用于实验教学演示的辅助系统开发(视频监控系统)本科毕业论文.doc

Southwest university of science and technology 本科毕业设计（论文）用于实验教学演示的辅助系统开发学院名称信息工程学院专业名称通信工程学生姓名谢丽娟学号20123507指导教师胡莉老师、秦明伟老师二一六年六月 西南科技大学本科生毕业论文用于实验教学演示的辅助系统开发摘要：随着教育改革的深入，高校课堂教学的有效性越来越受到人们的关注，怎样让日常的实验教学更加高效值、高效率是经常需要思索和长期探讨的一项重要内容。但是，由于大部分高校实验室存在上课人数多、实验操作平台小、仪器界面小等原因造成学生拥挤、扎堆等现象，这种现象会严重影响学生对实验学习的激情和产生懈怠的心理。本设计在这一背景下，基于c#语言通过AFORGE.NET框架和Visio studio 2010开发一款用于实验教学的演示辅助系统。本实验教学演示辅助系统主要实现了基于PC的多图像源的采集、多路图像的存储和实时显示、多路图像画面重组和任意调整、实验教学PPT的播放等一系列功能。主要表现在通过PC电脑端实现多个USB摄像头对实验的操作平台和仪器界面进行实时监控并记录保存。同时，提供录像信息的回放和用于本实验课堂教学的PPT的播放，实现图像、文字的完美结合。多路画面的重组与任意调整功能也可以根据学生对实验细节的不同需求切换画面、调整画面的大小更清晰的观看实验操作步骤。本实验教学演示辅助系统在人机界面方面充分以大众的习惯出发，尽量做到傻瓜式的操作界面，使操作人员能够快速的适应操作界面。同时，各种功能的结合也极大的解决了实验室因人数多、实验平台小、仪器界面小等原因造成学生观看不清、操作步骤不明等问题。关键词：C#；实验教学演示；AFORGE.NET框架III西南科技大学本科生毕业论文 Auxiliary system development for the demonstration of experiment teachingAbstract:With the deepening of education reform, the effectiveness of classroom teaching of colleges and universities to become attracted more peoples attention, how to make the daily teaching more high value, high efficiency is an important content often need to think about and discussed for a long time. But because most of the laboratory existing class number, small experimental operation platform, instrument interface small reason students crowded, get together and wait for a phenomenon caused by, this phenomenon will seriously affect the students of the experimental study of passion and slack psychology.This design in this context, based on the c# language through the AFORGE.NET framework and studio Visio 2010 development of a demonstration of the auxiliary system for experimental teaching. The experiment demonstration teaching auxiliary system mainly realizes the like source collection, multi-channel image storage and real-time display, multi-channel image reorganization of the screen and arbitrary adjustment, experiment teaching ppt played a series of functions based on PC multigraph. The main performance in the computer through the PC to achieve a number