CN1702700A - 一种多媒体数码录像学习多功能机系统与方法 - Google Patents

Abstract

一种基于数码录像机平台的多媒体数码录像学习多功能机，兼有数码录像机和数码学习机的功能，包括：(1)拍照，(2)录像，(3)播放MP3音乐，(4)播放MPEG－4录像和影片，(5)播放JPEG彩图，(6)复读，(7)跟读对比，(8)电子词典，(9)电子书，(10)录音，(11)播放情景教学片和(12)USB网上下载等。通过对系统资源实行多用户式的管理，可以有条件的开放娱乐功能的使用，是一个既有助与学习、又能丰富生活的，性价比高的多功能产品。

Description

一种多媒体数码录像学习多功能机系统与方法

技术领域

音视频多媒体应用。

背景

公知的数码学习机具有电子词典、复读、收音、录音、MP3播放等功能，主要用于外语学习和音乐欣赏。目前大多用单、复色显视屏，其缺陷为：1.视觉效果差，易疲劳；2.不能播放彩图、录像或动画片、以及情景教学片；3.不能课堂或现场录像，以助研习和复习。公知的数码录像机可以拍照、录像、播放MP3、MPEG-4，但除了专业摄影家和摄影爱好者外，与数码学习机相比，一般家庭的时间利用率并不高。

发明内容

本发明涉及一种基于数码录像机平台的多媒体数码录像学习多功能机(以下简称数码录像学习机)的系统与方法，综合数码录相机和数码学习机的功能，将学习、听音乐、照相看录像融为一体，形成了一个实用性好、娱乐性及性价比高的新型多媒体产品。

数码学习机的主要用户群是大中小以及成年在职或自学学生。目前一台品牌数码学习机的市场售价为千元以上，与一台中低档数码录像机大致相当。如果数码录像学习机以相近或略高的价格出售，消费者就等于白得了一台录像机或学习机。一体化所带来的增值效益是显而易见的。

除了价格和性能上的优势，数码录像学习机也很适合中国家庭的消费结构。一台数码录像学习机，既有有助于孩子学习，又可以增添家庭生活乐趣。孩子可以带了上学，大人可以带了出差、旅游。日常生活也可以载于数码像册来保存观赏。考虑到缺乏自制力的孩子拿了贪玩，可以由家长用密码来设置控制娱乐性功能的使用。不仅如此，条件性的开放娱乐性功能还可以起到调动孩子学习积极性的促进作用。录像功能除了帮助学生研习，作为资料保存和交流，还可以让家长及时真切了解学校各科课堂教育质量和效果，更好的发挥家庭的教育作用。情景教学是英美等国教授非母语学生英语的优选手段。本发明给情景教学提供了一个良好的平台，学生可以通过观看情景教学片和互动情景教学片更好的把握语言的精髓和实际应用。由于数码录像学习机可以通过电脑或电视播放录像和情景教学片，也可以作为一个优选的教具。虽然数码录像学习机目前主要针对外语学习，随着配套软件的开发，也可以用于其它学科。

附图说明

图1是数码录像机的结构原理图，包括镜头1、传感器模块2、用户界面模块17、闪光灯模块18、电源模块19、时钟模块50、图像处理模块3、DSP模块4、收音模块13、音频Codec模块8、MP3解码编码模块6、JPEG压缩、解压缩模块5、MPEG-4压缩、解压缩模块7、内存模块11、固态存储模块12、麦克风14、扬声器20、彩色显示屏及其驱动模块10、TV混频调制模块15、USB模块9，其中，闪光灯模块、扬声器、TV复合视频调制模块是可选的，固态存储模块是闪存、闪卡、移动硬盘或其它不挥发的数字数据存储单元。

图2是数码学习机与数码录像机的结构原理图比较，其中实线部分为数码学习机。

图3是数码录像学习机的软件结构示意图，其中深色的部分是数码学习机的功能模块。数码录像学习机的软件系统由操作系统、系统软件应用软件构成；应用软件包括用户界面显示模块和用户输入信息读取模块，系统管理和操控模块，以及特殊功能模块，如软件JPEG压缩解压缩，MP3压缩解压缩，MPEG-4压缩解压缩，电子词典的检索和数据管理。驱动软件负责数码录像机和PC的接口；PC应用软件则负责连网、下载、编辑等服务。

