基于Au1200的多媒體播放終端設(shè)計(jì)

1 引言 

　　隨著多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，在樓宇電視廣告播放技術(shù)上，網(wǎng)絡(luò)化的播放系統(tǒng)將逐漸取代現(xiàn)行的廣告機(jī)本地播放方式。多樣化、實(shí)時化的發(fā)布模式以及智能化、人性化的管理平臺，將推動樓宇電視廣告行業(yè)的發(fā)展。

　　在網(wǎng)絡(luò)化的播放系統(tǒng)中，具有聯(lián)網(wǎng)功能的多媒體播放終端是一個關(guān)鍵設(shè)備，它可以播放圖片、音樂、視頻、文字，成了整個播放系統(tǒng)不可分割的一部分。在新一代的播放系統(tǒng)中，中心管理員可以通過互聯(lián)網(wǎng)或內(nèi)部網(wǎng)對其進(jìn)行方便的配置和管理，安排具有個性化的播放內(nèi)容，有效地解決了現(xiàn)有播放終端內(nèi)容相對單調(diào)固定的缺陷。

　　本文根據(jù)這一新的需求，提出了一種新穎的適合網(wǎng)絡(luò)播放的多媒體播放終端的設(shè)計(jì)方案。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 功能分析

　　表1對新一代網(wǎng)絡(luò)播放終端與獨(dú)立播放機(jī)進(jìn)行了比較。 

　　為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制播放，多媒體播放終端必須具備以下功能：1)連接服務(wù)器：啟動后，自動連接遠(yuǎn)程服務(wù)器；2)定時通信：定時與服務(wù)器進(jìn)行握手通信；3)日志管理：記錄終端運(yùn)行狀態(tài)，形成日志文件，定時向服務(wù)器反饋日志信息；4)遠(yuǎn)程接受任務(wù)并按要求執(zhí)行：隨時接受中心／分中心發(fā)送的任務(wù)，任務(wù)內(nèi)容包括：定時自動開關(guān)機(jī)、定時自動下載播放文件、定時播放指定的媒體文件；5)支持多種視音頻和圖片格式，播放質(zhì)量達(dá)到DVD級畫質(zhì)及音質(zhì)要求；6)可監(jiān)控各區(qū)域播放工作狀態(tài)；7)多種視頻輸出接口，可外接LCD，LED，PDP等多種顯示終端；8)支持遠(yuǎn)程軟件升級。

2.2 硬件平臺選擇

　　目前，生產(chǎn)多媒體處理器并推出相應(yīng)解決方案的半導(dǎo)體供應(yīng)商多達(dá)十幾家，比較典型的有Intel，AMD，TI，F(xiàn)reescale，ADI，NXP，SigmaDesigns，ST，Sharp，Sunplus(凌陽)以及深圳安凱等。這些廠商提供的處理器因?yàn)樵醋圆煌募軜?gòu)，在性能、接口、功耗等方面差異很大，在選擇方案時，要從處理能力、支持的視頻格式、支持的接口、功耗、軟件和操作系統(tǒng)(OS)支持以及成本等方面作精心比較：

1) 處理能力及支持的視頻格式

　　Intel的PXA270和AMD的Au1200都是通用處理器，性能較強(qiáng)大，支持的音視頻格式有MPEG-1／2／4，WMV9，DivX，XVID，MP3，WMA，WAV，ASF，AVI，JPEG等。但PXA270需媒體加速器配合才能更好地工作，方案相對較復(fù)雜?；贒SP的解決方案包括TI的DM270／DM320、NXP的PNX0190和ADI的Blackfin系列。此類方案仍需一個MCU(ARM7或ARM9)來處理系統(tǒng)的通用功能，如操作系統(tǒng)和用戶接口等。音視頻解碼是DSP的專長，一般支持MPEG-1／2／4，DivX，WMV9和JPEG等格式。