of USB camera operating platform for the operation of the platform and the interface for real-time monitoring and recording. At the same time, provide the playback of the video information and the PPT player used in this experiment classroom teaching, realize the perfect combination of image and text. The recombination and random adjustment function of the multiple picture frame can also be able to switch the picture according to the different requirements of the experimental details, and adjust the picture size to see the experiment operation step more clearly.The demonstration of the experimental teaching system in the man-machine interface to fully take the publics habits, try to fool the operator interface, so that operators can quickly adapt to the operating interface. At the same time, the combination of a variety of functions to solve the problem of a large number of laboratories, the experimental platform is small, small instrument interface and other reasons cause the students to watch the unclear, the operation of the problem is not clear, etc.Key words: C#, experimental teaching demonstration, AFORGE.NET framework目录第1章 绪 论11.1 研究背景11.2 研究目的及意义11.3 系统必要性分析21.4 产品的创新之处31.5 主要内容及工作安排31.6 本章小结4第二章 相关理论及技术介绍52.1 C#52.2 AFORGE.NET简介52.3 Visual Studio 201062.4 SQL Server 200862.5 采用的关键技术72.6 本章小结7第三章 系统需求分析83.1 功能需求分析83.1.1 管理员权限设置的需求83.1.2 老师学生权限设置需求83.1.3 多图像源采集需求93.1.4 多路图像的存储与实时显示需求93.1.5 多路图像画面的重组与任意调整需求93.1.6 PPT播放需求93.2 系统流程分析103.2.1 系统开发工作流程103.2.2 系统主流程103.3 本章小结11第四章 系统的详细设计部分124.1 功能模块设计124.1.1 视频捕获模块设计124.1.2 视频录像模块设计124.1.3 视频回放模块设计134.1.4 PPT播放模块设计134.1.5 画面任意调整模块设计134.2 数据库设计134.3 用户界面设计144.3.1 系统登录界面的设计154.3.2 管理员信息维护界面设计154.3.3 主功能界面设计164.4 本章小结16第五章 核心模块的实现175.1 登录模块的实现185.2 管理员信息维护界面的实现195.3 主功能界面的实现205.3.1 多图像源采集功能的实现205.3.2 多路图像的存储与实时显示功能实现205.3.3 多路图像画面的重组与任意调整功能实现225.3.4 PPT播放功能实现235.4 本章小结24第六章 系统测试与运行246.1 概述256.2 测试环境256.3 测试与运行25结论30致谢31参考文献32西南科技大学本科生毕业论文第一章 绪 论1.1 研究背景高校实验教学是教学体系的一个重要组成部分,占有举足轻重的地位。实验与理论教学相比,更具有探索性和创造性,是培养学生的实践能力和创新能力的重要手段。一个好的实验教学能够很大的锻炼学生的动手能力、动脑能力。