专利技术助推公益教育 VIPKID星云EI平台让山里娃看见世界

近年来，各种先进技术不断推动在线教育高速发展，成为在线教育企业竞争力“护城河”。技术专利不仅仅体现出了一家企业的技术创新水平，也对企业开拓市场、获得用户认可贡献了巨大能量。截止到2021年4月，在线教育科技企业VIPKID共302件发明专利通过知识产权局初步审查，成为在线教育领域拥有发明专利数量最多的企业之一。

作为一家教育科技公司，VIPKID一直十分重视技术创新，相关发明专利全方位覆盖了教学研究、教学设备课前课中课后的使用、平台运营和AI技术应用等众多环节；涵盖语言理解、图像识别、语音处理、音视频传输、教学监控、自适应系统、知识图谱和用户画像等24个技术领域；并被大范围运用在VIPKID的教、学、练、评、测等多个环节。

此外，VIPKID还致力于将自身的教育资源投入公益教育，通过先进的专利技术推动教育资源平衡。其自研的星云EI平台，深度集成了人工智能AI技术，构建了能真正帮到孩子学习的教育大数据，旨在通过技术赋能教育，为用户提供更好的学习体验。多年来，星云EI平台的一系列经典实践，为行业带来了众多生动的案例。

2018年9月中国高层发展论坛上，甘肃定西山区的男孩王前进出现在演讲视频中。12岁的王前进从没走出过大山，其祖辈都在山区务农，然而他却拥有一位身在美国的外教老师，每周带他了解大山外的世界。持续三年的学习中，王前进有了梦想：要去看看山外的大海，要每周读一本书，学好知识做一名护士。

王前进的故事发生在VIPKID搭建的“世界大课堂”中，在这里，超过5万名的偏远山区学龄儿童，出现在每周的跨国视频直播课堂中，在外教老师的引导下，学语言看世界，并立志要用知识，走出和父母不一样的人生轨迹。

这样的故事每时每刻都在VIPKID的平台上发生着，在过去的七年间，VIPKID搭建和打磨了“星云EI”平台，借此把“世界大课堂”带给全球数百万孩子们，连接优质的教育资源，让他们的未来因科技而更美好。而在这百万孩子的群体中，5万多的山区孩子更是因为“世界大课堂”的创想，面对未来拥有了更大的选择性。

星云EI：基于教育大数据和人工智能的高品质音视频直播平台

据介绍，“星云”寓意让全国每一个孩子都不因地域而落后，无论身处何方都能学习到如星云般璀璨的知识。“EI”代表Education Intelligence，是VIPKID针对教育教育场景开发定制的AI技术。

星云EI的底层是低延迟高稳定的音视频课堂直播技术。星云系统提供核心数据中心分布、保障骨干网络能力，解决了在线课堂的全球网络互通和优化；通过国内外供应商和节点网络，增加国内边缘节点与海外节点的覆盖；借助“边缘----中心”路由优化技术，优化回源网络质量；SDN方案，全链路优化端到端的使用场景。

星云EI还利用自主知识产权的AI以及大数据技术，打通了在线教育大数据与学习效果体系之间的联系。通过AI分析过往数年全部老师和学生的每一节课，自动提取最高效的在线教学动作，实现教学体系高效迭代，形成学生和老师共有的个性化学习图谱。该平台以每节课的学生和老师的视频作为输入，结合业界领先的图像分析算法、音频处理算法以及语义分析算法，通过实时监测在线教育全教学流程中包括课堂表现、课前课后学习行为、LP督学、各阶段学习结果约100项指标。星云EI用分析了80万+学生、8800万节课，处理视频总数1.76亿条，时长超50亿分钟，总计超40亿条指标数据，输出AI指标52.8亿个。AI计算由流式处理架构实现，整体处理时效性在T+1内完成。借助先进的AI技术挖掘学习现象背后的因果逻辑，让教、学、练、测、评每一个环节的优化都有迹可循，也通过AI老师实现了真正的自适应学习。

在星云EI的音视频直播技术保障下，在线一对一课堂实现了高清晰度的视频交互通信，保证网络顺畅稳定与信息安全，在最高达3.5万课程实时并发的环境下，网络延时少于200ms，同时完课率提升到了99.5%，因网络原因而产生的投诉则下降到不足1%，这意味着每年可以为中国孩子多提供超过91万节的优质外教课程。

