基于ARM9的媒體播放器設(shè)計(jì)

1 引言

計(jì)算機(jī)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(yīng)用也被運(yùn)用在多種領(lǐng)域，特別是網(wǎng)絡(luò)可視電話、遠(yuǎn)程監(jiān)控、視頻點(diǎn)播領(lǐng)域。伴隨著計(jì)算機(jī)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(shù)字化、操作簡(jiǎn)單的基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和多媒體應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)化流媒體播放器已成為計(jì)算機(jī)、通信、消費(fèi)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(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本文使用TQ2440 開(kāi)發(fā)板作為硬件平臺(tái)。

S3C2440AL 是控制核心，負(fù)責(zé)控制所有輔助設(shè)備。存儲(chǔ)器采用SDRAM 和Flash 兩種類(lèi)型，能滿(mǎn)足系統(tǒng)運(yùn)行和調(diào)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(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集與控制信號(hào)的輸出。DC/DC 模塊主要負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的供電。

S3C 2440AL 是三星公司設(shè)計(jì)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(dá)到400MHz，且具有豐富的內(nèi)部設(shè)備，其中主要包括：存儲(chǔ)器管理單元MMU、16kB 的指令緩沖器和16kB 數(shù)據(jù)緩沖器、存儲(chǔ)器控制器(SDRAM 控制器)、NANDFlash 和NOR Flash 控制器、4 通道的外部DMA 請(qǐng)求控制、3 個(gè)串行口、SD 存儲(chǔ)卡讀取接口、USB 主機(jī)、USB 設(shè)備、5 個(gè)脈寬調(diào)制定時(shí)器。目前，S3C2440AL 已廣泛地應(yīng)用于PDA、智能手機(jī)、數(shù)字多媒體等方面。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件組成包括：嵌入式Linux 操作系統(tǒng)、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、圖形界面和瀏覽器程序，這些只是IPTV 機(jī)頂盒軟件組成的關(guān)鍵部分。

3.1 嵌入式操作系統(tǒng)的選擇及移植

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

(1)準(zhǔn)備Linux2.6 內(nèi)核移植所必需的文件(內(nèi)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(fèi)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(nèi)核的編譯是根據(jù)Makefile 文件的指示進(jìn)行的，Makefile 文件來(lái)組織內(nèi)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(nèi)容是目標(biāo)代碼的類(lèi)型和為編譯內(nèi)核指定一個(gè)編譯器。

(4)運(yùn)用Make 命令編譯內(nèi)核生成內(nèi)核鏡像文件zImage 文件，通過(guò)相應(yīng)的固化軟件把這個(gè)文件固化在系統(tǒng)相應(yīng)的存儲(chǔ)器中，完成Linux2.6 內(nèi)核在ARM 微處理器上的移植。

3.2 媒體播放器的總體架構(gòu)

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)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)?nèi)容服務(wù)提供商的音視頻廣播信息，之后運(yùn)行圖形界面程序獲取音視頻信息，并在此基礎(chǔ)上生成音視頻節(jié)目清單，將信號(hào)傳至顯示屏進(jìn)行顯示，將節(jié)目呈現(xiàn)給用戶(hù)。用戶(hù)利用顯示系統(tǒng)提供的圖形界面和瀏覽器使用鍵盤(pán)、鼠標(biāo)進(jìn)行控制，觀看節(jié)目，其總體架構(gòu)如圖1 所示。

3.2.1 媒體播放器與網(wǎng)絡(luò)接口的實(shí)現(xiàn)

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(yīng)用中，因?yàn)槎嗝襟w數(shù)據(jù)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(biāo)準(zhǔn)。本系統(tǒng)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，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(shù)據(jù)。媒體播放器數(shù)據(jù)接收流程如圖2 所示。

3.2.2 TS 流解析實(shí)現(xiàn)

在MPEG-2 系統(tǒng)中根據(jù)傳輸媒體的質(zhì)量不同定義了兩種復(fù)合信息流：傳送流(TS:Transport Stream)和節(jié)目流(PS:Program Stream)。TS 流與PS 流的區(qū)別在于TS 流的包結(jié)構(gòu)是固定長(zhǎng)度的，而PS 流的包結(jié)構(gòu)是可變長(zhǎng)度的。PS 包TS 包在結(jié)構(gòu)上的這種差異，致使TS 流比PS 流對(duì)傳輸誤碼的抵抗能力更強(qiáng)，因此在本設(shè)計(jì)中的網(wǎng)絡(luò)多媒體數(shù)據(jù)采用了TS 的封裝格式。TS 包的結(jié)構(gòu)如圖3 所示，由包頭和包數(shù)據(jù)兩部分組成，包頭長(zhǎng)度占4B，自適應(yīng)區(qū)和包數(shù)據(jù)共占184B，整個(gè)TS 包長(zhǎng)度相當(dāng)于4 個(gè)ATM 包長(zhǎng)。

因?yàn)樵赥S 流里可以填入很多東西，所以制定TS流標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)構(gòu)就規(guī)定了PSI (Program SpecificInformation)表，其作用是從一個(gè)攜帶多個(gè)節(jié)目的某一個(gè)TS 流中正確找到特定的節(jié)目。

PSI 表包括以下四個(gè)表：

(1)PAT 表(Program Association Table)即節(jié)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(duì)應(yīng)的幾路節(jié)目流的MAP 表和網(wǎng)絡(luò)信息表的PID.

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

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

(4)NIT 表(Network Information Table) 即網(wǎng)絡(luò)信息表，該表包括數(shù)字電視網(wǎng)中所有的傳輸流的物理傳輸網(wǎng)信息，包含節(jié)目的頻道調(diào)諧參數(shù)、頻率、符號(hào)率等，這些信息使得接收機(jī)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(diào)諧參數(shù)，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(fù)載里為PAT 的數(shù)據(jù)包，在整個(gè)數(shù)據(jù)包里找到一個(gè)PMT 包的ID.然后再接收一個(gè)含有PMT 的數(shù)據(jù)包，在這個(gè)數(shù)據(jù)包里找到有關(guān)填入數(shù)據(jù)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(fù)載內(nèi)容就是填入的信息。根據(jù)填入的數(shù)據(jù)類(lèi)型的ID 的不同，在TS 流復(fù)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。

由于時(shí)間和資源有限，本設(shè)計(jì)中移植成熟的QT/Embedded 庫(kù)到機(jī)頂盒的嵌入式系統(tǒng)，作為其圖形界面類(lèi)庫(kù)。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(shè)備抽象為keyboard 和mouse 輸入事件。Qt/Embedded 的應(yīng)用程序可以直接寫(xiě)內(nèi)核緩沖幀，這避免開(kāi)發(fā)者使用繁瑣的XLIB/Server 系統(tǒng)。界面程序流程圖如圖5 所示。

4 結(jié)語(yǔ)

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