因此,在高校中的实验教学尤为重要。高校课堂是以实验为基础的，实验在科学教学过程中有着不可或缺的作用。实验教学的演示也是学生了解科学、运用科学的第一步，必须牢牢抓住学生对科学实验的好奇心和积极性。对于人数多、实验平台小、仪器界面小等原因造成学生拥挤、扎堆等现象会严重影响学生对实验学习的激情和产生懈怠的心理。一方面，由于许多实验室的演示实验可见度很小，远处观察的效果不理想，很难使每个学生都能够观察清楚，这在很大程度上降低了实验.教学的效果，影响了教学质量。一方面，由于教师的演示实验.都是在平台上进行的，让学生在座位上.看清楚是很难的，所以在日常的.实验教学中教师需要.让学生到平台前围一圈.观看实验，这种方法即麻烦.又浪费时间。实验教学演示辅助系统.由于其其能见度大，实验成功率高.等优点慢慢替代了教师自己.重复动手的演示实验，大大降低了.教师的工作量，也提高了实验.教学质量。因此，如果把大量的实验教学都用演示辅助系统录制视频实验来代替，学生不仅仅成为实验的观看者，而更加能重复、清晰、明白的观看实验细节，体验实验步骤的内涵，洞悉实验现象的本质。因此，实验教学演示辅助系统通过与计算机和网络技术的结合达到实验教学演示的多路图像实时存储和实时显示，实现与现代化教学的理念接轨，打造多媒体教学的高质量教学环境。高效、高质的教学方式离不开演示辅助系统中实时教师教受和教学实验的录制，也可以使知识不仅仅局限课堂，逐渐消除时间、地域、空间对教学质量的影响。随着网络带宽、计算机.的处理能力和存储容量.的快速提高，以及各种实用演示视频.处理技术的出现，实验教学演示辅助系统的开发.也将随着其发展在教育系统中.逐渐占领重要的地位，并大量的用于学校.的实验教学演示，更好的帮助学生.掌握新的知识和技术。1.2 研究目的及意义实验演示辅助系统是一种借助实验教学视频的回放等功能为教师优化教学、改善教学质量，为学生提供更为直观、方便的教学方法。在实验教学中，通过实验演示辅助系统可以解决因时间长短、空间大小、平台大小而产生的影响，达到与高效、高量、高质的教学理念相符合。实验的教学演示可以刺激学生的大脑使学生短时间记住实验操作的画面，对学习的实验内容形成直观的、深刻的印象。学生可以通过实验演示视频重复观看实验内容，直观了解实验步骤的难度、重点，更快更好的完成学习任务，从一定程度上也可以提高学生的观察、分解和模仿能力。实验教学演示辅助系统的强大功能就与高校的实验教学需求达到了一个统一，屏幕录像可以记录屏幕连续的动态的画面，广泛应用于视频图像的采集和实验教学中。同时，实验教学演示辅助系统对于精品课程的建设特别是优质实验教学录像的摄制也有非常重要的作用，优质的教学录像可以极大的提高教学效率和减少优质教师对重复教学内容的时间成本。实验教学演示辅助系统的开发会大大降低教师在实验课堂的教学难度，避免学生在观看实验操作步骤中学生的大量围堵和减少学生对实验操作步骤细节的疏漏。同时，该辅助系统录制实验操作视频的功能可以让因迟到、早退、分神错过实验演示步骤的学生可以通过演示辅助系统自己学习进行重放演示，减少其他同学重复的学习时间。多路画面的重组与任意调整功能可以根据学生对实验细节的不同需求切换画面、调整画面的大小更清晰的观看实验操作步骤。因此，实验辅助演示系统的开发对于实验教学有着非常重要意义，在日常的教学中有着及其重要作用，其实时、形象、真实、可选择性录像回放的强大功能逐渐成为现代化教学、监控、学习的重要技术手段之一。同时，通过实验演示辅助系统采集学生学习情况的数据信息、录制实验教学视频的相关工作即可以提高工作效率、学习效率又节省大量的人力物力。高校对实验辅助演示系统的功能需求会越来越多，也不断的促使其向前发展。1.3 系统必要性分析建立实验教学演示辅助系统的必要性主要有三个方面：第一个方面是随着社会的.快速发展，所有的高校都在.重视实验课堂教学，提高学生的.动手实践能力。但是，大部分实验室并不能给学生提高更多、更好的实际动手操作的条件。实验演示辅助系统在老师演示操作过程中可以为每位学生提供一个清晰的视角。第二个方面是传统的教学方式是教师在讲台上讲课，学生学习，学生通常情况下只能被动的接受，一旦课堂上听不懂就得重新问老师。然而教师面对的是全体的学生，不可能顾忌到所有的学生，针对每一个学生的不同情况教师无法给出一一的答复。因此，传统的教学效率低而且无形之中增加了教师的负担，使教师必须耗费大量的时间解答每一个同学的问题。第三个方面是现在的科学技术发达，可以通过开发系统存储教师的讲课视频，学生就可以根据自己的需求选择所要学习的内容，灵活性也大大提高，有利于学生接受。1.4 产品的创新之处本系统从设计思想上区别于传统的实验教学，从功能设计上区别于其它类似的视频监控系统，具体的介绍如下：目前在高校的实验室教学环境中，提供的大部分都是一个演示操作平台和口述实验过程，学生只能通过远距离观察和听来学习参考实验。