一種高清媒體信息發(fā)布終端的設計

1 引言

隨著(zhù)通信技術(shù)的不斷發(fā)展， 高清應用的日益普及， 傳統的多媒體信息發(fā)布終端已不能滿(mǎn)足高清媒體的播放需求。針對現有技術(shù)存在的系統復雜， 成本較高， 播放質(zhì)量差等不足， 本文介紹一種高清媒體信息發(fā)布終端設計方案， 該方案采用嵌入式平臺架構及硬件解碼技術(shù)， 支持多種音視頻及圖片格式， 能夠實(shí)現視頻、音頻、圖片和滾動(dòng)字幕等多媒體信息的組合播放， 播放質(zhì)量可達到卓越的高清電視品質(zhì)。做為高清媒體發(fā)布系統的終端節點(diǎn)， 該系統在遠程中央控制系統管理和控制下， 可實(shí)現定時(shí)或即時(shí)的播放廣告、新聞、天氣預報、物業(yè)通知等信息， 在第一時(shí)間將最新鮮的資訊傳遞給受眾人群; 這種分眾化的傳播模式能夠細分受眾群體、區分受眾需求， 優(yōu)化傳播過(guò)程， 提高受眾群體覆蓋的準確性， 從而達到傳播效果的最優(yōu)化， 在樓宇電視、銀行、社區、車(chē)站、機場(chǎng)等廣告播放和信息發(fā)布市場(chǎng)擁有廣闊的應用前景。

2 硬件系統結構

本系統的主處理器選用S igma Designs公司的專(zhuān)業(yè)級的高清視頻解碼芯片EM8623L。該芯片同時(shí)集成了V ideo Decoder ( R ISC ) ， ARM， DSP 三顆芯片， 支持包括MPEG - 1 /2 /4 SD /HD、WMV9 SD /HD、D ivx、H 264、VC - 1等在內的多種視頻格式解碼， 音頻: MPEG - 1、Layer1 /2 /3(MP3)、AC - 3、AAC、PCM、WMA9等。內嵌的200MH z的ARM負責核心主控， 內存帶寬32位， 并最大支持256MB的DDR， 支持64MB的閃存擴展。32位DSP專(zhuān)門(mén)負責音頻處理， 16位R ISC 處理器負責視頻解碼。EM8623L 還具有2D 圖形引擎及IDE、DV I、PC I、U SB 等豐富接口支持。這款基于嵌入式架構和硬解碼的芯片解決方案在成本、功耗和效率上都能很好的滿(mǎn)足高清媒體播放終端設備需求。

本文所述的高清媒體信息發(fā)布終端硬件系統結構主要包括: 高清解碼芯片EM 8623L; 128MB SDRAM 和8MB 閃存; 網(wǎng)絡(luò )接口控制器; 前面板控制電路; 內置2 5英寸筆記本SATA 硬盤(pán)接口; 提供高清數字多媒體接口(HDM I)、高清晰視頻色差分量接口( YPbPr)、復合視頻信號接口(V IDEO)等視頻接口， 光纖數字音頻接口( S /PD IF)、同軸數字音頻接口( COAX IAL)、雙聲道立體聲音頻接口( R- AUD IO - L)等音頻接口。此外還提供了USB2 0接口， 可與外接移動(dòng)存儲設備連接， 播放其中的影音資源， 并提供固件升級功能。

3 軟件設計

3.1 軟件架構設計

軟件系統根據嵌入式系統原理和多媒體信息發(fā)布應用需求進(jìn)行設計， 系統架構如圖1， 主要由硬件驅動(dòng)層， 實(shí)時(shí)操作系統層， 中間層和應用程序層組成。硬件驅動(dòng)層是與硬件聯(lián)系最緊密的軟件層， 包括音視頻輸出接口、N IC、SATA控制器， USB2 0控制器、F lash、RS232和前面板/遙控器等的驅動(dòng)， 以及和訪(fǎng)問(wèn)硬件地址寄存器的API， 是系統穩定高效運行的重要基礎。設備驅動(dòng)的加載可以隨著(zhù)操作系統啟動(dòng)時(shí)在內核中加載，也可以在操作系統起來(lái)之后， 單獨進(jìn)行模塊加載， 具體可在內核編譯時(shí)進(jìn)行驅動(dòng)加載的設定， 使得內核大小的設定較為靈活， 方便根據F lash空間做出適當的調整。

圖1 系統軟件結構圖

實(shí)時(shí)操作系統是嵌入式設備軟件的核心部分。uC linux是針對嵌入式處理器特點(diǎn)設計的一種實(shí)時(shí)操作系統， 它繼承了標準L inux 強大的網(wǎng)絡(luò )功能和多任務(wù)管理功能， 支持多種文件系統， 提供標準豐富的API， 具有執行效率高、占用空間小、可擴展性強和良好的可移植性等優(yōu)點(diǎn)。除此， 他還專(zhuān)為無(wú)MMU 的處理器設計， 并對L inux 內存管理和進(jìn)程管理進(jìn)行了改寫(xiě)， 滿(mǎn)足無(wú)MMU 處理器的開(kāi)發(fā)要求。由于EM8623L是一款沒(méi)有MMU 的處理器， 因此本系統采用uC linux 作為操作系統內核。

