一种多媒体教学信息管理系统技术方案

本发明专利技术提供一种多媒体教学信息管理系统，包括摄像头，其特征是：所述摄像头连接控制器，所述控制器分别连接无线发送端和RAM存储器，所述控制器通过无线网络与网络协调器通信，所述网络协调器与校园服务器通信，所述校园服务器与浏览服务器通信，所述浏览服务器与一组学生访问终端通信，所述学生访问终端设置有视频回放模块。本发明专利技术的摄像头采集的教师讲课的视频信息发送到控制器，控制器对视频信息采用HEVC视频压缩方法进行压缩，降低了视频传输占用的带宽，提高了视频传输效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及多媒体教学领域，具体地讲，涉及一种多媒体教学信息管理系统。
技术介绍
多媒体远程教学系统是将教师讲课的视频信息传送到服务器上，以便于不能到课堂听课的学生能够通过观看讲课视频进行学习，但是，目前对教师视频信息传输的都是采用有线方式，布线较麻烦。但是，现有的视频压缩方案，比如H.264、MPEG-4等等仍然是非常落后的技术，但如今我们正在引进更高效率视频编码(HEVC，即H.265)却仍然是不争的事实。HEVC压缩方案是一种更高效率视频编码压缩方案，可以使1080P视频内容时的压缩效率提高50％左右，这就意味着视频内容的质量将上升许多，而且可以节省下大量的网络带宽。HEVC的目标是在H.264/AVChighprofile的基础上，通过采用更加灵活的四叉树编码块划分、基于方向的帧内预测与预测类型、自适应运动矢量预测选择机制等新技术，在保证相同视频图像质量的前提下，视频流的码率减少50％，即压缩效率提高一倍。然而，HEVC仍然采用和H.264/AVC类似的编码结构，帧内编码帧(I帧)就成为影响重建视频质量的关键因素之一。在视频编码过程中，为了容错、场景切换和随机存取等需要，通常在编码视频序列中周期性的插入I帧。但由于I帧的编码效率远低于帧间编码帧(P帧、B帧)，当目标码率不足时，在编码过程中如果不对I帧加以控制，就会导致重建后的I帧质量低于相邻的P帧或B帧，在重建视频播放过程中就会出现视频“闪r>烁”现象，严重影响视频观看质量。视频编码中的码率控制模块根据给定的目标码率来计算QP值，而QP值直接影响到视频的重建质量，在视频编码中起着重要作用。在HEVC的参考代码HM10.0中，共提供了两种码率控制参考模型，一种是基于像素的URQ(UnifiedRate-Quantization)模型，一种是R-lambda模型。URQ模型能够对HEVC中尺寸多变的编码块起到较好的控制效果，但是在码率分配阶段，URQ模型并没有对I帧加以区分，没有考虑改善I帧的重建质量。因此，采用URQ模型编码时，周期性插入I帧导致的视频“闪烁”现象较为严重，该模型已逐渐被R-lambda模型取代。R-lambda模型考虑了各类型帧不同的编码效率，在为I帧分配目标码率时，会根据I帧的bpp(bitsperpixel)值进行调整，为I帧分配较多目标码率。调整方式如表1所示，其中，TCurPic表示为I帧分配的目标码率。表1R-lambda码率控制模型中I帧目标码率调整方法bppbpp>0.20.2≥bpp>0.1其他调整后的TCurPic5×TCurPic7×TCurPic10×TCurPic但是，这种调整不够灵活，不能随着视频内容的变化而变化。经过调整，虽然I帧的重建视频质量得到了改善，但是由于I帧消耗的目标码率过多，容易造成其后的P帧/B帧目标码率不足，影响其重建质量。尤其是一个视频序列的最后若干帧，重建质量下降严重，如图2所示。图2(a)和图2(b)分别显示了在HM10.0中，采用R-lambda码率控制模型编码标准测试序列Container(352×288)和Boat(704×576)后的重建视频客观质量(PSNR)，两个序列最后若干帧的重建质量都出现了较大下降。但是，如果给I帧分配的目标码率不足，由于I帧的编码效率较低，在编码完若干个CTU之后，目标码率就会消耗殆尽，如图3所示。后续CTU由于无法得到足够的目标码率进行编码，其QP值会逐渐增大，造成CTU的重建质量严重下滑，影响对I帧的整体重建质量。本专利技术从码率控制的角度，通过优化分配目标码率，达到利用较少码率平滑I帧和相邻帧之间的主观质量，抑制视频“闪烁”的目的，同时，提高重建视频的整体客观质量，避免出现视频序列最后若干帧重建质量下降的情况。
技术实现思路