图4是数码录像学习机的一种实施的外形图。机壳的正面左上方是彩色显示屏，镜头和闪光灯位于背面的左上方。共有八个按键，五个插口，其相对位置如图。

图5是数码录像学习机的一种实施的操控结构图。

图6是数码录像机的一种实施的工作状态转换图。

系统结构与方法

公知的数码学习机的硬件平台源MP 3播放器。比较数码录像机的结构原理图(图1)和数码学习机的结构原理图(图2实线部分)，可以看出，前者包括了后者的全部功能模块(具体的品牌、实现方法和特性指标可以不同)。数码录像机的核心部件是图像处理ISP(Image and Signal Processor)模块和系统DSP模块。在大部分数码录像机的平台中，图像处理ISP模块3和系统DSP模块4集成在一个芯片上，但独立的图像处理ISP芯片或图像传感器模块2与图像处理ISP模块3集成的单芯片也有。图像处理ISP模块3负责处理整合原始传感器数据，以形成清晰、色彩纯正、格式化的视频输出；DSP模块4由DSP核(一股为16位或32位微处理器)，以及嵌入的其它辅助计算、储存、通讯和控制单元，如DMA(存储器直接传送)、OSD(图形图像显示控制器)、CACHE(快存)、I/O(输入、输出接口)等构成。与数码录像机相比，公知的数码学习机对系统资源的要求要小得多，这是因为前者处理的是视频及音频数据，而后者处理的是音频和文字数据。因此，本发明数码录像学习机可以通过录像和学习资源共享，分时操作的原理在数码录像机的平台上实现。其具体的实现步骤是：

(1)选择合适的平台，确定功能特性规格书、元器件选配

选择平台需要权衡的主要因素有：拍照和录像的品质和性能、器件成本、功耗、DSP的处理能力、开发的时间和成本。由于ISP和DSP集成的方案是数码录像机行业的主流，其品质、性能、方案的成熟性都不错。但功耗较高，一般为200-400MA，而大部分数码学习机的功耗都低于100MA。ISP与DSP分离的方案可以通过在学习机工作状态时机关掉ISP模块来降低功耗，但拍照和录像的品质和性能可能不是最佳。DSP的处理能力决定了JEPG、MPEG-4、MP3的编码、解码能否用软件来实现，也决定了在该平台上作扩展开发的潜力。

由于一般数码录像机的音频模块的配置较差，如Codec A/D，D/A多采用8位精度，不能满足学习机的需要，系统配置可选16位以上精度。此外，一般数码录像机也不带MP3的编码功能，系统配置可选硬件或软件的MP3编码模块。

(2)确定外型设计用户界面

(3)完成电路设计和制版

(4)完成操控软件的编写和调试

操控软件一般是用C或汇编编程的，一般数码录像机的平台都配有模拟开发板和基本功能软件包如编译环境、参数设置、初试化、内部和外部通讯、以及其它模块化的程序。可以选用或自行开发更好的实现方法。数码学习机的功能的开发可以利用数码录像机的程序块，如录音、放音、显示屏控制和显示、JPEG、MP3、MPEG-4的编、解码。电子词典的开发涉及数据库的管理和检索的算法。

(5)完成外型设计和加工

(6)整机调试和修改

(7)批量生产

数码录像机的平台也可以以目前的数码学习机平台为基础，增添与拍照和录像相关的模块，但系统DSP必需配置视频数据接口，否则开发的工作量会增加很多。

除了选用现有平台外，也可以开发更优化的芯片来实现。除了图像质量，性能等指标外，优化的措施之一是通过平衡采用高性能、高价位的DSP核(如ARM系列)，用软件来实现尽可能多的处理功能，还是采用低性能、低价位的DSP核(如8或16位微处理器)，辅之以较多的嵌入的硬件模块，来降低成本。优化的措施之二是在ISP与DSP集成的平台上，对有选的模块，特别是图像处理模块的分区供电，并可以通过软件来实时启断，从而降低功耗。

