多媒體教育信息通信平臺設計

靳亞敏

關鍵詞： 多媒體; 教育信息; 通信平臺; 多終端呼叫; 壓縮編碼; 軟件設計

中圖分類號： TN911?34; TP399 ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號： 1004?373X（2018）24?0057?04

Design of multi?media education information communication platform

JIN Yamin

（Anyang University， Anyang 455000， China）

Abstract： In allusion to the long?term existing problems of poor communication effect and large time?consumption of the traditional communication platform for multi?media education information， a multi?media education information communication platform based on multi?terminal calls is proposed and designed. On the basis of analyzing the compression coding principle of multi?media educational information， the structure diagram for hardware of the overall multi?media education information communication platform is given， block design is conducted for the main communication modules， and also the software design process of the platform is given. The experimental results show that the improved communication platform has high communication efficiency and small time?consumption， which has a certain advantage over the traditional communication platform.

Keywords： multi?media; education information; communication platform; multi?terminal call; compression coding; software design

近年來，隨著計算機網絡及多媒體技術的迅猛發展，以計算機、投影機等多媒體教學設備為核心的多媒體教學已經在多數院校普及[1]。由于多媒體教學設備種類較多，操作復雜，多媒體教育信息的高效通信成為了該領域研究的重點。傳統通信平臺將底層通信規范應用于多媒體教育信息通信平臺中，實現了各級用戶間的開放式數據通信，但是忽略了中央控制器在控制過程中對通信造成的影響，存在通信效率低的問題[2]。對此提出并設計基于多終端呼叫的多媒體教育信息通信平臺，并進行實驗分析。實驗結果表明，采用改進通信平臺，其通信效果較高，耗時較短，相比傳統通信平臺，具有一定的優勢。

1 ?多媒體教育信息壓縮編碼原理分析

多媒體教育信息通信平臺對信息進行處理時需要經過一系列流程，該流程主要包括模擬信息、數字化、壓縮編碼、存儲或傳輸以及解碼再現。其中最重要的環節為壓縮編碼，因為多媒體信息數量不計其數，所以需要對其進行壓縮處理，經處理后不僅可以達到用最少的數據來準確表達信息的目的，還可以達到減少存儲和傳輸開銷的效果。雖然多媒體教育信息壓縮編碼算法的種類眾多，但是其結構基本相同，如圖1所示。多媒體教育信息壓縮編碼算法中包含一些關鍵方法，例如：碼率控制方法、DCT變換方法、信息補償方法、量化方法和熵編碼方法等。

通過碼率控制方法編碼出來的比特流可以達到不同應用環境的帶寬要求，主要是因為在運用碼率控制方法時，通過對圖像內容復雜情況和緩沖區域占空比的檢測來反映控制量化補償的大小，從而完成對編碼器輸出碼率的有效控制。DCT變換方法最重要的目的是把空域上的信息進行轉換，使其轉換到鄰域上，完成對多媒體信息的集中處理，處理后有利于對其進行壓縮。DCT變換的實質是對多媒體教育信息進行二維DCT變換，這一環節也是對變換編碼方法的應用。

信息補償的最終目的是對多媒體教育信息進行壓縮，通過查找多媒體教育信息彼此之間的關聯信息來對其時間相關性進行消除，這一環節是對預測編碼方法的運用。量化方法是依據多媒體的視覺特性對經過DCT變換后的系數進行量化處理，其中，選取量化因子時要注意緩沖區占空比和編碼碼率。熵編碼方法的原理是依據出現的概率給不同符號搭配不同長度的碼字，使最后的平均碼長達到最小值，其具體過程是將DCT變換和量化之后的系數進行可變長編碼，這一環節是對統計編碼方法的應用。

2 ?硬件系統結構圖

多媒體教育信息通信平臺主要由控制模塊、射頻讀卡模塊、通信模塊、信息采集模塊組成，而控制模塊則主要由控制面板、音頻切換和開關控制組成。硬件系統的框圖如圖2所示。

在多媒體教育信息通信平臺中，控制面板輸入操作信息，音頻切換主要根據鍵盤操作將系統切換到相關的音頻和視頻源，開關控制電路主要控制設備電源、投影機、電動投影幕、音響等。三者構成了設備的控制模塊，并最終達到對多媒體教育相關設備進行管理的目的。射頻讀卡模塊主要利用射頻IC卡來確認使用者使用多媒體設備的權限。網絡通信模塊則主要負責遠程監控多媒體教育設備中控制系統的網絡通信，通信平臺控制芯片以及嵌入式TCP/IP協議棧，實現嵌入式Internet功能。為了采集教室內部全部多媒體設備的工作狀態，信息采集模塊通常會安裝在教室適當位置。