星云EI实现了真人老师AI分身 ，利用GAN视觉生成算法并结合语音技术，根据自定义的文本内容生成含有自然表情和肢体语言的老师形象。所生成视频逼真程度主观打分超过75%，用于衡量音画同步水平的人脸关键点L2距离仅0.6。真人老师AI分身内置的TTS技术可以在中英双语言自由转换，通过加入guided attention等技巧优化序列对齐信息，同时完成了中英文四级韵律预测，实现了近似人类发音的韵律特征。目前真人老师AI分身已应用在近20%的非1对1教学任务当中，可以实时与孩子产生交互，根据孩子的回答内容给出不一样的反馈，提升互动性。AI老师的出现打破了山区教育“师资成本过高”和“供给稀缺”的瓶颈，可极大地节约运营、助教、销售等金钱成本，以及培训老师所需的时间成本。

星云EI还提供了智能口语测评能力，满足山区孩子学习效果外化的迫切寻求。语言学习过程中，山区的孩子们缺少说练的场景。VIPKID研发的AI口语评测和AI智慧教育，让边远贫困孩子上课之后，仍然可以持续说英语听英语。

VIPKID利用积累了7年的英语外教的语音数据，通过半监督机器学习、DNN GoP的口语评测技术，融合BLSTM、TDNNF、CTC、Attention、GBDT等多种网络结构与算法机制，提取包括GoP在内的超过100维的高维口语语音特征，针对性的构建了充分适合中国青少儿学习英语时的口语练习评测模型和系统。其AI英语口语评测技术能够具有卓越的适合中国青少儿的英语口语水平准确度和区分度。星云EI口语评测的Pearson相关系数比国内平均水平提升了11.6%。系统针对实际学习场景，通过语音活动检测、语音信号前端处理、ASR、声纹与说话人分离等多种语音技术的优化，可靠保障了课堂教学以及各个口语练习场景的评测质量和用户交互体验，达成率超过98.3%。目前，VIPKID的AI口语评测系统，已成为近百万青少儿的最佳“AI陪练老师”，日均调用量已达近千万次。

为提升老师人效，星云EI集成了自动作业批改平台。自动作业批改基于光符识别技术（OCR）和自然语言技术（NLP）实现，自上线来日均批改作业10W+，日均节省每个教辅老师人力2小时。家长或老师只需拍照作业上传检查，平台将在1秒内给出批改结果，对有错误的题目进行高亮标注，并推荐出正确的答案。自动作业帮助山区老师人效提升达到30%以上，将更多的精力给与到与孩子互动的环节，同时孩子们也享受到更快更准确的作业批改质量。

星云EI还实现教育界首个“AI看课”系统，“AI看课”能够利用音视频分析技术，自动总结上课信息，快速了解师生上课背景，以此作为师生互动情况的重要参考。该系统集成了课件大纲，可以帮助教辅老师快速、全面了解本节课外教授课知识点。该系统还自动给UA测评、外教发音、学生发音、精彩视频等信息打点，帮助教辅老师快速掌握整节课师生核心指标是否正常。使用“AI看课”系统，家长还可以随时查看学习情况。部分在外务工的山区孩子家长，更是可以借助此系统了解孩子学习进展，增进亲子联系。目前AI看课系统已经达到了日均20多万节课的调用量，让孩子的每一节课都成为收获满满的精彩回忆。

经验迁移，助推教育精准扶贫

“扶贫必扶智，治贫先重教”，为贫困山区儿童提供良好教育，是社会阻断贫困代际传递的有效途径。在为东部发达城市学生提供一对一教育服务四年后，VIPKID沉淀在线教学能力，迁移服务经验，推出“乡村公益英语课堂”项目，实现北美外教与贫困山区儿童直接在线，有力的推动了教育扶贫的实施。

众多“王前进们”的故事正在VIPKID平台上发生，还有更多“埋下一颗种子 长出一棵大树”的美好故事即将发生。借助科技的力量，让世界更美好，这是全人类的梦想，究根到底，“科技向善”是全世界共同的愿景。VIPKID在“科技向善”的愿景指导下，面对“教育扶贫”这一课题，“软”“硬”并施，借助互联网技术打破城乡教学之间的壁垒。这一创新，将为“教育扶贫”这一国家战略开创新模式。

在推动教育精准扶贫的背后，VIPKID在技术上的投入与研发同样收获了众多来自外界的肯定。凭借302件技术发明专利领跑行业的同时，VIPKID还在美国、欧洲、日本、韩国、台湾等多个国家/地区进行了专利的海外布局，并在2020年斩获了“北京市海淀区高价值专利培育大赛”大奖。星云EI平台作为VIPKID的重要技术研发成果，承载了VIPKID强大的技术实力，同时也体现出了VIPKID在技术上的高投入以及领先性。未来，凭借星云EI平台，VIPKID将帮助更多的孩子们连接优质教育资源，插上梦想的翅膀。