典型实施

1.结构和主要特性参数(参见图1、图4)

镜头1：采用普通定焦镜头以降低成本；

传感器模块2：采用OV3620 CMOS感光芯片，分辨率为2048*1536

图像处理模块3、DSP模块4：为集成的SUNPLUS SPCA536A DSP芯片，16位MIPS核；

音频Codec 8：为16位A/D、D/A，采样频率为8KHz-48KHz；

MP3解码编码模块6：由硬件实现支持WMA、MP3格式；

JPEG压缩解压缩模块5：由硬件实现；

电源模块19：为内置充电鋰电；

功耗：350MW/录像，250MW/学习、播放；

MPEG-4压缩、解压缩模块7：由硬件实现，录像图像分辨率为此320*240，25帧/秒MPEG-4，15分钟随机储存，大于两小时/512M闪卡；

内存模块11：为16M SDRAM；

固态存储模块12：包括128M NAND FLASH，512M SD卡插槽；

彩色显示屏10：采用AU 1.8”TFT；

USB模块9：为USB1.1 HOST，支持移动硬盘，PC照相机；

TV混频调制模块15：支持NTSC/PAL；

收音模块13：支持FM，ST/MO切换，收录；

操作系统：UC/OS；

软件编译环境：C、汇编；

面板键：8个；

外形尺寸：11×6×1.3cm；

2.过程原理

2.1开机

流程如图5所示：

按电源键40 5秒钟开机。开机后自动进入学习模式。重复按电源键可在照相、播放和学习之间循环。

按电源键40 5秒钟关机。怠机关机。

2.2管理模式

在学习模式的主菜单中按菜单键41，由功能键46、44移动光标并选定管理模式，再按OK键42(以下称‘OK’)确认，再根据系统提示输入密码，以进入管理模式。

在管理模式的屏显菜单中，移动光标，并选定功能限制，再按OK确认，

彩色显示屏会显示：

照相

播放MP3

播放MPEG-4

取消所有限制

如需设定限制，移动光标，并选定功能，再按OK确认，

彩色显示屏会显示当前限制设定的列项：

1.从00月00日到00月00日

  从00时到00时

2.从00月00日到00月00日

  从00时到00时

…

确认  增加  取消

光标首先停留在项目一的起始时间月上，用功能键43，45来选定时间月(1-12)，按OK确认，光标自动移到起始日，以此直至终止时间。

选定 确认 按OK，保存记录并返回；选定 增加 按OK，则增加一项；选定 取消 按OK，则删除记录并返回。

除了功能限制之外，管理模式还可以提供其它系统服务，如设定时间，日期，规定只读文件和隐私文件等。

2.3照相

照相的功能状态转换由图6所示：

进入照相模式后，系统首先初始化，包括启动软件、打开图像传感器1和彩色显示屏显视屏10，随即将图像信号从图像传感器1下载，经图像处理模块处理整合后2，送入彩色显示屏10的视频存储进入预览状态。

如此时插入USB网线，系统将通过预先装入的驱动与PC连接，并自动进入PC照相机或网络照相机模式，将彩色显示屏上的内容同时显示在电脑屏幕上。启动相应的连网软件后，即可实现网络相机的功能。

2.3.1拍照

用者启动快门36后，图像信号从图像传感器1下载，经图像处理模块处理整合后2，再传送至JPEG模块5压缩，压缩后的图像再传送存入固态存储12。

2.3.2录像

录像前，用者须按菜单键41，并选定录像模式。启动快门后，图像信号和声音信号分别经由视频通道2和音频通道8下载、处理、整合后，再由MPEG-4模块7进行压缩，压缩后的数据存入固态存储12。

2.3.3回放

按OK，即进入回放模式并显示可回放最近拍摄的图片的小图。按键44、46可浏览整个目录，选定后按OK播放。播放录像则须在选定后，再按快门键启动，再按快门停止。如需接电视回放，则须在回放的菜单中选定TV-OUT ON，并接好视频电缆即可。