对于一些操作复杂的实验来说，例如电路实验，接口实验等，设计到一些复杂的线路连接时，学生的接受度比较低。本系统设计的思想就是把老师的操作步骤变成可重复观看的视频、把口述的教学过程变成直观的PPT等多媒体的形式展现给同学。学生可以通过最直接的视频、PPT等教学资源进行试验参考，教师们也可以快捷高效的完成实验教学的工作。相比于传统的实验教学，本系统的提出让学生高效率完成实验的同时能有更加充足的时间进行实验相关的探索和思考。1.5 主要内容及工作安排本文主要研究并设计了AFORGE.NET框架下用于实验教学演示的辅助系统的实现方案。本文从结构上首先分析和介绍所用到的相关理论和实现的技术，其次对本系统做详细的概要设计，包括功能需求模块、数据库、功能界面的设计等。再根据具体的分析进行功能模块的设计并提出实现方案，然后再对整个系统进行测试工作，最后总结结论。本文共有六章，各章节的主要内容和所需完成的具体工作如下：第一章 ：绪论。这一章主要介绍了本次课题的研究背景、研究的目的.及意义以及主要内容.和工作安排。第二章 ：相关理论及技术的介绍。介绍了实现本演示辅助系统所要用到的理论知识和实现的主要技术，其中包括：AFORGE.NET框架，数据库。第三章 ：系统需求分析部分。对系统进行详细的功能分析、流程分析等工作。第四章 ：系统的概要分析部分。包括详细的功能模块部分，数据库，以及操作界面的设计。第五章 ：核心模块的实现。包括基于PC的多图像源采集、多路图像的存储与实时显示、多路图像画面的重组与任意调整、PPT播放。第六章 ：系统测试。介绍了本系统的测试环境和详细的测试流程，以及对本系统详细的功能测试。最后结论部分，包括对整个项目的总结与对未来的展望。1.6 本章小结通过本章我们了解到了实验教学演示辅助系统的适用范围和带来的众多的好处，最主要的是解决了实验室设备少、人多等原因造成学习效率低等问题。以及从三个方面分析了开发本系统的必要性并提出了相关的意见。在本章的最后介绍了本文的主要内容和工作安排。31第二章 相关理论及技术介绍本文所设计的实验教学演示辅助系统主要是基于C#平台、Visio studio 2010开发软件，并选用AFORGE.NET框架实现视频采集的相关操作。运用SqlServer 2008数据库建立用户使用表，便于设计用户使用权限。2.1 C#C#是运行于.NET Framework之上的一种.面向对象的高级程序设计语言。具有安全。简单、稳定、优雅等优点，它继承了C+的强大功能同时去掉了复杂的特性。此外，C#综合了VB的可视化操作，以强大的操作能力、创新的语言特性和方便的面向组件编程的支持成为了.NET开发的首选语言。C#与Java非常相似，包括单一继承和接口、以及语言和编译成中间代码再运行的过程。C#的具体特性如下：1、 完全面向对象：c#的编程采用面向对象法。2、 安全性：c#的安全性是由.NET平台提供，.NET为保证代码的安全性才去了类型安全检查等方式。3、 可移植性：c#是中间语言机制的使用，使c#编写的任何程序都可以很方便的移植到其他的系统。在程序运行时，中间代码可以将高级汇编语言编译成为适合特定机器的代码。4、 解释性：c#是一种简单、特殊的解释性语言。5、 高效能性：c#代码可以编译成为中间语言，并可以高效的执行程序。6、 多线程：一个主程序通常可以分出多个小任务的多线程分别执行。总之，C#是一种简单、功能强大、精确、面向对象、类型安全的语言，是.NET Windows网络框架下的支柱性语言，也是最兼容的一种语言。2.2 AFORGE.NET简介AFORGE.NET是一个专门为开发者与研究者设计的基于C#框架，包括计算机视觉与人工智能、图像处理、机器学习、模糊系统、神经网络、机器人控制等领域。AFORGE.NET是不断完善和发展的计算机视觉和图像处理库。这个框架由一系列的类库组成，主要包括有：AForge.Imaging：日常的图像处理和过滤器；AForge.Neuro：神经网络计算可AForge.Genetic进化算法编程库；AForge.Vision：计算机视觉应用类库；AForge.Robotics：提供一些机器学习的工具类库；AForge.Video：一系列的视频处理类库；AForge.Controls：图像，三维，图表显示控件；AForge.MachineLearning:机器学习类库。视频采集的方法比较多，但由于AForge是一套纯正的.net开源图像处理类库，它的视频捕获类也是基于DirectShow的，但更加好用，功能更多。本文主要引用到的类库包括AForge.Video、AForge.Imaging、AForge.Controls等。2.3 Visual Studio 2010Visual Studio 2010是灵活高效的全新IDE、云计算、并行计算、面向下一代平台。