李興華,于新業(yè),馬詠翔,李朝輝

(桂林電子科技大學(xué) 信息科技學(xué)院電子工程系，桂林 541004)

基于Android的智能多媒體課件播放終端*

李興華,于新業(yè),馬詠翔,李朝輝

(桂林電子科技大學(xué) 信息科技學(xué)院電子工程系，桂林 541004)

摘要:智能多媒體課件播放終端是一種基于Android系統(tǒng)的嵌入式設(shè)備，用來在多媒體教室播放教學(xué)課件。播放終端采用高性能的嵌入式處理器RK3288運(yùn)行Android操作系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)有VGA視頻接口。設(shè)計(jì)的Android應(yīng)用程序能夠讀取和播放USB設(shè)備上存儲的多媒體課件，并傳送至投影儀上顯示。經(jīng)過測試，播放終端輸出到投影儀的影像穩(wěn)定，課件顯示與計(jì)算機(jī)終端顯示效果一致，能勝任多媒體教室的課件播放工作。

關(guān)鍵詞:Android；RK3288微控制器；多媒體課件；VGA驅(qū)動

引言

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，多媒體教室作為一種現(xiàn)代化的教學(xué)設(shè)施在日常教學(xué)中得到廣泛應(yīng)用。目前多媒體教室一般采用計(jì)算機(jī)連接投影儀的方式播放課件,然而有些學(xué)校為了節(jié)省教學(xué)成本，在多媒體教室僅配備了投影儀，要求授課教師自帶個人計(jì)算機(jī)上課，這樣給教師上課帶來了不便。因此，需要一款具有課件播放功能的智能多媒體播放終端，該播放終端具有體積小、成本低、功耗低的特點(diǎn)，支持音頻、視頻輸出，能夠讀取USB設(shè)備存儲的PPT、PDF、DOC、AVI等格式的課件并播放，并且課件顯示效果與計(jì)算機(jī)播放課件效果一致，適用于大多數(shù)多媒體教學(xué)場合，這樣教師可以將課件存儲在USB設(shè)備上，方便完成多媒體教學(xué)，為多媒體教學(xué)提供一種新的解決方案。

1設(shè)計(jì)思路

目前，大多數(shù)教學(xué)課件是基于微軟的Office軟件格式，所以傳統(tǒng)的多媒體教學(xué)多采用安裝有Windows操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)課件播放，但這種實(shí)現(xiàn)方法成本較高。智能多媒體課件播放終端采用Android系統(tǒng)，通過設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)Office格式課件的播放，并設(shè)計(jì)上課、下課提醒和手機(jī)簽到功能，使課件播放終端更具智能化功能。同時選用性能強(qiáng)、功耗低的微控制器運(yùn)行Android系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)播放課件功能，課件播放終端能自動識別USB端口連接的設(shè)備(如無線遙控、鍵盤、USB存儲設(shè)備等)。軟件與硬件相結(jié)合，使智能多媒體課件播放終端能夠完成多媒體教學(xué)任務(wù)。

2硬件設(shè)計(jì)

智能多媒體課件播放終端以RK3288微控制器為主控核心，設(shè)計(jì)有USB、VGA、Bluetooth等硬件外設(shè)接口，以實(shí)現(xiàn)SD/USB存儲設(shè)備的文件讀寫、VGA圖像輸出、無線遙控等功能，終端結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2.1RK3288微控制器

圖1　終端結(jié)構(gòu)圖

RK3288微控制器是福州瑞芯微公司推出的芯片，內(nèi)置ARM Mali-T764系列GPU和四核Cortex-A17架構(gòu)CPU, 基于32位ARMv7-A指令集，采用28 nm工藝，芯片功耗更低，RK3288工作頻率為1.8 GHz。RK3288芯片內(nèi)嵌高性能2D/3D加速硬件，具有4K、H.265硬解碼和H.268、VP8、MVC圖像增強(qiáng)處理功能。內(nèi)存采用雙通道DRAM控制器，64位存儲接口，集成USB收發(fā)器，內(nèi)部擁有豐富的外圍接口支持。由于該芯片支持視頻解碼、USB、VGA、Bluetooth等外設(shè)，能滿足課件顯示要求。

2.2USB主設(shè)備驅(qū)動

USB設(shè)備分為HOST(主設(shè)備)和SLAVE(從設(shè)備)，只有當(dāng)一臺HOST與一臺SLAVE連接時，才能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。由于RK3288微控制器集成USB控制器，可實(shí)現(xiàn)HOST功能。為了實(shí)現(xiàn)多個USB端口傳輸，終端采用FE2.1 HUB USB2.0高速7端口芯片以USB HUB實(shí)現(xiàn)端口擴(kuò)展功能，電路如圖2所示。每個擴(kuò)展端口速度可達(dá)480 Mbps，端口之間可以同時工作，從而滿足終端對多個USB設(shè)備的讀寫。

