互动教学系统中屏幕广播技术的研究与实现

发布时间：2020-05-13 16:45

【摘要】：在传统多媒体教学过程中教师多采用PPT进行授课,师生之间缺乏互动交流,随着教育改革的不断深入和信息技术的快速发展,基于师生互动的智慧课堂教学方式逐渐得到一线师生的认可,而在师生互动的屏幕广播应用中,屏幕广播具备数据量大、实时性能强等特点,成为智慧课堂互动教学中需要攻克的技术难点,其中视频编码的性能直接影响着广播应用的性能,其难点的攻破可极大地提升师生交互的用户体验,提升课堂教学效率和教学效果,对于提升课堂教学质量具有很好的促进作用。为了开发智慧课堂互动教学系统以及互动教学中的屏幕广播功能,本文通过改进H.265/HEVC中的帧内预测算法实现屏幕广播的高效视频编码,以提升互动教学中师生间的互动体验,对于提高课堂教学质量有较好的促进作用和现实意义。本文主要研究内容如下:(1)设计并实现了满足智慧课堂教学的互动教学系统,该系统具备教师授课、学生答题、学情分析、师生互动和课堂签到等功能,可很好地提高教师授课效率,提升学生课堂参与的积极性,并对系统功能进行了完整的测试。(2)设计并实现了一个具有基本功能的屏幕广播系统。通过已构建的视频编码解码框架,改进使其具备较好的编码效率,可为屏幕广播系统提供较好的视频编码服务。(3)通过分析互动教学屏幕视频的特征,并结合H.265/HEVC中的帧内预测算法的特点,从块划分过程和模式选择两个方面改进了帧内预测算法,通过实验测试分析了改进的帧内预测算法的性能。本文研究的互动教学系统以及屏幕广播功能,为实现智慧课堂教学做了有益尝试。
【图文】：

第 2 章 相关原理和技术2.2 H.265/HEVC 视频编码框架2.2.1 H.265/HEVC 视频编码流程本课题研究以 H.265/HEVC 为基础，H.265/HEVC 视频编码标准采用了结合块的预测和变换的多元编码框架[20]，这一混合的多元编码框架主要包含帧内预测、帧间预测、变换编码、量化编码、熵编码、去块滤波等过程。同时，在 H.264/AVC的基础上，H.265/HEVC 还采用了改进的帧内预测，改进的自适应的四叉树编码块划分结构，，自适应的运动参数预测和新型的环路滤波器[21]。H.265/HEVC 编码过程具体如图 2-2 所示。

2.3.1 H.265/HEVC 编码结构H.265/HEVC 编码时最大块的尺寸是 64 64[31]，为了可以应对不同应用环境下不同分辨率的视频编码，H.265/HEVC 采用了多样化编码块结构，主要包括以下：(1) 编码单元 CU编码单元进行块划分时以递归循环实现四叉树结构，编码单元作为 H.265 编码的基本单位是影响 H.265 编码性能的关键[32]。H.265 在编码时，一幅图像帧被分割成多个相互独立的编码树单元，划分时根据设置的参数采用四叉树循环分层的结构一直划分至最小的块尺寸。对于每一个编码单元都有标记来指示是否继续进行分割更小的单元，最小的分割单元是 8 8，这种递归形式的划分形式提高了编码的压缩率，但是算法复杂度也随着增加[33]。图 3-2 展示了编码单元的四叉树划分。
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN93;G434

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本文编号：2662241