2.4播放

进入播放模式后，彩色显示屏即显示收音、MP3、采图、MPEG-4四个选项。移动光表，按OK确认。

2.4.1收音

进入收音模式，彩色显示屏显示FM的选频区间图标，并以上一次结束的频段为默认台并开始放音。用键44、46来选台，键43、45来调音量，按菜单键开始录音，再按菜单键结束并返回到收音。按OK键结束收音并返回到播放。

2.4.2彩图

进入彩图模式，彩色显示屏显示彩图的目录。选定目录后，即显示小图；选定小图后按OK确认既可播放。按键43返回到播放。彩图的播放主要是由JPEG模块来实现的。

2.4.3音乐

音乐的播放支持MP3和WMA

进入音乐模式后，彩色显示屏显示目录及文件。选定后，按OK确认既可播放，彩色显示屏并且显示：播放、快进、快退、暂停、A-B复唱、EQ音效以及结束的图标，光标落在播放上。用左右选来选定，按OK确认即可进入特殊效应模式。

播放时，音量由键43、45来控制。

与电子词典相似，播放时可以屏幕取词，随时查阅词典。

播放时，字幕和同步信息从固态存储12经数据线16进入内存，MP3的数据分段解码和播放，以减少所需内存。同步信息在制作时加入字幕文件。DSP模块根据同步信息协调音视频信号的输出。

2.4.4 MPEG-4录像及影片

进入MPEG-4录像及影片模式后，彩色显示屏显示目录及文件，选定后，按OK即可播放。录像的播放比较简单，支持快进、快退、暂停、A-B复播、字幕等基本功能。由于MPEG-4的产业化仍在进行中，用户界面也需要不断的作相应的调整。

MPEG-4的解压可以由硬件或软件，或硬件或软件协同实现。数据从固态存储12经DMA批量传送至内存11或快存2，由MPEG-4解压模块解压，解压后的图像和声音信号分别送视，音频通道同步播放。

2.5学习

进入学习模式，系统会在彩色显示屏上显示主菜单，选项为1。电子词典、2.录音、3.复读、4.电子书、5.教学片。确定选项后，按OK启动。

2.5.1电子词典

英汉词典

为默认模式，可通过菜单键41来切换英汉、汉英。

彩色显示屏上显示电脑键盘，通过46、44可以选定输入字母，按OK确认，再按45，则系统开始查找，并显示翻译结果。每再按一次OK，系统就播放该单词的发音。如语音库中没有，彩色显示屏会显示响应的信息。

可以通过功能键46、44来移动光标在译文中屏幕选词，再按功能键45，则自动转为汉英词典，查找并显示其英文翻译。这是一个互逆的过程，可以循环多次。

按功能键43返回。

常按功能键45重新查找。

汉英词典

支持全拼、五笔等输入。

电子词典的文字和声音数据存于固态存储12内。索引部在启动电子词典时，由数据总线16进入内存11。查找的算法由DSP模块4实现。检索的结果送入内存11，字符信息通过彩色显示屏10显示，语音的播放通过解码6，D/A转换8经耳机插孔32或扬声器20输出

