第一个扫描区域中变化的矩形区域块，接着处理第二个扫描区域，直到下次扫描范围集合中所有的扫描区域都被检测为止；

步骤十二，重复步骤十到步骤十一，得到下一次扫描范围的变化矩形区域块，直到所有的下次扫描起点的纵坐标大于或等于最后一列采样点的纵坐标，整个屏幕检测完毕；

步骤十三，得到了所有该帧图像相对于前一帧图像变化的面积最小的不重叠矩形区域的集合，检查该集合中的矩形区域，两个矩形其左上角纵坐标和右下角纵坐标相同，且一个矩形的右下角横坐标与另一个矩形左上角横坐标相邻，合并为一个矩形，然后再压缩并发送矩形区域的集合所包含的图像数据及对应坐标到客户端；

步骤十四，图像接收端将接收的数据减压后基于每个矩形区域图像数据及对应坐标整合至前一帧图像中并显示；

步骤十五，每隔T秒重复步骤二到步骤十四，根据应用场景的不同和带宽的要求，对间隔时间T做调整；

所述学生终端包含有多个独立终端；

所述教师终端设置有教师摄像模块和教师显示模块，教师摄像模块和教师显示模块直接与教师终端相连接；

所述教师端钢琴设置有教师声音采集模块，教师声音采集模块直接与钢琴相连接；

所述学生终端设置有学生显示模块和学生摄像模块，学生摄像模块和学生显示模块直接与学生终端相连；

所述学生端钢琴设置有学生声音采集模块，学生声音采集模块直接与钢琴相连；

所述路径控制单元设置有路径调节模块，路径调节模块直接与路径控制单元相连接；

所述中央处理器接收信号的循环共变函数包括：

所述信号含有服从SαS分布噪声的MPSK信号，表示为：

x ( t ) = E V ( t ) exp [ j ( 2 πf c t + φ 0 ) ] + w ( t ) ; ]]>

其中E是信号的平均功率，M＝2k，m＝1,2,...M,q(t)表示矩形脉冲波形，T表示符号周期，fc表示载波频率，φ0表示初始相位，若(此处是否需要加条件：若)w(t)是服从SαS分布的非高斯噪声，则其自共变函数定义为：

R x , C ( t , τ ) = [ x ( t ) , x ( t - τ ) ] α = E ( x ( t ) ( x ( t - τ ) ) < p - 1 > ) E ( | x ( t - τ ) | p ) γ x ( t - τ ) ; ]]>

其中(x(t-τ))<p-1>＝|x(t-τ)|p-2x*(t-τ)，γx(t-τ)是x(t)的分散系数，则x(t)的循环共变定义为：

R x , C ϵ ( t , τ ) = 1 T 0 ∫ - T 0 / 2 T 0 / 2 R x , C ( t , τ ) e - j 2 π ϵ t d t = 1 T ∫ - T / 2 T / 2 E ( x ( t ) ( x ( t - τ ) ) < p - 1 > ) E ( | x ( t - τ ) | p ) γ x ( t - τ ) e - j 2 π ϵ t d t ; ]]>

其中ε称为循环频率，T为一个码元周期。

2.如权利要求1所述的远程钢琴教学互动管理系统，其特征在于，所述路径控制单元根据自适应距离修正算法，估计出待定位节点的坐标O(x,y)；包括：

第一步，选定差分修正点，确定定位交点坐标和复数定位交点，计算定位交点间距离；

从d′i(i＝0,1,2,…,n)中选择距离值最小的锚节点A0为差分修正点，再从剩余的距离值中取出3个最小的距离值，假设这3个为距离值分别d′1、d′2和d′3，对应的锚节点坐标分别为A1(x1,y1)、A2(x2,y2)和A3(x3,y3)，分别以锚节点Ai(xi,yi)为圆心，d′i为半径作三个定位圆i，其中i＝1,2,3，三个定位圆的相交情况共有6种，两个圆之间存在两个交点，这两个交点为两个相等的实数交点，或两个不相等的实数交点，或两个复数交点；从两个定位圆的两个交点中，选择与第三定位圆圆心坐标的距离较小的那个交点作为定位交点，以参与待定位节点的定位；由3个定位圆确定三个定位交点及复数定位交点的个数m，由定位圆2和定位圆3确定的定位交点坐标为A′(x1,y1)、由定位圆1和定位圆3确定的定位交点的坐标为B′(x2,y2)，由定位圆1和定位圆2确定的定位交点的坐标为C′(x3,y3)，定位交点A′与B′、B′与C′、A′与C′的距离分别为d12、d23、d13：

d 12 = ( x 1 - x 2 ) 2 + ( y 1 - y 2 ) 2 ]]>

d 23 = ( x 2 - x 3 ) 2 + ( y 2 - y 3 ) 2 ]]>

d 13 = ( x 1 - x 3 ) 2 + ( y 1 - y 3 ) 2 ]]>

第二步，设置阈值T，个体差异系数修正系数w，参数λ(λ>0)；

第三步，根据三个定位交点之间的距离d12、d23和d13的大小，判断是否需要对d′1、d′2、d′3进行修正，若d12<T、d23<T、d13<T，则无需对d′1、d′2、d′3进行修正，执行第五步，否则，需要对d′1、d′2、d′3进行修正，执行第四步；

第四步，调节三个测量距离的方向修正因子λ1、λ2和λ3，根据如下自适应距离修正公式修正d′1、d′2、d′3，得到修正距离为d1、d2、d3：

d i = d i - λ i ( d 0 i - d 0 i ) exp 1 - d i / ( d 0 i - d 0 i ω Σ k = 1 n d 0 k - d 0 k d 0 k ′ ) ; ]]>

其中，di表示待定位节点与锚节点Ai之间的修正距离，d0i表示差分修正点A0与锚节点Ai之间的实际距离，d′0i表示差分修正点A0与锚节点Ai之间的测量距离，w表示个体差异系数修正系数，λi表示方向修正因子，exp(·)表示指数函数；

根据修正后的距离d1、d2、d3，重新求解修正后的三个定位交点间的距离d12、d23、d13，返回第三步；

第五步，根据如下公式，计算出待定位节点的定位坐标O(x0,y0)：

x 0 = α 1 x 1 + α 2 x 2 + α 3 x 3 0 α 1 , α 2 , α 3 1 y 0 = β 1 y 1 + β 2 y 2 + β 3 y 3 0 β 1 , β 2 , β 3 1 ; ]]>

其中，α1、α2、α3分别表示x′1、x′2、x′3的权重，β1、β2、β3分别表示y′1、y′2、y′3的权重；

在第四步中，调节三个测量距离的方向修正因子λ1、λ2和λ3具体包括：

三个定位圆复数定位交点个数m为0，且三圆不交于一点，即x′1、x′2、x′3不同时相等，y1、y2、y3不同时相等，则令λ1＝λ、λ2＝λ、λ3＝λ；

三个定位圆复数定位交点个数m为1且该复数定位交点位于第三个定位圆圆内，当A′(x1,y1)为复数定位交点时，令λ1＝λ、λ2＝-λ、λ3＝-λ；当B′(x2,y2)为复数定位交点时，令λ1＝-λ、λ2＝λ、λ3＝-λ；当C′(x3,y3)为复数定位交点时，令λ1＝-λ、λ2＝-λ、λ3＝λ；

三个定位圆复数定位交点个数m为1且该复数定位交点位于第三个定位圆圆外，则令λ1＝-λ、λ2＝-λ、λ3＝-λ；

三个定位圆复数定位交点个数m为2或3，令λ1＝-λ、λ2＝-λ、λ3＝-λ。