交互式电子白板系统设计

摘要

　　伴随计算机网络技术的飞速发展,电子白板系统的应用越来越广泛,但传统的电子白板系统己经无法满足用户对于异地交互的要求。交互式电子白板系统因为其具有较好的网络交互性而受到人们的关注并被广泛应用于教育、商业等领域,国内外众多厂商也推出了多款交互式电子白板系统。现今,交互式电子白板的硬件发展日新月异,然而,相关配套软件的发展还比较缓慢,市场上的软件系统所具备的功能还比较单一,完全不能满足用户的需求。交互式电子白板的软件系统既要与硬件搭配,又要满足用户的使用需求,因而在一个完整的交互式电子白板系统之中,其极为重要。因此,本文针对交互式电子白板系统的软件部分进行了研巧,设计了一套基于Java的交互式电子白板系统。

　　本文对当前交互式电子白板的研巧状况和发展趋势进行了分析,结合Java语言的优势,使用其作为系统的开发语言。网络模式方面,为满足用户交互性能,本文所设计的交互式电子白板系统采用C/S主从模式。本文首先完成系统总体的设计方案,随后对系统中的H个主要功能模块:图形图像系统模块、录制与回放功能模块及网络传输模块进行了弹细设计。图形图像系统模块是本文的核也,细分为绘图功能子模块、图形图像编辑功能子模块及图形图像管理功能子模块,在绘图功能模块中利用双缓冲技术来消除屏幕的频繁闪烁问题,在编辑模块中引入了图形图像的矩阵化处理和擦除操作,在管理功能子模块中用到数组和链表来存储图形图像的索引信息。功能子模块构成了一套完整的图形图像绘制与管理体系。在录制与回放功能模块中能够实现对于多媒体文件的录制、管理以及回放功能。网络传输模块则支持交互式电子白板系统的网络交互功能。同时在文件传输部分中探讨了一种自适应霍夫曼算法,这种算法能够提高数据压缩效率,有利于文件传输。本文最后对所设计的交互式电子白板系统进行了功能测试,测试结果表明本文所设计的交互式电子白板系统基本达到预期设计要求。

　　关键词：交互式电子白板;图形图像;录制回放:网络传输

Abstract

　　With the rapid development of Computer  Network  Technology,  electronic whiteboard system is being used more and more widely, but the traditional electronic whiteboard system has been unable to meet the requirements of users for different places.

　　Interactive electronic whiteboard system has been used widely in the fields of education, commerce and so on because of its better network interactivity. And a number of domestic and foreign manufacturers also have launched a variety of interactive electronic whiteboard  systems.Today,  the  hardware  of  interactive  electronic  whiteboard  is developing rapidly, however, the development of accessory software is pretty slow, software systems on the market just have a single function, which are completely unable to meet the user's demands. T'he software system of the interactive whiteboard is not only to match with the hardware, but also to meet the needs of users. So the software system is very important in the interactive whiteboard system. Thus, in this paper, the software part for interactive electronic whiteboard system was studied and an interactive electronic white board system based on Java was designed.

　　In this paper, the current research status and development trend of the interactive electronic whiteboard were analyzed. Combined with the advantages of Java language, it was used as the development language of the system.Considering the network model, C/S- master slave mode was applied in the interactive electronic whiteboard system to satisfy the user's interactive performance.Firstly, the overall system design was done.

　　Then the three main function modules of the system:the graphic image system module, recording and playback module and the network transmission module were designed in detail. The graphic and image system module is the core of this paper, which was divided into drawing function module, graphics and image editing function module and graphics and image management function module. In the drawing function module, the double buffering technology was used to eliminate the frequent flicker of the screen. In the editing module, the matrix of the graphic image and the erase operation were introduced.

　　In the management module, arrays and linked lists were used to store the index information of the graphics image. The above three function modules completed a complete set of graphics and image rendering and management system. In the recording，and playback function module, the functions of recording and management and playback of multimedia files could be realized. The network transmission module supported the interactive of electronic whiteboard system. At the same time, an adaptive Hoinan algorithm was discussed, which could improve the efficiency of data compression and help for transferring file. Finally, the interactive electronic whiteboard system was tested. The results showed that the interactive whiteboard system designed in this paper could achieve the expected design requirement.

