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1、“粉笔杀手”项目策划书用智能手机实现视频展示台西安邮电大学计算机学院“软件之翼”创新团队2014年12月2日 星期二1.项目概述在多媒体教室进行教学时，尽管可以通过PC机和投影仪来演示大部分的授课内容，但教师进行推理性教学时还需要在黑板上板书，或者需要临时板书或者画图解释PPT演示的内容。黑板板书最大的问题就是造成教室内粉笔灰污染，给师生健康造成潜在的危害。同时粉笔的消耗也增加了教学成本。本项目的试图利用现代智能手机的摄像头解决粉笔灰污染问题。解决途径是让教师在白纸上使用中性笔或者钢笔书写，通过手机摄像头对教师的书写摄像并实时传输到教室中的PC机，再通过投影仪进行显示。本项目的目标是利用智能手
2、机的摄像头实现视频展示台（Visual Presenter）的功能。由于利用了智能手机中现有的摄像头，本项目组的主要任务是开发出Android手机上摄像和实时传输视频信息至PC机的手机应用App；并在PC机上开发出接收视频并播放视频的应用程序。本项目计划的活动包括：上述Android手机上的应用开发和PC机上的应用开发；将应用上传到百度软件中心和其他应用商店供用户下载；如果时间允许，还考虑做应用推广工作。预计的成果就是上述的应用软件，能有效解决粉笔灰污染问题。由于现在智能手机普及程度相当高，教师应用该系统就没有硬件限制。我们将尽量优化系统，使得该系统简单易用。当用户数量达到一定规模后，还可以考
3、虑嵌入广告获得收益。我们项目组开发的手机应用和PC机上的应用软件还有可能形成软件著作权。2.项目的研究目的及意义（1）项目的必要性、目的及意义传统的黑板加粉笔的课堂教学方式有如下的弊病：l 黑板信息容量小，老师板书的内容有限；擦黑板耗费时间，影响教学进度。l 学生们忙于记笔记，不能集中注意力理解课堂内容，听课效率低下。l 最严重的是，擦黑板时所产生的大量粉尘直接危害了师生的身体健康。为了克服上述弊病，人们一直在探索取代黑板加粉笔的新模式，例如白板加白板笔方式。令人遗憾的是：白板方式不但成本明显高于黑板，而且市场上大部分白板笔散发出令人恶心的刺鼻气味。这是由于白板笔墨水生产厂家因技术或成本问题，
4、通常会加入部分低毒性的苯类、醇类有机溶剂，所以闻起来有股刺鼻臭味。长期使用此类墨水，师生会吸入低毒性有机溶剂，对呼吸道有一定危害。擦除白板上的字迹还是会浪费时间，学生还是忙于记笔记。近些年交互式电子白板的出现，是对沿袭已久的“黑板+粉笔+板擦”三位一体”的教学模式的一场革命性突破，顺应了信息化发展的趋势。交互式电子白板作为一种功能强大的高科技教学工具，它整合了现代多媒体教学的优势，又保持了传统的普通黑板的优点，丰富了课堂教学方式，提高了课堂教学效率，为教师提供了一个便捷的信息化教学平台。但是，电子白板价格昂贵，目前大部分的中国学校不能接受。我们的项目专注于解决多媒体教室中粉笔灰的污染问题。我们
5、的方案是利用现有的资源，让教师在白纸上使用中性笔或者钢笔书写，通过手机摄像头对教师的书写摄像并实时传输到教室中的PC机，再通过投影仪进行显示。既可以利用无线WiFi传输视频，也可以采用USB连线传输。我们的方案不但可以完全克服黑板加粉笔的方式弊病，而且还可以降低日常教学成本。（2）项目主要内容、技术水平及应用范围将教学过程中教师书写的内容摄像，再使用大屏幕电视或者投影仪进行显示，完全可以替代传统的黑板加粉笔的方式。其实摄像方式在30多年前都有应用，但是由于成本高昂，只有极少数学校在使用。本项目巧妙地利用了现代智能手机中的摄像头、多媒体教室中现有的PC机和投影机，不需要增加额外的硬件开销。通过手
