基于互联网+技术的多媒体中央控制系统设计*

(安徽师范大学皖江学院，芜湖 241000)

引 言

多媒体中央控制系统是指使用计算机技术以及通信网络技术实现控制多媒体信息的一种系统。系统采用先进的信息技术，将多媒体信息通过多种信息展示给学习者，同时增加与学习者之间的交互，从而使学习者充分了解和体验多媒体中央控制系统展示的信息内容，达到深刻学习的目的。

本系统主要由以下4个部分的内容组成：

① 多媒体操作系统为该套多媒体中央控制系统的操作系统软件，可以实现实时任务调度功能、多媒体信息转换功能以及实现支持多种外部设备的驱动程序和控制。

② 多媒体硬件系统包括CPU、GPU、多媒体信号输入/输出设备及数模/模数转换装置、通信传输设备等。

③ 多媒体处理系统软件也称为多媒体系统应用开发工具组件，是该套多媒体中央控制系统各种应用软件的重要基础软件。

④ 用户应用软件为根据终端用户需求而定制的应用软件或面向某一领域的用户应用软件系统。

随着信息技术的蓬勃发展，多媒体中央控制系统使用越来越广泛，其效率日益受到人们的重视。多媒体中央控制系统主要包括软件资源、硬件设备等。随着媒体类型的不断增加，外接设备种类的不断丰富提高，多媒体中央控制系统的体积也变得越来越臃肿，通信传输的形式也愈加复杂，极大增加了设备的安装、维护成本。目前看来多媒体中央控制系统经历了第一代的模拟式单机版，第二代的数字式单机版，第三代的网络版集中式，本文在以往三代多媒体中央控制系统的基础上提出一种基于互联网+技术的新型嵌入式多媒体中央控制系统设计与实现。

1 嵌入式无线网络多媒体中央控制系统的结构

本设计选用嵌入式平台，既能处理多媒体信息，又能控制各类外置设备；使用的嵌入式操作系统具备多任务和实时性功能,可以高效地管理硬件资源；保留传统设备的多媒体演示程序具有交互性，能够较好地实现演示功能，增加了无线传输多媒体信息的功能；多媒体设备控制程序能够利用无线网络实现对设备的控制；利用无线网络较高的信息传输能力，可以传输高质量的多媒体信息；所有使用硬件设备均有体积小、低功耗和价格低的优点。

图1 系统的功能结构图

系统采用“智能终端设备-无线网络设备-嵌入式中央设备-多媒体教学设备”设计方案，主要由无线网络设备与嵌入式中央控制设备组成，整个系统如图1所示。

该系统的设计具有以下三个优点：

① 整个系统硬件部分采用功能模块化设计，当某一功能模块出现故障时，可以立即更换，从而不会影响整个系统的运行使用，使得系统整体具有高可靠性。

② 本系统硬件核心采用嵌入式设备，具有良好的抗干扰性,信号传输方式使用WiFi，使得系统具有控制覆盖范围广、无需复杂的布线的优点，保障了系统具有较高的稳定性。

③ 该系统使用了操作系统，可以实现多任务和多设备的同时管理，可以方便管理多种终端设备，使用者和管理人员在任何时间和地点都可以通过系统的IP来控制和检测系统，突显了该系统操作简单、维护便捷的特点。该系统还预留了多种外设接口，使得系统的功能扩展只需增加相关功能模块，无需更换现有设备，避免了设备频繁更换的问题，接口采用国际标准的USB设计，系统具有较大的扩展性和兼容性。

2 主要硬件及软件设计

主要硬件要求：系统的主要硬件是指嵌入式中央控制设备，能够控制用于视频的投影系统，用于提供音视频信号的多媒体周边设备。该硬件采用了由英国“Raspberry Pi 基金会”开发的Raspberry Pi开发板。它是一款基于ARM的微型电脑主板，使用Broadcom BCM2837芯片组，运行频率为1.2 GHz，64位4核ARM Cortex-A53、802.11 b/g/n 无线局域网、蓝牙4.1、双核 Video core IV多媒体协处理器、1 GB LPDDR2存储器、1个100以太网端口、1个HDMI 视频、1个RCA音频连接器、1个CSI 摄像机连接器、4个 USB 2.0 端口、40个GPIO引脚、1个microSD 卡插槽。

图2 LAMP网站架构图

系统软件设计：在软件的运行环境上，该系统安装了Raspbian操作系统。Raspbian是一个基于Linux的免费开源操作系统，该操作系统包含基本程序和工具，可以在Raspberry Pi开发板上运行，并且Raspbian提供了超过35 000组软件包，可以实现Raspberry Pi开发板的最佳性能。在此操作系统上，通过SSH和VNC可以很便捷地实现远程访问和控制。为了实现系统的多种应用功能还需要安装好各种软件，其中最重要的是搭建LAMP(Linux + Apache + MySQL + PHP)，这关系到此系统特有的教师个人BLOG、外接硬盘文件服务器和云存储系统三种重要功能模块的实现。LAMP网站架构图如图2所示。

3 系统的特色应用功能

3.1 智能终端设备对嵌入式中央控制设备的无线远程控制功能

管理人员可以使用智能终端设备通过无线网络登录中央控制设备，通过VNC界面对整个系统进行实时监测和控制。远程监测系统设备的工作状态，掌握系统的内存参数、网络参数，如需调整，可以通过无线网络实现远程配置；当教师使用遇到故障时，管理人员实现远程硬件故障的诊断和软件问题的处理，高效而便捷地解决各类使用问题。为了能够使开机自动引导VNC Server服务，需要在/etc/init.d文件夹下配置自动执行文件。 VNC自启动配置源代码如图3所示。

