嵌入式Linux網(wǎng)絡(luò )化流媒體播放器設計

1 引言

計算機多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)飛速發(fā)展使得基于流媒體的多媒體應用也被運用在多種領(lǐng)域，特別是網(wǎng)絡(luò )可視電話(huà)、遠程監控、視頻點(diǎn)播領(lǐng)域。伴隨著(zhù)計算機多媒體壓縮技術(shù)的成熟和網(wǎng)絡(luò )傳輸技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)發(fā)實(shí)時(shí)可靠、多功能、數字化、操作簡(jiǎn)單的基于計算機網(wǎng)絡(luò )通訊技術(shù)和多媒體應用的網(wǎng)絡(luò )化流媒體播放器已成為計算機、通信、消費電子產(chǎn)品領(lǐng)域（3C 產(chǎn)業(yè)-Computer、Communication、Consumer Electronics）技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。

2 系統硬件設計

本文使用TQ2440 開(kāi)發(fā)板作為硬件平臺。

S3C2440AL 是控制核心，負責控制所有輔助設備。存儲器采用SDRAM 和Flash 兩種類(lèi)型，能滿(mǎn)足系統運行和調試的需要?；径丝诎ㄒ蕴W(wǎng)接口、USB 接口、兩個(gè)RS232 的串口。A/D 和D/A 模塊主要用于現場(chǎng)數據的采集與控制信號的輸出。DC/DC 模塊主要負責整個(gè)系統的供電。

S3C 2440AL 是三星公司設計開(kāi)發(fā)的基于精簡(jiǎn)指令集的ARM9 核的CPU， 工作頻率可以達到400MHz，且具有豐富的內部設備，其中主要包括：存儲器管理單元MMU、16kB 的指令緩沖器和16kB 數據緩沖器、存儲器控制器（SDRAM 控制器）、NANDFlash 和NOR Flash 控制器、4 通道的外部DMA 請求控制、3 個(gè)串行口、SD 存儲卡讀取接口、USB 主機、USB 設備、5 個(gè)脈寬調制定時(shí)器。目前，S3C2440AL 已廣泛地應用于PDA、智能手機、數字多媒體等方面。

3 系統的軟件設計

系統的軟件組成包括：嵌入式Linux 操作系統、設備驅動(dòng)程序、圖形界面和瀏覽器程序，這些只是IPTV 機頂盒軟件組成的關(guān)鍵部分。

3.1 嵌入式操作系統的選擇及移植

本系統采用Linux 作為操作系統，并選用Linux2.6內核在嵌入式微處理器S3C2410 上移植，具體移植方法如下：

（1）準備Linux2.6 內核移植所必需的文件（內核壓縮包linux-2.6.tar.bz2 及交叉編譯器arm -linuxgcc-3.4.1.tar.bz2），這些文件可到Linux 官方網(wǎng)站免費下載。

（2）利用Linux 命令（mkdir，tar，mv 及export）安裝交叉編譯器arm-linux-gcc-3.4.1.

（3）修改Makefile 文件及相關(guān)硬件文件。由于內核的編譯是根據Makefile 文件的指示進(jìn)行的，Makefile 文件來(lái)組織內核的各模塊之間的關(guān)系，記錄了各個(gè)模塊之間的相互聯(lián)系和依賴(lài)關(guān)系。所以，開(kāi)發(fā)人員要首先修改Linux2.6 根目錄下的Makfile 文件，修改的主要內容是目標代碼的類(lèi)型和為編譯內核指定一個(gè)編譯器。

（4）運用Make 命令編譯內核生成內核鏡像文件zImage 文件，通過(guò)相應的固化軟件把這個(gè)文件固化在系統相應的存儲器中，完成Linux2.6 內核在A(yíng)RM 微處理器上的移植。

3.2 媒體播放器的總體架構

系統實(shí)現原理：在嵌入式微處理器S3C2440AL的控制下，TQ2440 開(kāi)發(fā)板通過(guò)網(wǎng)絡(luò )接口接收來(lái)自?xún)热莘?wù)提供商的音視頻廣播信息，之后運行圖形界面程序獲取音視頻信息，并在此基礎上生成音視頻節目清單，將信號傳至顯示屏進(jìn)行顯示，將節目呈現給用戶(hù)。用戶(hù)利用顯示系統提供的圖形界面和瀏覽器使用鍵盤(pán)、鼠標進(jìn)行控制，觀(guān)看節目，其總體架構如圖1 所示。