6、机摄像头对教师的书写的内容摄像并实时传输到教室中的PC机，再通过投影仪进行显示，并且可以在PC机上保存教学录像。本项目完全采用现有的成熟技术，来实现课堂教学内容的播放和录制。我们需要开发手机端摄像和传输视频的应用软件，同时需要开发PC端接收视频和播放视频、录制视频的应用软件。凡是有PC机和投影仪的多媒体教室都可以采用，本系统可以广泛应用于全国的大、中、小学的多媒体教室。（3）实施该项目所具备的基础、优势和风险现在国内很多学校的教室都有多媒体教室，有的高端配置的多媒体教室还有1个视频展台和1台网络摄像机。实际上本项目的目标类似于视频展台和网络摄像机实现的功能。但是，大部分学校的多媒体教室都没有配
7、备视频展台和网络摄像机。一般的多媒体教室只有PC机、大屏幕、投影机、音响等设备。关于我国学校里的多媒体教室的普及程度缺少具体的数字，但是从我们接触到的大、中、小学的情况来看，多媒体教室还是常见的。几乎所有的多媒体教室中除了大屏幕，还有传统黑板。实施本项目只需智能手机和多媒体教室中的PC机、大屏幕和投影机。现在智能手机普及率很高，在我们学校几乎人手一机。本项目的硬件基础已经完全具备，现在只需要开发所需的应用软件。实施本项目的最大优势是避免了粉笔灰污染，保护了教室环境和师生的身体健康。除此之外，还有下列优势：l 教师可以节省擦黑板的时间，提高课堂教学效率。l 教师在书写教学内容时可以面对学生，有利
8、于师生交互，及时看到学生的反应，有助于提高教学质量。l 可以视频展示实物，例如嵌入式系统开发板，电子元器件等。l 教学过程可以轻松保存成教学录像发给学生，学生不再忙于做课堂笔记，提高了听课效率。l 教师之间也可以相互交流和研究教学录像，共同提高教学水平。实施本项目的主要风险可能有：l 智能手机电池的续航能力不够，导致教师不愿采用手机摄像。其实这个问题也好解决，在多媒体教室配备一根USB连线，通过PC机的USB端口就可以给手机供电。l 在摄像过程中可能有电话呼入，可以事先将手机设置成静音状态。l 年龄大的老教师使用黑板几十年了，已经习惯粉笔加黑板的方式，不愿使用手机摄像。l 这种教学方式完全取代
9、了粉笔和黑板，损害了粉笔和黑板厂商的利益，可能会引发利益冲突和矛盾。导致粉笔工厂倒闭，工人失业。这需要社会提供失业保险，还需要政府的相关部门积极疏导，鼓励创新创业，让失业工人尽快找到新工作。3.项目目标本项目的目标是利用智能手机的摄像头实现视频展示台的功能。视频展示台（Visual Presenter）是国内、外通行的一个正式名称，在中国市场，有时也被叫做实物展示台、实物演示仪、实物投影机、实物投影仪等,在国外市场还被称作文本摄像机(Document Camera)。从功能上可以给视频展示台下这样一个定义：视频展示台是通过CCD摄像机以光电转换技术为基础，将实物、文稿、图片、过程等信息转换为图
10、像信号输出在投影机、监视器等显示设备上展示出来的一种演示设备。专业的视频展示台价格昂贵，大部分学校不能接受其作为多媒体教室的基本配置。一般的专业的视频展示台体积较大，不易携带，也不便保管。利用智能手机中的摄像头实现视频展示台的功能。主要工作是开发出应用软件。我们将在2015年3月30日前完成开发Android手机上摄像和实时传输视频信息至PC机的手机应用App；并在PC机上开发出接收视频并播放视频的应用程序。本项目应用软件的主要性能要求如下：l 智能手机端的应用App能流畅运行在Android 2.3以上的手机。l PC端的应用程序能稳定运行在微软Window XP、Windows 7和Win