圖2　FE2.1 HUB USB外部電路圖

2.3Bluetooth無線遙控

目前無線設(shè)備通信多采用Bluetooth方式，Bluetooth技術(shù)憑借其高速FHSS (Frequency-Hopping Spread Spectrum,跳頻擴(kuò)頻)等先進(jìn)的技術(shù)，具有高性能、低成本、低功耗的特點(diǎn)。Bluetooth采用IEEE802.15標(biāo)準(zhǔn)，使用2.4 GHz ISM頻段，帶寬為3 Mb/s，全世界免許可認(rèn)證，便于通信開發(fā)。Bluetooth的跳頻擴(kuò)頻速率為1 600 跳/s，多間隙包在連接時速率達(dá)3 200 跳/s，有高速跳頻擴(kuò)頻技術(shù)的支撐，Bluetooth具有處理多個地址的能力，并且抗干擾能力較強(qiáng)。

2.4VGA驅(qū)動

VGA驅(qū)動主要由控制電路、緩存器電路和視頻BIOS(Basic Input Output System,基本輸入輸出系統(tǒng))程序三個部分組成?？刂齐娐分饕獙?shí)現(xiàn)產(chǎn)生時序、控制緩存器電路和調(diào)用D/A轉(zhuǎn)換等操作。緩存電路提供顯示數(shù)據(jù)緩存空間，視頻BIOS作為控制程序固化在顯存中。

VGA完成一行掃描的時間稱為水平掃描時間，其倒數(shù)稱為行頻率；完成一幀(整屏)掃描的時間稱為垂直掃描時間，其倒數(shù)稱為場頻率，即刷新一次屏幕的頻率。標(biāo)準(zhǔn)的VGA顯示的場頻為60 Hz,行頻31.5 kHz。為了減少行同步與場同步輸出信號的衰減，VGA驅(qū)動電路中行同步(VSYNC)及場同步(HSYNC)的信號輸出增加了74V1G125高速緩沖器，電路圖如圖3所示。74V1G125是一種單總線高速緩沖器，具有較強(qiáng)抗干擾能力及較好的阻抗匹配能力，具有掉電輸入電源保護(hù)功能及傳輸延時均衡等特性。當(dāng)行同步信號及場同步信號到來時，經(jīng)過高速緩存器74V1G125在較短的時間完成數(shù)據(jù)的緩存并發(fā)送，在高速工作的CPU與低速工作的外設(shè)之間起到協(xié)調(diào)和緩沖作用，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐揭约癡GA信號的傳輸。

圖3　74V1G125緩存器電路圖

圖4　SDA7123電路圖

RK3288微控制器驅(qū)動D/A轉(zhuǎn)換電路，D/A轉(zhuǎn)換器為SDA7123。SDA7123是電流型輸出方式的3路10位D/A轉(zhuǎn)換器，信號通道可帶同步信號輸出，能轉(zhuǎn)換視頻信號R(紅)、G(綠)、B(藍(lán))。該D/A轉(zhuǎn)換器適用于數(shù)字視頻系統(tǒng)、圖像處理、高精度顯示器等系統(tǒng)中。SDA7123電路如圖4所示。

3軟件設(shè)計(jì)

Android課件播放應(yīng)用程序基于Eclipse軟件開發(fā)平臺及Android SDK 4.4集成固件包開發(fā)，使用“android.app”功能包中的Activity類(活動)、Service類(服務(wù))和“android.content”功能包中的broadcastReceiver類(廣播接收器)、ContentProvider類(內(nèi)容提供者)等基本組件建立軟件框架。根據(jù)框架可以完成GUI界面的設(shè)計(jì)，并設(shè)置功能按鍵，按鍵通過Intent顯式(Explicit)的方式，調(diào)用“msword”、“vnd.ms-excel”、“vnd.ms-powerpoint”、“pdf”等API對象接口，對DOC、XLS、PPT、PDF等格式文件進(jìn)行讀??；調(diào)用“android.intent.action.VIEW”API對象接口，對MP3、MP4、AVI等格式文件讀取，從而實(shí)現(xiàn)教學(xué)課件的播放。

使用Handler與Timer及Timer Task結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)定時器功能，當(dāng)?shù)竭_(dá)定時時間時，通過Intent方式顯示提示語句，調(diào)用對應(yīng)端口檢測局域網(wǎng)信息，并通過“vnd.ms-excel”端口新建XLS文件保存局域網(wǎng)上的數(shù)據(jù)。