　　Keywords:  Interactive Electronic Whiteboard; graphic and image system; record and playback; network transmission

　　电子白板最先在国外兴起，是计算机技术与多媒体技术有机结合的一项科技产物。电子白板系统多被用于教育培训、远程会议等场合。电子白板可以看成是传统白色书写板的电子化，其具有传统白色书写板所具有的一切功能。通过电子白板，用户借助于鼠标光笔完成书写。在用户进行书写的同时，计算机能够接收输入设备的传感器所采集到的输入设备的移动轨迹信息，由计算机将此轨迹信息转化为图形数据，至此完成书写内容在显示面板上的显示。以上就是电子白板的基本原理[i]0在电子白板诞生初期，用户只能通过特定的输入设备进行输入，但随着技术的不断改进，用户的输入方式也变得更加灵活，不再受到输入设备的限制。用户可以在触摸屏上完成书写，甚至可以由计算机的摄像头完成对用户书写手势动作的捕捉，将轨迹信息转化为相对应的图形信息，完成输入功能。

　　目前市面上主要有两种类型的电子白板在售，一种是复印式电子白板，另一种是交互式电子白板。复印式电子白板的功能与复印机的功能相近，其白板也被叫为立式手写复印机。用户可通过该白板将输入的内容打印出来，该过程就是一个文本的复印功能。由于复印式电子白板的处理过程比较简单，因此只需要在复印式电子白板中内嵌一微型处理器即可完成此功能，而无需与电脑相连。相对于复印式电子白板，交互式电子白板更加智能。交互式白板能够与电脑相连，其中内嵌的通信模块能够实现数据通信功能。数据在完成通信之后，能够实时显示在终端上。借助于投影设备以及交互式电子白板系统内的交互模块，将会使教学与会议环境的智能化以及交互化程度大大提升。同时，在交互式电子白板系统中还集成了一定的文字处理功能，能够完成对所输入文字的注释、编辑以及保存等功能。由此可见，相对于传统白板与复印式电子白板，交互式电子白板具有更好的人机互动。

　　尽管交互式电子白板系统的功能优于复印式电子白板的功能，但是交互式电子白板毕竟为新兴技术，因此其有很大的局限性。随着交互式电子白板应用范围的进一步扩大，交互式电子白板的局限性也渐渐展现出来。其中对于交互式电子白板的实时性、交互性、易用性、显示质量等诸多方面提出了更高的要求。

　　对于交互式电子白板，其应当进一步满足实时异地教学或者会议的功能，要求电子白板的内容能够在两地之间实时传递，最大化地降低图像的传递时差。对此，交互式电子白板的通信模块需要更多改进来适应通信的需求。

　　交互式电子白板应当尽可能地丰富其交互方式，以保障其拥有更好的交互性。

　　当前交互式电子白板存在交互方式单一的问题。仅仅依靠光笔输入是远远不够的，交互式电子白板应当逐渐满足声音、手势等多方式交互。

　　不论对于硬件系统还是软件系统，易用性永远是首要的衡量标准。对于交互式电子白板系统，应当保证手写输入的自由度。保证在快速书写条件下，系统对于所书写文字辨识的正确性。

　　对比传统白板，交互式电子白板有了很大改善，这使得交互式电子白板在异地会议以及异地教学等领域替代传统白板成为一个必然的趋势，因此国内外众多科技公司以及研究机构对于交互式电子白板的研究力度加大。对于交互式电子白板的研究具有较大的学术与经济价值。

　　随着交互式技术的不断发展，新的技术不断应用于交互式电子白板。经过不断的技术创新，交互式白板更加符合用户的需求。

　　首款交互式电子白板被称之为LiveBoard，该款交互式电子白板是由美国的施乐公司于上世纪90年代推出。这款交互式电子白板可以看成是交互式电子白板的雏形，并在当时个别商业环境中得以应用。第一款真正意义上的交互式电子白板系统是由加拿大SMART Board公司推出。这款产品具有跨时代的意义，这款产品的关键技术对于日后交互式电子白板的发展具有非常重要的推动作用。

　　SMART Board在商业上取得了巨大的成功，这也刺激着世界上其余的科技公司在交互式电子白板的研发上投入更大的人力物力。在这一大趋势之下，交互式电子白板进入一个快速发展的时期。交互式白板在教育领域的应用最为广泛与成功，同时也在媒体、商务会议、军事指挥等领域有着极大潜力。英国中小学在21世纪初就开始进行交互式电子白板的推广，并且受到了广大师生的欢迎。英国教育部门在此后对于交互式电子白板的推广不断增加资金投入。到目前，交互式电子白板已经成为英国中小学最为普遍的一种计算机辅助教学之一。2004年我国与英国开始进行交互式电子白板的合作项目，从此交互式电子白板开始正式进入我国。交互式电子白板能够为学生提供更好的教学体验，将会使得教学内容更加丰富，教学方式更加多样化。我国的一些公司也开发出具有国际先进水平的电子白板软件，并且已经在许多学校中进行过应用。