2.1 ?FLASH存儲器選擇及應用

為了保存用戶設定的參數和基礎系統，FLASH存儲器選擇與應用通信終端設備的存儲器都必須具有容量大、易修改、不容易丟失等特點，而具有成本低、集成度高等特點的NOR FLASH正是一個好選擇。按照目前的需求，主要選擇Spansion公司的S29GL064ANOR FLASH。這款容量為8 MB的FLASH主要分為8位、16位兩種操作模式，除了大小為8 kB的8個扇區之外，剩下的127個都是大小為64 kB的扇區。VM600和FLASH的連接詳情見圖3。

2.2 ?多媒體通信終端程序的實現

多媒體通信終端程序主要在Linux操作系統中運行。該系統依托函數庫支持，能夠進行豐富的系統調用。按照各自實現的功能，程序中各個模塊主要可以分為主控單元、媒體控制單元和附加功能單元，詳細的結構框圖如圖4所示。

3 ?軟件設計過程

在軟件設計過程中，設備終端在服務器上呼叫過程是依靠SIP信令控制模塊實現的。在SIP信令控制模塊控制下達到對呼叫過程的發起、呼叫過程的應答以及媒體格式進行調節。在SIP協議棧中主要實現了幾個狀態機，這幾個狀態機可以推動SIP信令控制模塊對終端設備在服務器上發生的各種事件做出相應的處理，見圖5。

在SIP呼叫與注冊的流程信令模塊中，由于SIP消息建立在純文本格式基礎上，其僅僅能滿足幾個狀態機推動SIP信令控制模塊的事物處理流程，而其他流程還需要SIP消息的解析與生成模塊。SIP消息的解析與生成模塊主要負責對收到的SIP消息中的各字段的內容進行分析，并按照需求對SIP消息進行新的構造。而在SIP中INVITE和ACK消息上的會話描述部分是由SDP信令模塊負責生成與分析。SDP信令模塊可以向服務器終端的對象列舉己方支持的媒體類型和傳輸格式，由終端對象進行選擇并最終確定通信所采用的媒體格式。

通過調用上述的函數實現服務器終端用戶系統地址的自動獲取、自動捕獲、網卡數據自動發送以及自動維護并更新終端主機的ARP高速緩存的關鍵技術。服務器的終端用戶系統分為設置本機信息模塊、注冊模塊、發起呼叫模塊、接收呼叫模塊和結束通信模塊5個功能模塊。各個模塊間的順序及關系如圖6所示。

當完成了服務器終端用戶系統的相關信息設置、注冊成功之后，該終端可以利用呼叫模塊向其他注冊成功的終端發出呼叫，還可以通過該模塊監聽接收其他注冊成功的終端發出的請求。當成功完成整個呼叫過程之后，兩個終端便可以進行正常的數據交流與通信。在完成了通信數據的交流與通信后，終端的用戶系統便利用通信模塊關閉對外通信功能。不過在通信中，當定時器未能在相應的時間內接收到其他終端發送的數據或者是服務器發出了連接失敗的反饋時，終端將會再次發出連接呼叫，詳細過程見圖7。

通過注冊模塊完成注冊之后，子線程會一直監聽網卡中的數據。如果收到了呼叫到達信令，就會進入到接收呼叫模塊之中。終端主機也會處于被叫狀態。而主線程則會通過網卡給適配網關下發響應信令，完成定時器的設置。當子線程收到了連接建立成功信令后會提取被叫主機的IP地址和主機號信息，然后將成功信息發送至主線程。通信結束模塊：當子線程返回時，會釋放對網卡的控制，相關ARP表項也會隨之刪除，最終發送呼叫釋放信令至適配網管。

4 ?實驗結果分析

為了驗證本文方法的通信性能，采用本文方法與傳統方法進行通信性能對比實驗，實驗結果通過Matlab呈現。通過實驗一對本文方法改進的通信效果進行驗證;實驗二對本文方法改進的通信耗時情況進行驗證。

4.1 ?實驗一：通信效果

通信效果的對比也就是通信質量的對比。將本文方法與傳統方法的通信質量進行實驗對比，對比結果如圖8所示。分析圖8可得，隨著載波節點個數的增加，傳統方法的通信效果有下降的趨勢，而本文方法的通信質量基本保持平穩。由此說明，相對于傳統方法，本文方法改進的通信平臺通信質量較高，通信效果更好。

4.2 ?實驗二：通信耗時

通信耗時長是傳統方法存在的重大弊端，將本文方法和傳統方法的通信耗時情況進行對比，結果見圖9。

分析圖9可得，傳統方法所用通信耗時曲線處于本文方法所用通信耗時曲線的上方，隨著載波節點的增加，傳統方法耗時與本文方法耗時的差距越來越大，傳統方法的通信耗時更高。由此說明，相較于傳統方法通信耗時，本文方法的通信耗時較低。

5 ?結 ?論

針對傳統通信平臺存在的通信效果差、耗時長的問題，提出并設計了基于多終端呼叫的多媒體教育信息通信平臺，并進行實驗分析。實驗結果表明，采用改進通信平臺，其通信效果及耗時均有提高，具有一定的優勢。

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