可以用于快速构建工程和部署，功能强大而安全的.NET应用程序。Visual Studio 2010进一步完善并增强Visio studio.NET的功能，更人性化，并与旧版本产品高度兼容。同时，C#的动态类型和动态编程、支持office、新增基于.NET平台语言F#等崭新技术在Visual Studio 2010中体现出来，让开发者更简单更快捷的开发系统。Visual Studio 2010允许应用程序通过Internet共享数据，同时XML Web S ervices使开发人员能够利用新的和现有的代码构建新的应用程序，而不用考虑平台、对象模型或编程语言。本文中的实验教学演示辅助系统采用Visual Studio 2010工具开发。2.4 SQL Server 2008SQL Server 2008是一个数据库管理系统，有强大的数据组织管理能力，具有更人性化、更方便的功能，具有集成程度高、使用方便、伸缩性好等优点，使用范围相当的广泛。同时，允许对数据进行删增改查、同步、分析等操作。但是该软件在操作平台上有限制，目前只支持Microsoft Windows操作平台。SQL Server 2008新特点有许多，主要包括以下几点：一、 页面自动修复。SQL Server 2008通过获取镜像合作机器人上出错页面的数据，重新拷贝，从而和镜像的计算机透明的修复数据页面上的820、824和823错误。二、 高效性。在很大程度上降低开发与管理数据基础设施的成本和时间。推出的新的基于策略的框架管理陈述式管理架构（DMF），安装过程简化，开发速度变快。三、 支持性得到加强。增加了新的执行计数器，可以在不同阶段更精细的对数据库管理系统（DBMS）日志记录所消耗的时间进行计算。同时，对现有动态管理视图（DMV）和视图进行了拓展，显示的镜像会话信息增多。因此，本实验教学演示辅助系统采用SQL Server 2008数据库，建立表的结构，进行用户信息、登录权限等的数据存储。2.5 采用的关键技术在本系统中的关键技术是如何处理线程的问题。本系统有一个方面涉及到了多线程的问题，即多路图像信息的同时播放，因此需要考虑多任务并行操作的问题，采用了C#的多线程编程和高级并发库的应用，通过使用线程池的缓冲技术来管理每个线程，解决了线程与线程之间的同步与互斥的问题，从而可以大大提高系统的灵活性和体验性能。本系统中，多路视频信号同时显示，不同通道的信号取自不同的摄像机，不同的通道需要不同的线程控制。在多路视频显示的主进程中，实现多路视频的同时显示，每一路视频相互独立，不存在相互影响的情况。也就是说，每一路视频信号的处理都由一个独立线程负责，多路视频处理的进程控制每个通道线程的创建和销毁。当一路视频信号有关闭转换为开启状态时，由视频控件创建新的线程；当某一路信号播放结束时，销毁此线程并释放线程占用的资源。2.6 本章小结在本章中主要介绍了开发实验教学演示辅助系统所要使用的相关软件的理论知识和所涉及到的主要技术。包括开发语言c#，拥有强大视频处理功能的AFORGE.NET库，开发平台Visio studio 2010，数据库管理系统SqlServer 2008等。最后介绍了本系统解决多图像源播放时某路信号无法显示的关键技术多线程。第三章 系统需求分析3.1 功能需求分析在实验室教学的过程中，对于物理、化学等操作性较强的实验课，传统的上课形式是一个老师在实验台上一步一步的演示操作步骤，同学们则围在老师的一周记录操作步骤和观察实验现象。但是这种方式会因拥挤、噪声太大造成学生注意力不集中，许多学生会因距离较远而对实验现象观看不清。对于更加复杂的实验来说，学生的消极情绪会严重影响上课的效率，实验课达不到预期的效果。例外一方面，高校的实验老师同一实验同时承担了不同班级的很多课时，多次的重复讲课和重复操作会造成一定的人力物力资源的浪费。同时，在学生对实验操作步骤有疑问时可以通过录制的视频多次观看，达到自主学习的良好效果。因此，当前的实验教学模式已经不能满足老师和学生的需求。近年来基于计算机技术和各种设备开发的应用系统急需广泛的应用于高校教学，从而大大的提升了教学活动的灵活性和高效性。3.1.1 管理员权限设置的需求管理员的权限主要负责对教师.和学生的信息进行修改、增添、删除、查询等操作。（1） 增添。对数据表“teacher”、“student”进行添加操作，生成新纪录。在管理员登录成功后，可以通过选择“教师信息”或者“学生信息”进入相关的添加页面，输入需要.添加的信息后，点击添加按钮即可。如输入的信息已经存在，系统则提示“该用户信息已存在，请重新输入！”。（2） 修改。管理员登录成功后，选择教师、学生界面。在数据库中对应的表中进行信息查询，得到查询结果后修改信息并点击“修改”按钮，修改所要修改的的信息，点击“修改”按钮，若不修改，则点击“取消”按钮。