基于Android的智能電視圖片瀏覽系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張建平

(陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 信息工程學(xué)院， 陜西， 咸陽 712000)

0 引言

課題提到了智能電視包的主要應(yīng)用軟件[1]，智能電視之所以智能就是因?yàn)橹С指嗟膽?yīng)用軟件系統(tǒng)，用戶可隨意安裝和卸載。電視作為一個以家庭為核心的產(chǎn)品，音頻、視頻是歷來必須支持的功能，圖片瀏覽系統(tǒng)作為智能電視的一個特色應(yīng)用，讓圖片以不同的形式顯示，帶來不一樣的用戶體驗(yàn)。

目前市場上的智能電視中圖片瀏覽系統(tǒng)應(yīng)用多采用 PC 上的圖片瀏覽系統(tǒng)或者沿用 Android 自帶的圖片瀏覽系統(tǒng) Gallery3D。 Android 自帶的 Gallery3D 雖然采用了三維用戶界面，但其只適用于手機(jī)，移植到電視上不能滿足高清顯示的要求，對大圖片的解碼速度較慢；PC 上的圖片瀏覽系統(tǒng)顯示效果較為死板，不能滿足當(dāng)前人們對審美的需求。所以開發(fā)出一個功能實(shí)用，運(yùn)行速度快，顯示效果絢麗、高清的。基于 Android的智能電視平臺的圖片瀏覽系統(tǒng)[2]，是非常有市場價值的一個項(xiàng)目。如圖1所示。

圖1 智能電視基本應(yīng)用

1 相關(guān)的技術(shù)

1.1 Android 系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)

(1) Android 基本組件

Android 是一個基于組件的結(jié)構(gòu)平臺，Android 應(yīng)用程序一般是使用一個或者幾個基本組件相互組織而成的，這些基本組件包括：Activity、Service、BroadcastReceiver、ContentProvider。所有用來構(gòu)建 Android 應(yīng)用程序的組件都需要在 AndroidManifest.xml文件中注冊，這是每個 Android 應(yīng)用程序所必須有的一個 XML 配置文件，用于聲明應(yīng)用程序組件以及它們的特性和要求。

(2) Android 進(jìn)程間通信

Android 利用不同的組件來表示進(jìn)程之間的通信，為減少組件間的耦合，Android供了 Intent，Intent 提供了一種通用的消息系統(tǒng)，它允許在應(yīng)用程序和其他應(yīng)用程序傳遞 Intent 來執(zhí)行動作和產(chǎn)生事件。通過 Intent 可以開啟一個 Activity 或者 Service，無論這個 Activity 或者 Service 是屬于當(dāng)前應(yīng)用還是其他應(yīng)用的。Intent 這種基于消息進(jìn)程內(nèi)或者進(jìn)程間通信模型有一個弊端，就是如果 Activity 與 Service 之間的交互不簡單的 Activity 開啟 Service 操作，而是要即時發(fā)一些控制請求，這時就必須要保證activity 在 Service 的運(yùn)行過程中隨時可以連接到 Service。

(3) Android 消息機(jī)制

在 Android 中，線程內(nèi)部或者之間進(jìn)行信息交互通常會使用消息。Android 提供了Handler 來實(shí)現(xiàn)線程間的通信。例如一個子線程從網(wǎng)絡(luò)下載了一幅圖片，當(dāng)下載完成后會發(fā)送消息給主線程 (UI 線程一般就是主線程)[3]， 這個消息通過綁定在主線程的 Handler來傳遞

(4) Android 數(shù)據(jù)存儲

數(shù)據(jù)存儲是所有應(yīng)用程序都涉及的問題，任何應(yīng)用軟件的運(yùn)行都必須以數(shù)據(jù)存儲為基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)必須以某種方式保存，不能丟失，并能有效、簡潔的使用和更新這些數(shù)據(jù)。在 Android 中，提供了三種數(shù)據(jù)存儲的途徑分別滿足不同需要，它們是SharedPreferences、Files、SQLite。