：本专利技术要解决的技术问题是一种多媒体教学信息管理系统，多媒体教学视频信息采取无线传输，省去了布线麻烦，且采用高效的视频压缩方法，节省传输带宽，提高视频观看质量。本专利技术通过如下技术方案实现专利技术目的：一种多媒体教学信息管理系统，包括摄像头，其特征是：所述摄像头连接控制器，所述控制器分别连接无线发送端和RAM存储器，所述控制器通过无线网络与网络协调器通信，所述网络协调器与校园服务器通信，所述校园服务器与浏览服务器通信，所述浏览服务器与一组学生访问终端通信，所述学生访问终端设置有视频播放模块。作为对本技术方案的进一步限定，所述无线发送端采用ZigBee射频发送端，所述网络协调器包括ZigBee射频接收端、微处理器和网络传输模块。作为对本技术方案的进一步限定，所述控制器采用HEVC视频压缩对摄像头采集的视频图像进行压缩，计算帧内编码帧I帧中各个CTU的目标码率，并采用R-lambda模型计算I帧中各个CTU的QP值。作为对本技术方案的进一步限定，所述I帧中各个CTU的目标码率计算过程如下：(1)、获取视频图像的帧内编码帧，即I帧，预测当前待编码的编码树单元CTU的运动信息和复杂度信息，以及当前I帧的整帧复杂度信息；(2)、根据CTU的运动信息，提取I帧的全局运动信息，并判断当前CTU是否是运动CTU；(3)、针对非运动CTU，根据当前CTU的复杂度信息和I帧的复杂度信息，判断当前CTU是纹理复杂CTU，还是纹理平坦CTU；(4)、根据不同的CTU类型，为CTU优化分配目标码率，并采用R-lambda模型计算CTU的QP值。作为对本技术方案的进一步限定，所述步骤(1)具体包括如下步骤：(11)、获得当前待编码CTU在前一帧对应位置处的CTU，提取其运动信息；(12)、采用线性预测方法，预测当前CTU的运动信息；(13)、获得I帧之前一帧的整帧复杂度信息，以及当前待编码CTU在前一帧对应位置处CTU的复杂度信息；(14)、采用线性预测方法，预测当前I帧的整帧复杂度信息和当前CTU的复杂度信息。作为对本技术方案的进一步限定，所述步骤(2)具体包括如下步骤：(21)、将各CTU的运动向量分解为水平运动向量MVx和垂直运动向量MVy；(22)、分别统计各CTU的MVx和MVy，计算出现概率最大的MVx和MVy，将其作为水平方向和垂直方向的全局运动向量MVGx和MVGy；(23)、将各CTU的MVx和MVy与MVGx和MVGy进行比较，判断当前CTU是否是运动CTU。作为对本技术方案的进一步限定，所述步骤(4)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多媒体教学信息管理系统，包括一组摄像头，其特征是：所述摄像头连接控制器，所述控制器分别连接无线发送端和RAM存储器，所述控制器通过无线网络与网络协调器通信，所述网络协调器与校园服务器通信，所述校园服务器与浏览服务器通信，所述浏览服务器与一组学生访问终端通信，所述学生访问终端设置有视频播放模块。

【技术特征摘要】
1.一种多媒体教学信息管理系统，包括一组摄像头，其特征是：所述摄像头连接控制器，所述控制器分别连接无线发送端和RAM存储器，所述控制器通过无线网络与网络协调器通信，所述网络协调器与校园服务器通信，所述校园服务器与浏览服务器通信，所述浏览服务器与一组学生访问终端通信，所述学生访问终端设置有视频播放模块。
2.根据权利要求1所述的多媒体教学信息管理系统，其特征是：所述无线发送端采用ZigBee射频发送端，所述网络协调器包括ZigBee射频接收端、微处理器和网络传输模块。
3.根据权利要求1所述的多媒体教学信息管理系统，其特征是：所述控制器采用HEVC视频压缩对摄像头采集的视频图像进行压缩，计算帧内编码帧I帧中各个CTU的目标码率，并采用R-lambda模型计算I帧中各个CTU的QP值。
4.根据权利要求3所述的多媒体教学信息管理系统，其特征是：所述I帧中各个CTU的目标码率计算过程如下：
(1)、获取视频图像的帧内编码帧，即I帧，预测当前待编码的编码树单元CTU的运动信息和复杂度信息，以及当前I帧的整帧复杂度信息；
(2)、根据CTU的运动信息，提取I帧的全局运动信息，并判断当前CTU是否是运动CTU；
(3)、针对非运动CTU，根据当前CTU的复杂度信息和I帧的复杂度信息，判断当前CTU是纹理复杂CTU，还是纹理平坦CTU；
(4)、根据不同的CTU类型，为CTU优化分配目标码率，并采用R-lambda模型计算CTU的QP值。
5.根据权利要求4所述的多媒体教学信息管理系统，其特征在于，所述步骤(1)具体包括如下步骤：
(11)、获得当前待编码CTU在前一帧对应位置处的CTU，提取其运动信息；
(12)、采用线性预测方法，预测当前CTU的运动信息；
(13)、获得I帧之前一帧的整帧复杂度信息，以及当前待编码CTU在前一帧对应位置处CTU的复杂度信息；
(14)、采用线性预测方法，预测当前I帧的整帧复杂度信息和当前CTU的复杂度信息。
6.根据权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：段广彬，许方超，范长英，
申请(专利权)人：济南草履虫电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37