11、dows 8平台上。l 应用界面友好，简单便于操作，做到用户无需培训即会操作。4.技术论证本系统实现所需要的硬件设备包括：移动终端：Android智能手机，手机支持100W像素的摄像头，内置WiFi。PC机：Window XP、Windows 7 或Windows 8操作系统， 1G以上RAM，连入局域网。本项目将用到下列开发工具：（1）手机端App应用软件开发工具Android平台：Java集成开发工具Eclipse、JDK、Android-SDK、Android NDK 、Android模拟器等。开发环境：JDK，Android NDK ,Eclipse.（2）PC端应用软件开发工具Mic
12、rosoft Visual Studio 2013集成开发环境。Android手机端App的主要功能包括：1、录制视频MediaRecorder2、LocalSocket发送本地流3、H.264编码4、RTP打包5、UDP发送Android端视频采集使用Android多媒体系统中提供的MediaRecorder、 AudioRecorder，Camera类，直接获取原始的视频数据并存入缓冲区，并采用H.264编码技术对缓存数据进行编码，然后调用RTP数据封装模块将编码后的数据进行RTP打包处理。采集端有多个任务包括(系统程序和设备调用、视频数据采集、视频编码、RTP数据包封装)多任务之间并发进
13、行。视频采集线程负责不断从摄像头获取视频数据流，然后发送给视频编码线程，编码线程完成后，发送到RTP数据封装线程中，RTP数据封装线程不断从视频线程获取数据，发送给本地Socket和Socket Server，由本地Socket通过无线网络发送到PC端。手机应用App与PC端应用的通信模型如下图所示：视频播放视频采集视频采集UDP数据报RTP包UDP数据报RTP协议UDP协议网络层IP数据报网络层IP数据报IP协议物理层字节流物理层字节流无线网络图1 手机应用App与PC端应用的通信模型PC端服务器主要功能包括：1、 UDP接收2、 RTP接收3、H.264解码4、播放5、视频录制（保存为视频
14、文件，供以后使用）PC机端应用程序主要完成视频流的接收和播放，也具有多个任务同时并发执行的特点。具体的流程图如下所示：开始初始化RTP接收线程启动解码播放线程启动是否结束否是结束所有线程退出图2 PC端应用程序执行流程5.可行性论证利用智能手机中的摄像头实现视频展示台的功能。主要工作是开发出应用软件。该项目由三个人完成，两个人负责Android手机端App的开发，一人负责PC端应用软件的开发。我们小组现有3台笔记本电脑，3台Android手机。已经下载了集成开发工具Eclipse、JDK、Android-SDK、Android NDK 、Android模拟器等。我们将于微软陕西创新中心取得联系
15、，免费获得Microsoft Visual Studio 2013集成开发工具。我们将按照下列进度实现本项目的目标：表1 项目开发进度表时间任务2014年11月28日至2014年12月8日完成项目策划书；并采用系统集成方式实现一个视频展示台的原型系统。我们项目组已经采用环宇飞扬（北京）数码科技有限公司生产的环宇飞扬（UniFly）灰太狼V8摄像头和天津市中格科技有限公司开发的摄像头录像大师10.50版（家庭免费版）实现了视频展示台的原型。2014年12月8日至2015年3月15日完成Android手机上摄像和实时传输视频信息至PC机的手机应用App开发；并在PC机上开发出接收视频并播放视频的应用程序。2015年3月16日至2015年7月10日在西安邮电大学内部试用，收集用户意见，对系统进行维护、改进。与学校多媒体教室管理部门协商，在多媒体教室的PC机上安装部署“粉笔杀手”的应用软件。并给多媒体教室配备手机支架，以