1.2 OpenGL開發(fā)技術(shù)

OpenGL 是個專業(yè)的 3D 程序接口， 是一個功能強(qiáng)大， 調(diào)用方便的底層 3D 圖形庫[4]。在PC 領(lǐng)域，一直有兩種標(biāo)準(zhǔn)的 3D API 進(jìn)行競爭，OpenGL 和 DirectX。一般主流的游戲和顯卡都支持這兩種渲染方式，DirectX 在 Windows 平臺上有很大的優(yōu)勢，但是OpenGL 有更好的跨平臺性。

OpenGL(全寫 Open Graphics Library)提供了開發(fā)幾何模型的功能，其中最基本的幾何元素是頂點(diǎn)，它代表三維空間中的一個點(diǎn)，通過若干個點(diǎn)可以構(gòu)建簡單的二維圖形，而通過不同的二維圖形可以搭建復(fù)雜的三維立體模型。例如多邊形就是由點(diǎn)構(gòu)成，而三維物體是由多個多邊形組成。OpenGL 支持多種多邊形。

Android 3D 引擎采用的 OpenGL ES 是一套為手持和嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的 3D 引擎 API。OpenGL ES 是對OpenGL進(jìn)行裁剪后而形成的一套標(biāo)準(zhǔn)，由于嵌入式系統(tǒng)和pc相比,CPU、內(nèi)存等都比 PC 差很多，而且對能耗有著特殊的要求，許多嵌入式設(shè)備并沒有浮點(diǎn)運(yùn)算協(xié)處理器。 針對嵌入式系統(tǒng)的以上特點(diǎn)， Khronos 對標(biāo)準(zhǔn)的 OpenGL 系統(tǒng)進(jìn)行了維護(hù)和改動，以期望滿足嵌入式設(shè)備對 3D 繪圖的要求。

2 基于Android智能電視的圖片瀏覽系統(tǒng)分析

本文要開發(fā)一個基于智能電視的圖片瀏覽系統(tǒng)，主要是為了滿足用戶查看外部存儲設(shè)備中圖片的需求， 智能電視在開機(jī)后， 用戶插入外設(shè) (這里的外設(shè)指 SD 卡， 硬盤，U 盤) ，用戶打開圖片瀏覽系統(tǒng)，系統(tǒng)開始取當(dāng)前外設(shè)的數(shù)目和類型，并以三維用戶界面展現(xiàn)給用戶，然后用戶可以選擇想要查看的設(shè)備，接著系統(tǒng)提供“所有圖片”和“拍攝日期”兩種模式供用戶選擇，即可看到以三維用戶界面展示的圖片縮略圖，界面焦點(diǎn)的切換和屏幕的翻頁有動畫效果，用戶可以選擇某一張圖片的縮略圖點(diǎn)擊進(jìn)入查看大圖片，即進(jìn)入圖片播放器，播放器提供自動播放和手動播放兩種方式供用戶選擇，播放過程支持多種動畫效果，支背景音樂播放還可以對播放過程中的形式、速度、音樂等進(jìn)行設(shè)置，也可以查看圖片的詳細(xì)信息。

2.1 圖片瀏覽系統(tǒng)功能需求分析

以三維用戶界面形式查看外設(shè)中的圖片，享受現(xiàn)代科技帶來的一種新體驗(yàn)，其功能需求如下：

1) 掃描外設(shè)內(nèi)容

這部分獨(dú)立于圖片瀏覽系統(tǒng)單獨(dú)運(yùn)行，智能電視一旦啟動，監(jiān)測程序相繼啟動，持續(xù)監(jiān)聽是否有外設(shè)插入，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有外設(shè)插入時，就會立即掃描外設(shè)的多媒體文件信息，存儲到數(shù)據(jù)庫中，以備其他應(yīng)用系統(tǒng)使用；當(dāng)檢測到外設(shè)拔出，及時清除數(shù)據(jù)庫中的多媒體信息，保證數(shù)據(jù)庫的實(shí)時更新。掃描外設(shè)內(nèi)容的用例圖如圖2所示。