圖1 媒體播放器的總體架構

3.2.1 媒體播放器與網(wǎng)絡(luò )接口的實(shí)現

媒體播放器播放網(wǎng)絡(luò )上的多媒體文件時(shí)最大的特點(diǎn)是邊下載邊播放的“流式”特性。在IPTV 應用中，因為多媒體數據的流式特性需要媒體播放器與媒體服務(wù)器之間進(jìn)行信息交互，所以它們之間須共同遵循一個(gè)交互協(xié)議標準。本系統播放器采用RTSP 協(xié)議與服務(wù)器之間建立及管理RTSP 會(huì )話(huà)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳輸協(xié)議接收來(lái)自網(wǎng)絡(luò )上的媒體數據。媒體播放器數據接收流程如圖2 所示。

圖2 媒體播放器數據接收流程

3.2.2 TS 流解析實(shí)現

在MPEG-2 系統中根據傳輸媒體的質(zhì)量不同定義了兩種復合信息流：傳送流（TS:Transport Stream）和節目流（PS:Program Stream）。TS 流與PS 流的區別在于TS 流的包結構是固定長(cháng)度的，而PS 流的包結構是可變長(cháng)度的。PS 包TS 包在結構上的這種差異，致使TS 流比PS 流對傳輸誤碼的抵抗能力更強，因此在本設計中的網(wǎng)絡(luò )多媒體數據采用了TS 的封裝格式。TS 包的結構如圖3 所示，由包頭和包數據兩部分組成，包頭長(cháng)度占4B，自適應區和包數據共占184B，整個(gè)TS 包長(cháng)度相當于4 個(gè)ATM 包長(cháng)。

圖3 TS 包的結構

因為在TS 流里可以填入很多東西，所以制定TS流標準的機構就規定了PSI （Program SpecificInformation）表，其作用是從一個(gè)攜帶多個(gè)節目的某一個(gè)TS 流中正確找到特定的節目。

PSI 表包括以下四個(gè)表：

（1）PAT 表（Program Association Table）即節目關(guān)聯(lián)表，它的主要作用是指出該傳輸流ID，以及該路傳輸流中所對應的幾路節目流的MAP 表和網(wǎng)絡(luò )信息表的PID.

（2）PMT 表（Program Map Table）即節目映射表，該表的PID 由PAT 提供，通過(guò)該表可以得到一路節目中包含的信息。

（3）CAT 表（Conditional Access Table）即條件訪(fǎng)問(wèn)表，PID 是0x01.CAT 攜帶的是服務(wù)器的私有信息（CA 系統就需要使用該表格實(shí)現節目的解密）。

（4）NIT 表（Network Information Table） 即網(wǎng)絡(luò )信息表，該表包括數字電視網(wǎng)中所有的傳輸流的物理傳輸網(wǎng)信息，包含節目的頻道調諧參數、頻率、符號率等，這些信息使得接收機可以按照用戶(hù)的選擇以很少的延時(shí)或無(wú)延時(shí)地改變頻道、調諧參數，正確地解碼出TS。

所以TS 流解析流程如圖4所示：先接收一個(gè)負載里為PAT 的數據包，在整個(gè)數據包里找到一個(gè)PMT 包的ID.然后再接收一個(gè)含有PMT 的數據包，在這個(gè)數據包里找到有關(guān)填入數據類(lèi)型的ID.之后就在接收到的TS 包里找到含有這個(gè)ID 的負載內容就是填入的信息。根據填入的數據類(lèi)型的ID 的不同，在TS 流復合多種信息，解有這些信息的傳輸包即可解出音視頻的PES 包，最終解出音頻流和視頻流。

圖4 TS 流解析流程

由于時(shí)間和資源有限，本設計中移植成熟的QT/Embedded 庫到機頂盒的嵌入式系統，作為其圖形界面類(lèi)庫。Qt/Embedded 采用frame buffer （幀緩沖）作為底層圖形接口。同時(shí)，將外部輸入設備抽象為keyboard 和mouse 輸入事件。Qt/Embedded 的應用程序可以直接寫(xiě)內核緩沖幀，這避免開(kāi)發(fā)者使用繁瑣的XLIB/Server 系統。界面程序流程圖如圖5 所示。

圖5 界面程序流程圖

4 結語(yǔ)

本系統利用TQ2440 硬件平臺的優(yōu)勢，將Linux2.6.14 內核移植到開(kāi)發(fā)板中，設計實(shí)現了一款基于嵌入式Linux 的機頂盒流媒體播放器，完成了其與網(wǎng)絡(luò )接口的實(shí)現，通過(guò)TS 流的解析實(shí)現，提供了對主流的MPEG-2、MPEG-4、H.264 等格式文件的支持。該系統具有良好的可移植性和可擴展性，能夠滿(mǎn)足市場(chǎng)需求的不斷變化。