智能多媒體課件播放終端系統(tǒng)啟動時，能自動根據(jù)投影儀的分辨率和長寬比做出顯示適應(yīng)，若接入Bluetooth等遙控設(shè)備,終端系統(tǒng)界面會自動出現(xiàn)鼠標(biāo)光標(biāo)。也可通過向終端插入USB接口的鼠標(biāo)或鍵盤來實(shí)現(xiàn)輸入。播放終端內(nèi)置一張SD卡，用來存儲Android應(yīng)用軟件，使用“課件播放”應(yīng)用軟件可以播放PPT、PDF、DOC等格式文件。

課件播放應(yīng)用程序讀取播放終端內(nèi)置SD卡或USB存儲的文件，并在交互界面顯示出文件列表供用戶選擇。軟件會根據(jù)課件文件名后綴自動識別文件類型播放課件，對課件進(jìn)行編輯和保存操作。用戶可隨時選擇退出當(dāng)前播放的課件，做到課件之間的切換。同時，課件播放應(yīng)用程序具有紀(jì)錄歷史文件的功能，打開過的文件名會在歷史文件列表中依次記錄，用戶可隨時打開歷史文件。

定時功能隨 “課件播放”應(yīng)用軟件同步啟動。當(dāng)下課定時時間到來時，彈出下課提示文字，提醒教師課間休息，并詢問是否打開音頻、視頻播放功能；當(dāng)?shù)竭_(dá)上課定時時間時，提醒教師準(zhǔn)備上課，從而實(shí)現(xiàn)智能提醒功能，如圖5所示。

圖5　智能提醒流程圖

在課間還可選擇是否進(jìn)入智能點(diǎn)名模式，智能點(diǎn)名模式要求班級內(nèi)每名同學(xué)在自己的手機(jī)上安裝簽到應(yīng)用程序，并在應(yīng)用程序內(nèi)關(guān)聯(lián)自己的學(xué)號，當(dāng)進(jìn)入教室局域網(wǎng)時，智能多媒體課件播放終端可以檢測每個手機(jī)所發(fā)出的學(xué)號ID，并根據(jù)檢測情況生成對應(yīng)班級的電子簽到表格。這樣，既節(jié)省了點(diǎn)名的時間，又能方便授課教師對學(xué)生進(jìn)行考勤。該功能使授課教學(xué)智能化，同時便于授課教師對學(xué)生的管理。

4驗(yàn)證測試

實(shí)際測試中，智能多媒體課件播放終端供電后連接VGA接口，能夠使投影儀正常顯示圖像，能夠自動適應(yīng)4∶3及16∶9的投影儀屏幕并完成顯示圖像功能。將鼠標(biāo)無線接收器插入播放終端的USB端口，播放終端自動完成匹配且投影儀屏幕出現(xiàn)鼠標(biāo)光標(biāo)，實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)操作功能。將鍵盤USB接口插入終端可實(shí)現(xiàn)鍵盤功能。點(diǎn)擊“課件播放”應(yīng)用程序，應(yīng)用程序正常運(yùn)行并能播放課件，與Windows7環(huán)境下Office2013打開的PPT、PDF、DOC等格式課件的顯示效果相比，版式一致，未發(fā)現(xiàn)明顯變形或錯位現(xiàn)象。播放視頻文件流暢，無卡頓現(xiàn)象。播放音頻文件時，播放終端的揚(yáng)聲器發(fā)聲準(zhǔn)確，也可以通過3.5 mm音頻接口輸出聲音。智能提醒功能在打開“課件播放”應(yīng)用程序時同步啟動，當(dāng)設(shè)定的下課或上課時間到時，能做出對應(yīng)功能提示并執(zhí)行功能。其中，點(diǎn)名記錄功能可依次顯示學(xué)生名單及學(xué)號，自動生成簽到記錄表格文件并將記錄保存。

結(jié)語

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李興華、于新業(yè)(講師)、馬詠翔、李朝輝，主要研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)。

Smart Multimedia Courseware Player Based on Android

Li Xinghua,Yu Xinye,Ma Yongxiang,Li Zhaohui

(Institute of Information Technology,Guilin University of Electronic Technology,Guilin 541004,China)

Abstract：The smart multimedia courseware playing terminal is an embedded equipment based on Android system,which is used to play multimedia courseware in the classroom.The terminal adopts high-performance embedded microprocessor RK3288 to run Android OS,and it has VGA interface.The Android applications can read files and play multimedia courseware which are stored on the USB device,and then transfers to the projector.The experiment results show that the image is stable,the courseware display is consistent with the computer terminal,which is suitable for the courseware play work of multimedia classroom.

Key words:Android;RK3288 microcontroller;courseware;VGA driver

* 基金項(xiàng)目：廣西高校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃項(xiàng)目(2192)，該課題受廣西區(qū)教育廳大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目《智能多媒體課件播放終端(2192)》的資助。

中圖分類號:TP312

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

收稿日期：(責(zé)任編輯：楊迪娜2016-01-08)