圖2 掃描外設(shè)內(nèi)容用例圖

這部分是圖片瀏覽系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提，如果監(jiān)測到?jīng)]有外設(shè)，數(shù)據(jù)庫就沒有信息，圖片瀏覽系統(tǒng)就沒有可顯示圖片，只能提示用戶當(dāng)前沒有外設(shè)插入。所以不管是清除還是存儲圖片信息都必須執(zhí)行檢測外設(shè)用例。

2) 外設(shè)的數(shù)目和類型的動態(tài)刷新

硬件設(shè)備的狀態(tài)總會發(fā)生各種變換，如接口松動導(dǎo)致設(shè)備掉線，這時就系統(tǒng)就需要及時檢測到這些狀態(tài)的變化，并將這一變化反饋給圖片瀏覽系統(tǒng)。這一點(diǎn)對系統(tǒng)非常重要，因?yàn)橛脩舨榭吹氖怯布O(shè)備中的圖片資源，設(shè)備狀態(tài)發(fā)生變化都不能及時檢測到將會導(dǎo)致信息錯誤。在用戶打開圖片瀏覽系統(tǒng)之后，持續(xù)監(jiān)聽是否有外設(shè)插拔事件，并根據(jù)當(dāng)前拔出的設(shè)備是否在被訪問作出相應(yīng)的響應(yīng)。外設(shè)信息獲取的用例圖如圖3所示。

圖3 外設(shè)信息獲取用例圖

外設(shè)信息的及時獲取是至關(guān)重要的，是為外設(shè)管理窗口顯示提供信息。外設(shè)掛載信息在 Linux 中的更新并不及時，需要在獲取掛載信息之后再對外設(shè)的狀態(tài)確認(rèn)，所以外設(shè)狀態(tài)檢測在這里并不多余。在外設(shè)管理窗口各個外設(shè)圖標(biāo)響應(yīng)遙控器按鍵時，以立體空間中的圓形為軌道切換位置。

3) 圖片播放

除了包含一般圖片播放器具有的幻燈片播放、放大、縮小、上一頁、下一頁、旋轉(zhuǎn)，圖片信息顯示[5]等基本功能外，還外加了背景音樂播放，圖片播放參數(shù)設(shè)置。圖片播放用例圖如圖4所示。

圖4 圖片播放用例圖

圖片播放的相關(guān)功能有十個，其中音樂播放功能通過跟音樂盒應(yīng)用(智能電視系統(tǒng)的一個應(yīng)用)通信來啟動；設(shè)置播放參數(shù)功能是比較重要的部分，主要包括設(shè)置幻燈片播放的時間間隔、播放的動畫過渡形式、播放[6]的幻燈模式以及當(dāng)前播放音樂的目錄，這里的音樂信息也來自當(dāng)前外設(shè)。其中圖片幻燈播放時間間隔可選項(xiàng)為四種分別為 3 s、5 s、8 s、15 s；播放的幻燈模式包括隨機(jī)播放和順序播放兩種；而播放過程中的過渡方式包含影視效果、疊加、橫移、豎移、擴(kuò)大、直接切換、減弱、隨機(jī)。其中動畫形式；音樂播放目錄的查找要通過一定的方式在當(dāng)前外設(shè)中去查找，而音樂具體的啟動流程都依賴于音樂盒應(yīng)用是否啟動，如果啟動本系統(tǒng)中的音樂啟動按鈕視為無效。

2.2 圖片瀏覽系統(tǒng)關(guān)鍵流程分析

通過用例圖靜態(tài)地描述了系統(tǒng)的功能需求，為了對系統(tǒng)的整個工作流程有更清楚的認(rèn)識，本小節(jié)通過創(chuàng)建動態(tài)模型[7]來對系統(tǒng)的一些關(guān)鍵流程進(jìn)行描述。