图3 VNC自启动配置源代码

3.2 教学课程网站功能

为了能够实现互联网+技术，本系统创新性地在本系统搭建了LAMP构架，本构架采用的服务器软件是Apache，该软件可以运行在多种常见的计算机平台上，由于其跨平台性和安全性被广泛使用，是目前使用最广泛的Web服务器端软件之一，其快速、可靠并且可通过简单的API扩充，将多种常见的解释器编译到服务器中。

数据库管理软件选用的是MySQL，此软件是目前流行的关系型数据库管理系统。MySQL是一种关系数据库管理系统，关系数据库将数据保存在不同的表中，而不是将所有数据放在一个大仓库内，这样就增加了速度并提高了灵活性。MySQL所使用的 SQL 语言是用于访问数据库的最常用标准化语言。MySQL 由于其体积小、速度快、总体拥有成本低，尤其是开放源码这一特点，由于其性能卓越，搭配 PHP 和 Apache 可组成良好的开发环境。网站设计上采用PHP语言。该语言主要适用于Web开发领域。PHP 独特的语法混合了C、Java、Perl以及PHP自创的语法。它可以比CGI或者Perl更快速地执行动态网页。MySQL内部数据图如图4所示，PHP网站测试图如图5所示。

图4 MySQL内部数据图

图5 PHP网站测试图

在此基础上可以轻易建立教学课程网站，教师可以在网站上发布课前预习、课后作业、实验安排等教学信息，学生可以在网上对教师留言、提问，教师解答问题的回复可以供所有同学参考，内容和形式上如同一个课程的BLOG，无需精品课程网站需要那么多的硬件和软件资源，简单的设置和设备要求使得更多教师和学生能够方便、快捷地享用优质的教育资源，促进教学质量的提高。课程网站后台管理图如图6所示。课程网站前台运行图如图7所示。

3.3 校园云存储功能

现在很多教师和学生会使用公共云存储的服务，存放和备份教学资源，但是校园内一般使用校园网管理，访问外网资源需要计算流量费用，速度也较慢，本系统充分利用分布在教室内的中央控制设备，搭建一个个云服务器，教师和学生可以实现内网访问该云存储系统，能够使用多种类型设备访问，支持多人和群组使用，可以设置个人、群组分享，让云存储功能的使用十分便捷。此功能的实现采用了ownCloud。该软件是一种自行托管的开源文件同步和共享服务器。和其它的同类服务一样，也可以让用户访问自己的文件、日历、联系人和其它数据，可以在自己设备之间同步任意数据或部分数据并分享给其它人。然而比其它的解决方案更优秀的是可以运行在个人的服务器上。

图6 课程网站后台管理图

图7 课程网站前台运行图

在数据的安全上，可以通过给教师和学生分配不同的访问地址来管理云存储用户的登录，同时存储的数据是进行加密的，即使管理员账号也无法浏览云存储内部的数据，这样存放在内部的数据具有较高的安全性。云存储配置源代码如图8所示。

图8 云存储配置源代码

授课教师可以将自己课件、案例和作业等教学资源放在云存储上，上课不必再携带移动存储设备，只需要在家中或办公室将上述资源传到云存储即可，学生也不需要去教师电脑上拷贝资料，这样使得资源的共享更加便捷又避免了计算机病毒的交叉传播。使用智能终端登录云服务器图如图9所示。

3.4 网络附加存储功能

因为本系统的中央控制设备采用了嵌入式结构，在设计时要满足体积小、功耗低、价格廉等重要因素，所以存储器上没有选择传统的硬盘，特意选择了SD卡作为外存。一般情况下，SD卡的容量可以满足日常教学工作的需求，如果遇到特殊情况，存储器容量不够的情况下，也可以便捷地通过USB接口添加USB外接硬盘，实现网络附件存储功能。

3.5 分布式存储功能

在以往随着教学活动的进行，安装的软件和存储的数据会不断积累，考虑到数据的安全问题，需要对数据进行备份，这样需要准备一个大硬盘，把需要备份的数据存放在上面，或者使用自动备份软件，备份工作硬盘上的数据，这样即使系统出现故障，可以快速地回到过去的某个时间点将数据恢复，缺点是需要准备一个大的存储硬盘。而分布式文件系统是一种可以让文件通过网络在多台设备上共享的文件系统，可以让多台设备用户分享存储空间，该系统的最大优点是，当某一设备出现问题时，还可以通过调用备份文件来继续运行，不会出现系统数据丢失的情况。

结 语

该套新型多媒体中央控制系统与传统设备相比有很多明显的优点，首先采用ARM构架的嵌入式平台，在满足传统多媒体教学功能的同时，极大地缩小了设备的体积，降低了设备的功耗；选择无线网络作为传输方式，实现多种设备之间数据信号和控制信号的传输，免去了传统设备繁杂的布线工程和维护工作。软件方面采用的基本都是开源操作系统和开源软件，避免了软件授权费用和盗版软件的困扰，提高了整套系统软件的安全性；通过加入互联网+技术，为传统的多媒体中央控制系统增加了智能物终端设备的远程控制功能、教学课程网站功能以及网络云存储等其它功能，既丰富了教学手段又提高了教学效果。

图9 使用智能终端登录云服务器图

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