　　对于交互式电子白板，按照定位方式的不同，交互式电子白板可以分为:触屏式、红外以及声纳定位式、CCD光扫描式以及激光扫描式等。触屏式电子白板可以分为电感式、电阻式、红外线式以及电容式等。触屏式电子白板具有较高的定位精度，同时其工作原理较为简单，并且在输入过程中不需要专门的数据输入设备支持，但是触屏式电子白板的缺点在于其抗干扰能力较差。红外以及声纳定位式电子白板的成本较低，同时具有较高的定位精度，但红外以及声纳定位式电子白板系统与触屏式电子白板系统具有相同的缺陷，那就是抗干扰能力较差，极易受到温度以及强噪声的干扰，同时其需要专门的输入光笔进行数据输入，扫描式电子白板可以支持双人书写和多点触控等模式，但其受外界红外线的影响很大。反应速度快和定位精度高是激光扫描式电子白板的两大特点，但是该类型电子白板的研发要求很高，成本不低。

　　交互式电子白板系统是为了应对教育数字化而开发，目前其在教育领域的应用最为广泛。相对于传统白板，交互式电子白板具有众多优势，随着交互式白板技术的进一步发展与优化，在可预见的将来，交互式电子白板必然将成为全新的教学方式，创造出更为丰富灵活的教学环境，从而能够最大程度地提高学生的学习积极性，提高教育领域的数字化程度。

　　交互式电子白板系统设计：

交互式电子白板系统的主功能界面

点击绘图区域时会弹出文字输入对话框

几种主要笔迹的示意图

标准直线的绘制效果图

标准圆弧以及圆的绘制效果图

目录

　　摘要
　　Abstract
　　1 绪论
　　　　1.1 研究背景及意义
　　　　1.2 交互式电子白板的研究现状与前景
　　　　　　1.2.1 交互式电子白板的研究现状
　　　　　　1.2.2 交互式电子白板的发展前景
　　　　1.3 本文主要研究内容以及章节安排
　　　　1.4 本章小结
　　2 交互式电子白板系统的总体设计
　　　　2.1 交互式电子白板的工作原理
　　　　2.2 交互式电子白板的功能需求分析
　　　　2.3 交互式电子白板系统的总体方案
　　　　　　2.3.1 系统总体结构设计
　　　　　　2.3.2 网络模式的选择
　　　　　　2.3.3 系统开发工具介绍
　　　　2.4 本章小结
　　3 图形图像系统模块的设计
　　　　3.1 模块框架设计
　　　　3.2 绘图功能子模块
　　　　　　3.2.1 Java绘制机制
　　　　　　3.2.2 图形对象模型的建立
　　　　　　3.2.3 管理内存画布
　　　　　　3.2.4 绘图处理器的设计
　　　　3.3 图形图像编辑功能子模块设计
　　　　　　3.3.1 图形图像的矩阵化处理
　　　　　　3.3.2 图形图像的组合与拆分
　　　　　　3.3.3 图形图像的复制、剪切与粘贴
　　　　　　3.3.4 图形图像的擦除操作
　　　　3.4 图形图像管理功能子模块设计
　　　　　　3.4.1 图形对象管理器
　　　　　　3.4.2 用户操作管理器
　　　　3.5 本章小结
　　4 录制与回放模块的设计
　　　　4.1 关键技术以及相关理论基础
　　　　　　4.1.1 多线程技术
　　　　　　4.1.2 数字音频技术基础
　　　　4.2 录制功能的设计
　　　　4.3 回放功能的设计
　　　　4.4 本章小结
　　5 网络传输模块的设计
　　　　5.1 网络通信理论基础
　　　　5.2 实时图像传输功能的设计
　　　　　　5.2.1 图像数据的提取
　　　　　　5.2.2 图像数据的压缩
　　　　　　5.2.3 图像数据的传输
　　　　5.3 文件传输功能的设计
　　　　5.4 本章小结
　　6 系统实现与测试
　　　　6.1 系统界面的实现与测试
　　　　6.2 系统功能实现与测试
　　　　6.3 本章小结
　　7 总结与展望
　　参考文献
　　致谢
　　攻读学位期间研究成果

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