2.5.2录音

进入录音模式，彩色显示屏显示音质的选择区间图标。

通过44、46来移动光标并选定，按OK开始

彩色显示屏显示录音的时间及能存储的时间。

按OK结束。再按OK存盘并返回，或按功能键43不存盘并返回。

录音文件采用MP3格式编码，可以直接在电脑上播放

录音时，声音经内置的麦克风14转变为音频信号，经A/D 8后，由MP3模块6编码存固态存储12。

音质的高低可以通过采样频率和波特率来调节。

在录音的模式下接入转录线，按OK即可转录。

2.5.3复读

进入复读模式后，彩色显示屏显示目录及文件，用功能键44、46，来选定，按OK确认，彩色显示屏显示：

播放/暂停、快进、快退、变速、三遍复读、A-B段复读、跟读对比图标。

(1)播放/暂停

选中播放图标按OK可以在暂停、播放之间循环

(2)快进

选中快进图标按一次OK则快进6秒左右。

(3)快退

选中快退图标按一次OK则快退6秒左右。

(4)变速

选中变速图标按一次OK

按功能键45减速一级

按功能键43增速一级

再按一次OK键回到初试速度。

(5)即时翻译

在暂停状态下，按菜单键41即进入即时翻译模式，光标落在当前屏幕上的第一个英文单词上，用功能键44、46可选择不同的单词。再按OK，即翻译并朗读选中的单词。

(6)三遍复读

选定三遍复读图标按OK则开始三遍复读，每句话都会读三遍，依次向下读。再按OK键返回。

(7)AB复读

选定AB复读图标按OK键则确定复读的起始A点，稍后再按OK则会确定结束点B点，复读即在A点到B点之间进行，再按OK键返回。

(8)跟读对比

选定跟读对比图标按OK键则开始跟读对比，其过程为：

·播放原声

·跟读

·再次播放原声

·播放跟读

按OK返回。

复读是同步播放、录音、电子词典的综合。

2.5.4电子书

除了支持TXT文件外，电子书是字符显示、图片播放、声音的综合，每一个原素都是一个独立的可操作的对象，这不同于把一页书扫描后作为JPEG图片播放。如果选定文字，可以进行翻译；如果选定图片，可以播放其相关的信息。

2.5.5情景教学片

情景教学片可分为影片和互动式影片或互动式动画片，前者是MPEG-4的简单的播放，后者是一个比较复杂的过程，需要相当多的本机化开发，且界面的设计也不一而论。

2.5.6模拟考试

2.5.6 USB网上下载和U盘

USB网上下载和U盘的功能在学习的模式下插上USB连线既可。该功能主要是由USB模块完成的。

Claims (5)

1.一种多媒体数码录像学习多功能机系统和方法，其特征是：由光，声电器系统和单一的机壳构成，可以实现数码录像机的功能和数码学习机的功能，包括拍照、录像、播放MP3音乐，播放MPEG-4录像和影片、播放JPEG彩图复读、跟读对比、电子词典、电子书、录音、播放情景教学片和USB网上下载。

2.权利要求1中的多媒体数码录像学习多功能机的光，声电器系统的结构特征是：包含镜头1、传感器模块2、用户界面模块17、闪光灯模块18、电源模块19、时钟模块50、图像处理模块3、DSP模块4、收音模块13、音頻Codec模块8、MP3解码编码模块6、JPEG压缩、解压缩模块5、MPEG-4压缩、解压缩模块7、内存模块11、固态存储模块12、麦克风14、扬声器20、彩色显示屏及其驱动模块10、TV混频调制模块15、USB模块9，其中，闪光灯模块、扬声器、TV复合视頻调制模块是可选的，固态存储模块是闪存、闪卡、移动硬盘或其它不挥发的数字数据存储单元，模块是由硬软件资源构成的相关功能组合，由一个或多个器件来实现。

3.权利要求1中的多媒体数码录像学习多功能机的功能特征是：图像传感器有效像素不低于1280×1024；静止图片压缩格式为JPEG，或JPEG系列中更新的格式；录像的图像信号的最低分辨率为320×240、压缩格式为MPEG-4或MPEG系列中更新的格式、图像信号的最低帧速率不低于每秒25帧；复读的特征是：播放在用者通过用户界面确定的视听播放材料的一个或多个区间内，以用者确定的播放方式反复进行；跟读的特征是：对用者模仿播放材料的原声的仿读进行录音，并按一定的编排方式播放原声和仿读；电子词典的特征是：对用者通过用户界面输入或确定的单词，词组或句子和句子以上的文字单元在本机载数据库中进行实时检索，在显示屏上播放其释义或翻译，并有选的进行朗读。

4.权利要求1中的多媒体数码录像学习多功能机系统的系统管理的特征是：一个多用户的多媒体终端，其管理模式需由密码登录，可以限制其它用户对系统资源的使用，包括对部分功能分时段加以屏蔽。

5.权利要求1中的多媒体数码录像学习多功能机系统的方法特征是：基于数码录像机的硬件平台进一步整合和开发数码学习机的功能，数码录像机和数码学习机资源共享、分时操作。

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