（3） 删除：在管理员登录成功后，选择相应信息页面。查询要删除的ID号，点击“删除”按钮进行删除。（4） 查询：在教师或学生信息页面，输入要查询的工号、.姓名等信息，点击“查询”按钮即可.查询该用户ID的情况。3.1.2 老师学生权限设置需求本系统的使用只是针对有使用权限的用户，使用本系统需要通过登录界面验证通过才能够正常使用。登录权限的设置可以，防止未经授权的访问，保护教师学生的使用信息和可以有效地保证学生和教师文件的安全。3.1.3 多图像源采集需求市面上摄像头种类众多（如USB接口、PS2接口等），本设计采用USB接口的摄像头，在PC端通过多个手机摄像头实现多路视频信号的采集。该方法成本便宜、使用方便、易于检测实验效果。同时，由于PC电脑本身封装了摄像头的驱动程序，可以通过直接调用操作摄像头。同时，由于实验教学的演示辅助系统旨在全方位的记录老师对实验的操作步骤和实验现象、实验细节能进行清晰的记录。因此，在实验过程中需要多个外部摄像头即多图像源从各个方向同时.采集视频信息并记录。3.1.4 多路图像的存储与实时显示需求实验的教学演示系统可以即时的反馈摄像头采集的各路信息（即视频的实时显示）。在当堂实验课中，一部分学生可以通过直接PC电脑观看实验步骤和实验现象，避免学生对实验台或实验仪器的拥堵。同时，电脑的演示画面可以刺激学生的大脑使学生短时间记住实验操作，对学习的实验内容形成直观的、深刻的印象。多路图像的存储需求不止应用于本节实验课，学生可以在老师操作结束后重复观看实验内容，更加详细的熟悉实验步骤、对实验难点多次揣摩。这种方式在一定程度上可以帮助学生更好更快的完成学习任务，也可以提高学生的观察、分解、模仿能力。除此之外，实验教学演示辅助系统的存储功能对于精品课程的建设特别是优质实验教学的摄制也有非常重要的作用，优质的教学录像可以极大的提高教学效率和减少优质教师对重复教学内容的时间成本。3.1.5 多路图像画面的重组与任意调整需求本实验教学演示辅助系统采用了四路图像源信息实时采集方法，四路摄像头采集画面实时显示。但是，每个采集画面对实验操作步骤的捕捉重点、实验细节不同。因此，当需要查看某一路信号时，学生可以根据实验细节的需求切换不同的画面，调整画面的大小而更加清晰的观看实验操作步骤。多路图像的同时显示可以使学生从全局出发清楚观看实验步骤，但是多路画面的重组和任意调整可以让学生更有选择性的学习。主要表现双击某一路图像视频，就全屏展现该内容；再次双击放大画面就调整为多个图像画面同时显示。3.1.6 PPT播放需求在高校课堂中PPT是辅助教学的一种常用工具，它简洁的文字内容和图片可以帮助学生更容易的掌握知识。同样，在实验课堂中使用一份PPT进行辅助教学可以使学生通过老师的实验操作步骤、系统的视频效应、PPT文字图片的结合，使实验得到事半功倍的效果。3.2 系统流程分析3.2.1 系统开发工作流程（如图3-1所示）1、 搭建用户登录界面，设置用户使用权限2、 搭建主功能界面，添加用于AFORGE.NET的相关库3、 遍历PC电脑上摄像头设备数量，连接摄像头并实现摄像头对图像信息的采集4、 实现一路视频图像源的拍照并保存为BMP格式5、 实现一路视频图像源的录制并进行压缩存储，保存为AVI格式6、 实现对已拍照的照片进行查看、对录制保存的实验教学视频进行播放7、 实现多路图像源信息的采集、存储、播放8、 实现多路图像画面重组与任意调整；完成对教学PPT的播放功能图3-1 操作流程图3.2.2 系统主流程系统流程图如图3-2所示。1、 首先教师、学生用户可以直接通过自己的教工号和学号进行系统登录。2、 用户登录后，进入系统的主功能界面，可选择的功能包括：连接视频；拍照；开始录像；查看拍照；查看视频；打开PPT。用户可以根据需求选择不同的功能。3、 管理员可以对教师、学生信息进行添加、删除、修改、查询等操作。图3-2 系统流程图3.3 本章小结本章根据实验教学的环境，从教师.、学生、管理者的需求角度出发，设计了系统的功能模块，致力于解决实验.教学中需要解决的问题，以满足教学和管理的需要。最后根据本系统开发过程的难易程度介绍了系统的开发流程和系统的工作流程。第四章 系统的详细设计部分4.1 功能模块设计根据高校实验中学的硬件和软件环境，从学生、教师、管理者的角度出发，设计出的几个功能模块，解决实验教学中急需要解决的问题，满足教学与管理的需要。因此，本实验教学演示辅助系统主要包括五大主要模块：视频捕获模块，视频录像模块，视频回放模块，PPT播放模块，画面调整模块。具体的模块关系如图4-1所示。图4-1 系统模块关系图4.1.1 视频捕获模块设计将设定目标监控的范围的视觉信息实时的转化成为计算机能够处理的数字信息是每一个视频监控系统必不可少的步骤，其中最常见的做法是利用可移动的视频设备（比如摄像机或摄像头）对所需监控范围进行不间断的拍摄，同时对获取的视频信息进行转换，使其成为计算机可以处理的若干连续图片帧数据。