如圖5所示的活動圖是圖片信息保存的活動圖。數(shù)據(jù)庫對圖片信息的及時存儲是圖片瀏覽系統(tǒng)運(yùn)行的前提，當(dāng)用戶打開圖片瀏覽系統(tǒng)時，從數(shù)據(jù)庫查找相應(yīng)的圖片即可。這部分流程主要通過掃描模塊來完成，當(dāng)用戶打開智能電視，電視初始化完畢之后持續(xù)監(jiān)聽外設(shè)插拔事件。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有外設(shè)插入事件，即執(zhí)行將外設(shè)中的音頻、視頻、圖片的信息保存到數(shù)據(jù)庫操作；當(dāng)監(jiān)聽到外設(shè)拔出操作，將相應(yīng)外設(shè)的多媒體信息從數(shù)據(jù)庫中清除。對于本系統(tǒng)來說只需要及時的存儲以及清除圖片信息，保證圖片信息的實(shí)時準(zhǔn)確性即可。而對于整個智能電視平臺，存在著類似于圖片瀏覽系統(tǒng)的音視頻應(yīng)用，所以音視頻的獲取是非常必要的，因此在此掃描模塊對各個應(yīng)用的正常運(yùn)行起著非常重要的作用。

圖5 多媒體信息存儲活動圖

縮略圖瀏覽[8]是圖片瀏覽系統(tǒng)很重要的部分，這部分為了提升用戶體驗(yàn)，不通過現(xiàn)有的控件加載，而是通過 OpenGL ES 來繪制場景中的各個物體。圖6是系統(tǒng)動態(tài)加載縮略圖的活動圖。當(dāng)用戶完成了對瀏覽模式的選擇操作，系統(tǒng)執(zhí)行查詢數(shù)據(jù)庫操作，如果這時數(shù)據(jù)庫沒有查到相關(guān)圖片信息，系統(tǒng)彈出相應(yīng)的提示。否則，按照 OpenGLES 的實(shí)現(xiàn)方式，按照查詢到的待顯示圖片數(shù)目創(chuàng)建相應(yīng)數(shù)目的幾何模型并指定幾何模型的起始位置、結(jié)束為止、動畫幀數(shù)等，然后通過紋理映射對各個模型進(jìn)行相應(yīng)的紋理貼圖[9]。在紋理加載的過程中，持續(xù)監(jiān)聽是否有遙控器上下左右按鍵操作，如果有并且在屏幕內(nèi)執(zhí)行相應(yīng)的焦點(diǎn)切換以及動畫操作，如果焦點(diǎn)切換到屏幕邊界要執(zhí)行翻頁動畫，并優(yōu)先顯示用戶感興趣的圖片。當(dāng)某張圖片被選中即為焦點(diǎn)顯示時，顯示效果要與其他圖片不同，在焦點(diǎn)移動過程中圖片一旦被選中，就執(zhí)行向屏幕外移出動畫，給用戶一種圖片走出屏幕靠近自己的視覺效果。

圖6 動態(tài)加載縮略圖活動圖

(3) 圖片瀏覽系統(tǒng)性能需求

系統(tǒng)的性能需求主要包括系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應(yīng)速度。本系統(tǒng)的響應(yīng)速度包括外設(shè)插拔的響應(yīng)，動畫切換速度，圖片解碼速度，查詢數(shù)據(jù)庫速度[10]。外設(shè)插拔響應(yīng)速度原則上是不影響用戶的正常操作；一般用戶能明顯感覺到的延遲時間是 200-600 ms，所以在系統(tǒng)的所有界面保證動畫效果流暢，一般為毫秒級，即用戶感覺不到明顯的動畫卡死、響應(yīng)慢，原則不因?yàn)閯赢嬤^程是否流暢而影響用戶體驗(yàn)。圖片解碼速度根據(jù)圖片大小而不同，一般以正常的一張大小為 4 M 的照片為例，平均解碼速度不超過 40 ms；數(shù)據(jù)庫查詢速度 10 000 張圖片最好不超過 4 s。