中間層包括私有協(xié)議棧模塊， PPPOE ( Po int- to- po intpro tocol over E thernet)模塊， 音視頻解碼模塊和2D圖形加速器模塊。這些模塊處在實(shí)時(shí)操作系統層和應用程序層之間，向上提供API接口供應用程序調用， 向下通過(guò)實(shí)時(shí)操作系統實(shí)現API接口函數到硬件驅動(dòng)層的映射。私用協(xié)議棧模塊是一種基于UDP的私有可靠的數據報協(xié)議， 為支持遠程大數據量下載而自主設計的。該協(xié)議?？筛鶕煌木W(wǎng)絡(luò )丟包率采取自適應重發(fā)、補發(fā)等容錯機制， 克服了UDP協(xié)議數據傳輸的不可靠性。在網(wǎng)絡(luò )丟包率較高的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境中能表現出較為強勁的數據接收能力， 較好的滿(mǎn)足了大數據量高清媒體的高速可靠下載任務(wù)， 有效數據下載率可達現有帶寬的80%以上。PPPOE模塊支持系統ADSL網(wǎng)絡(luò )接入功能， 通過(guò)將開(kāi)源的標準L inux上的PPPOE代碼移植到嵌入式uC linux 內核實(shí)現。音視頻解碼模塊是Sigma DesigNS開(kāi)發(fā)的一個(gè)完整的文件播放器， 用于播放EM86231硬解碼支持的多標準音視頻文件和先進(jìn)的顯示處理功能(支持HDM I/YPbPr/AV 等視頻輸出和S /PDIF， 雙聲道等音頻輸出)。2D圖形加速器支持高速OSD和GU I，為高清晰度顯示器提供高質(zhì)量的圖像。

應用程序層處于軟件系統的最頂層， 實(shí)現系統應用軟件的主體功能， 主要包括遙控器接收處理， 圖形用戶(hù)界面顯示， 高清媒體文件本地下載， 網(wǎng)絡(luò )在線(xiàn)升級， 系統登陸遠程服務(wù)器的注冊認證， 視頻/音頻/圖片/飛字等的分時(shí)控制播放和組合播放等。

3.2 系統任務(wù)設計

針對高清媒體信息發(fā)布所要求的準確性， 實(shí)時(shí)性和和即時(shí)性， 本系統主要設計了四個(gè)系統任務(wù)， 分別是: 主控任務(wù)、計時(shí)線(xiàn)程、網(wǎng)絡(luò )任務(wù)線(xiàn)程和飛字播放線(xiàn)程。主控任務(wù)主要負責各任務(wù)調度， 監控服務(wù)器對主窗口和飛字窗口發(fā)出的控制命令(如暫停， 快進(jìn)， 快退， 停止， 繼續等操作) ， 以及根據下載到本地硬盤(pán)的各種節目制作單播放相應的媒體節目， 可以實(shí)現順序播放， 插播控制，按時(shí)間播控和手動(dòng)播放等。網(wǎng)絡(luò )任務(wù)線(xiàn)程包括控制信息收發(fā)線(xiàn)程和數據下載線(xiàn)程?？刂菩畔⑹瞻l(fā)線(xiàn)程和數據線(xiàn)程完成高清媒體文件的遠程下載和本地存儲， 控制信息收發(fā)線(xiàn)程主要負責協(xié)議的握手， 即協(xié)議信息發(fā)起端在200ms內未等到約定協(xié)議信息的到達， 便判定信息超時(shí)并進(jìn)行重發(fā); 數據線(xiàn)程主要負責網(wǎng)絡(luò )推送的媒體文件的本地下載和存儲。

計時(shí)線(xiàn)程主要負責獲得當前的系統時(shí)間， 然后把系統時(shí)間與本地時(shí)間控制列表中每條記錄的播放時(shí)間、插播控制列表的每條記錄的播放時(shí)間進(jìn)行比較， 如果有記錄的播放時(shí)間到， 則進(jìn)行相應的播放處理， 播放處理分為主窗口和飛字窗口。飛字播放線(xiàn)程實(shí)現根據飛字循環(huán)播放列表， 飛字插播列表， 飛字時(shí)間控制列表中的節目順序進(jìn)行相應的飛字播放操作。系統整體工作流程具體步驟如下：

　　( 1)啟動(dòng)bootloader， 進(jìn)行必要的硬件初始化;

　　( 2)從flash中啟動(dòng)rom fs;

　　( 3)判斷是否啟動(dòng)成功， 如果成功的話(huà)， 接下來(lái)解壓app bin g z， 進(jìn)行內核的初始化， 加載相應的設備驅動(dòng)， 啟動(dòng)上層的應用程序。

　　( 4) 如果不成功則從硬盤(pán)中讀取rom fs b in， 并寫(xiě)入ROM 中， 并重復進(jìn)行( 3) 操作;

　　( 5)讀取flash中默認的配置參數并設置相應的參數;

　　( 6)啟動(dòng)DHCP， 獲取I P地址、網(wǎng)關(guān)、DNS 服務(wù)器IP、子網(wǎng)掩碼等;

　　( 7)啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)程任務(wù)， 進(jìn)行終端與服務(wù)器的對接， 注冊認證; 媒體數據下載等; 如果與服務(wù)器連接成功， 則同步終端系統時(shí)間;

　　( 8)啟動(dòng)主控任務(wù)， 按照播放優(yōu)先級播放指定播出列表節目。主控任務(wù)流程圖如圖2所示。

圖2 主控任務(wù)流程

4 結束語(yǔ)

本文設計了一個(gè)基于EM8623L的高清媒體發(fā)布終端， 具有低功耗， 結構緊湊， 高穩定性等特點(diǎn)。支持高效可靠的高清媒體節目本地下載; 支持順序播放、即時(shí)播放和定時(shí)播放功能; 支持幾乎所有高清視頻媒體的流暢播放; 能夠實(shí)現視頻、音頻、圖片和滾動(dòng)字幕等多媒體信息的組合播放; 并接受前端控制系統的實(shí)時(shí)監控; 具有多種音視頻輸出接口， 支持1080P純高清顯示。目前結合前端控制系統在銀行， 機場(chǎng)等場(chǎng)所已經(jīng)得到廣泛推廣和應用。