目前市面上用于监控的视频捕获设备主要有两类：一类是基于IP通信的网络摄像机，一类是WDM驱动的视频设备（视频捕获卡、USB摄像机等属于此类）。本实验教学演示辅助系统采用USB摄像机实现。因此，关键的实现方法是创建一个接口的类，然后根据视频源的具体特点进而提供获取图像数据的所欲方法。每一个类似的接口类可以完全的提供所需要的所有图像显示和应用工作。每一个视频源模块都对应了一类视频设备，可以通过实例化不同的对象提供访问视频源。通过实例化FilterInfoCollection方法，枚举获取所有视频输入设备；通过实例化videocapturedevice方法，使视频播放工具绑定某一个视频输入设备；通过调用start函数启动摄像头捕获视频信息。4.1.2 视频录像模块设计基于的录像功能的基本思想是先给出录像的视频文件的存放路径、文件的编码格式、每帧的大小以及帧率等，然后写入到视频文件当中，当录像结束后，停止写入文件，释放资源并关闭文件。视频录像就是把现场拍摄的视频信号录制生成标准化的流媒体文件，可以用来直播（即实时显示）、存储和点播。由于在本系统的设计中，相关的视频处理实际上都是对视频中的单帧画面进行处理的，因此在设计中不能使用通用的视频播放组件提供监控画面的展示。所以，为了便于程序调用，视频实时录制模块的主要部分用自定义控件的形式进行实现和封装。主要的思路是：调用视频播放工具的NewFrame事件（视频每一帧都会触发该事件），在接收到NewFrame通知后使用再次调用自定义函数saveFild实现对视频信息的每一帧进行存储。4.1.3 视频回放模块设计录像回放模块主要用来选择播放已经录制的视频文件。在本模块中，点击“播放视频”按钮，打开“选择视频文件”对话框，用户选择完要播放的视频文件后，点击“确定”按钮，即可观看选择的视频文件。在本系统中，主页面使用了AFORGE.CONTROL库的视频播放控件，该控件即可以实现视频信息的存储，也可以通过实例化videofilesource方法和通过openfiledialog方法打开的特定文件绑定。最后通过调用videosourceplayer.start函数打开视频。本系统设计了四个视频播放控件，可以通过foreach遍历文件夹中所选文件名称实现四个视频文件同时播放。4.1.4 PPT播放模块设计由于实现office、PPT等文本的控件较多，因此在本系统中选择Visio studio 2010开发软件自带的WebBrowser控件，该控件实现过程简单。首先通过openfiledialog方法打开文件夹选取所需的PPT文件；接着调用webbrowser控件的Navigate函数打开所需PPT文件位置的链接。4.1.5 画面任意调整模块设计本设计是四个视频画面同时显示，用户可以根据需要在单画面显示和四画面显示之间进行切换。主要的表现形式为双击某一路画面时，该路画面就呈现单画面；再次双击该单视频画面时展现四画面，画面切换对视频展示效果基本无影响。本设计主要通过视频播放控件的双击（DoubleClick）事件调用自定义函数ControlVideo改变视频的屏幕大小。由于四路视频信号通过不同的线程独立运行，互不干扰。所以自定义函数ControlVideo中通过设置双击时该视频的大小和视频的位置、其它视频大小设置为零的方法调整画面大小。4.2 数据库设计通常一个应用系统的执行离不开大量的数据，合理的设计数据库中的数据结构不仅可以很大程度的提高系统的执行效率而且可以执行影响整个系统的执行结果，所以数据库的设计在系统开发过程中有非常重要的作用。为了更好的整理数据，设计出适应实际情况的数据库，还需要注意以下几点问题：1、如何规范的组织各个关系数据的结构。2、规范数据结构后如何建立整体关系结构。3.数据库语句如何规范化的表达。本系统中，因为系统的信息量不是很大，主要用来存储用户登录系统的名字和密码，因此对数据库的要求不高。根据需求共设计了三张表，分别是关于管理员的用户信息表admin，教师的用户信息表teacher，学生的用户信息表student。1、 管理员用户信息表admin，包括管理员ID（主键），管理员姓名，管理员登录密码，具体表结构如表4-1所示。表4-1 管理员登录信息表列名数据类型允许Null值adminID（主键）int否adminnameNchar(10)是adminpassint 是2、 教师用户信息表teacher，包括教师工号（主键），教师姓名，教师登录密码。其中，教师工号为主键，具体表结构如表4-2所示。表4-2 教师信息结构列名数据类型允许Null值tno（主键）int否tnamenchar(10)是tpassint是3、 学生用户信息表student，包括学生学号（主键）、学生姓名、学生登录密码。