3 圖片瀏覽系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

(1) 圖片瀏覽系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)為基于 Android 的智能電視圖片瀏覽系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，總體框架設(shè)計(jì)如圖7所示。要求完成用戶插入外設(shè)到電視，瀏覽外設(shè)中的圖片信息和設(shè)備信息等功能。該系統(tǒng)的開發(fā)主要是為了滿足當(dāng)前用戶對現(xiàn)代智能電視[11]的一種新的體驗(yàn)。要求所有外設(shè)中的圖片能夠以三維用戶界面呈現(xiàn)給用戶，并且提供豐富的動畫效果。

圖7 圖片瀏覽系統(tǒng)框架圖

(2) 圖片瀏覽系統(tǒng)的功能模塊設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)功能總體框架將系統(tǒng)進(jìn)行功能模塊劃分。圖8是系統(tǒng)的功能模塊劃分結(jié)果。將系統(tǒng)劃分為四個功能模塊：多媒體信息掃描模塊[12]、外設(shè)管理模塊、縮略圖瀏覽模塊、圖片播放模塊。其中多媒體信息掃描模塊是后臺執(zhí)行無界面，該模塊一旦啟動就不能停止，持續(xù)運(yùn)行，隨著智能電視的開啟而啟動，智能電視的關(guān)閉而終止，生命周期不依賴于圖片瀏覽系統(tǒng)。其他三個模塊是本系統(tǒng)的核心模塊，包含了即時取并顯示外設(shè)列表，顯示外設(shè)中的圖片縮略圖，根據(jù)用戶選擇執(zhí)行相應(yīng)圖片的播放等功能。

圖8 系統(tǒng)功能模塊圖

下面對各個功能模塊的功能進(jìn)行概括描述。

多媒體信息掃描模塊：負(fù)責(zé)對當(dāng)前插入電視的外部存儲設(shè)備進(jìn)行掃描并存儲其中的音頻、視頻、圖片的相關(guān)信息到數(shù)據(jù)庫[13]；當(dāng)發(fā)現(xiàn)外設(shè)拔出時，及時更新數(shù)據(jù)庫中的信息。該模塊獨(dú)立于圖片瀏覽系統(tǒng)運(yùn)行，但是是圖片瀏覽系統(tǒng)運(yùn)行不可或缺的一部分。

外設(shè)管理模塊：該模塊主要負(fù)責(zé)實(shí)時取設(shè)備列表，及時更新設(shè)備列表，并根據(jù)設(shè)備的狀態(tài)做出及時的響應(yīng)。通過一個三維界面實(shí)時的展示設(shè)備列表，通過遙控器左右按鍵，設(shè)備圖標(biāo)旋轉(zhuǎn)切換焦點(diǎn)。

縮略圖瀏覽模塊：該模塊主要顯示圖片的縮略圖信息，用戶按照不同的需求選擇“所有圖片”或者“拍攝日期”兩種瀏覽模式中的一種，然后系統(tǒng)按照需求展示不同形式的縮略圖界面[14]，整個過程中需要訪問數(shù)據(jù)庫，繪制三維場景中的幾何模型和動態(tài)加載紋理，展示動畫效果。

圖片播放模塊：該模塊實(shí)際上就是一個圖片播放器[15]，根據(jù)縮略圖部分瀏覽模式的選擇對圖片進(jìn)行播放，用戶可對播放形式如播放的速度，播放圖片是過渡形式，播放動畫，播放過程中的背景音樂等進(jìn)行設(shè)置。

4 總結(jié)

領(lǐng)區(qū)自動規(guī)劃軟件實(shí)現(xiàn)軟件設(shè)計(jì)的目標(biāo)，而且無線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)區(qū)規(guī)劃軟件具有經(jīng)驗(yàn)密集和耗時巨大的特點(diǎn)，如最佳站址的選取、最優(yōu)工程參數(shù)的設(shè)置、分塊仿真方案[16]的劃分等，如何將工程師在這些領(lǐng)域的豐富經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行盡可能準(zhǔn)確地自動化軟件規(guī)劃將是一個方向。