2) 支持的接口

　　豐富的接口使開發(fā)人員可以擴(kuò)展功能或在確定外圍器件時有更多的選擇。多媒體處理器的外圍接口主要包括存儲器接口、USB接口、存儲卡接口、攝像頭接口、硬盤接口、顯示接口、網(wǎng)絡(luò)接口等?，F(xiàn)有的方案都支持SRAM'style='color:ff0000' target='_blank'>DRAM，不過只有AMD，Intel和NXP還能同時支持DDR存儲器，這有利于實(shí)現(xiàn)更快的編解碼速率。主流方案都支持USB2.0。多數(shù)方案至少支持兩種存儲卡格式，如MMC／SD或SD／CF等，部分方案支持網(wǎng)絡(luò)接口，如AMD，Intel和SigmaDesigns等。

3) 支持的操作系統(tǒng)

　　軟件開發(fā)是播放器開發(fā)的重要組成部分，如能縮短軟件開發(fā)時間，就可加速產(chǎn)品上市。對于不同結(jié)構(gòu)的硬件，軟件開發(fā)的難易程度也有區(qū)別?；赬86指令的PXA270處理器，編程較容易。DSP的算法最復(fù)雜，需要耗費(fèi)大量的編程時間，所以供應(yīng)商往往會提供完整的軟件解決方案，如TI和NXP都提供了開發(fā)套件?；贛CU的解決方案提供了比DSP解決方案更容易的可編程性。大多數(shù)方案支持Linux操作系統(tǒng)，此外還需要中間件(如媒體播放器)、編解碼器和應(yīng)用程序等。

4) 功耗

　　一般來說，依靠軟件編解碼的方案將具有更高的功耗，例如Intel和AMD的方案；而依靠硬件進(jìn)行編解碼的方案更省電，如Freescale的方案；DSP+ARM方案的功耗介于兩者之間。對于本文設(shè)計(jì)的交流供電的播放器，功耗不是問題。

　　筆者選用AMD公司的Alchemy Au1200作為多媒體處理器，其功耗低(<400 W@400 Hz)；支持多種視頻格式，可擴(kuò)展到大型顯示屏(1024×768)，不需外部DSP，不需多媒體轉(zhuǎn)碼。

2.3 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　本播放終端是一個嵌入式系統(tǒng)，是以微計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的軟硬件結(jié)合的專用系統(tǒng)，整個系統(tǒng)按分層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：

　　1) 應(yīng)用層：圖形用戶界面設(shè)計(jì)、媒體文件播放等；

　　2) 操作系統(tǒng)層：線程調(diào)度、文件系統(tǒng)等；

　　3) 多媒體解碼：媒體加速引擎，MPEG-1／2／4、WMV9等的解碼； 

     4)驅(qū)動層：音頻、以太網(wǎng)、IDE、LCD、USB2.0等。

　　系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖見圖1。

2.4 模塊設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)主要由處理器、內(nèi)存、啟動ROM、硬盤、LCD屏、外圍擴(kuò)展接口等部分構(gòu)成。

　　Au1200處理器最高可支持DDR2-533內(nèi)存芯片，系統(tǒng)內(nèi)存采用2片三星的DDR-266 SRAM'style='color:ff0000' target='_blank'>DRAM，型號為K4H510838E-TLAA，總?cè)萘繛?28 Mbyte。啟動系統(tǒng)固化在Flash存儲器中，Au1200通過靜態(tài)總線控制Flash存儲器，由于地址總線只有15位，需加入1片鎖存器來鎖存地址信號。由于系統(tǒng)是一個下載播放系統(tǒng)，多媒體文件的存儲采用普通微硬盤。

　　Au1200集成了LCD控制器，通過對垂直和水平同步信號、偏置信號和象素時鐘信號的編程，可支持目前大多數(shù)LCD屏工作。本系統(tǒng)用于公眾場合信息的顯示，宜選用43 cm以上的LCD屏。

　　在此對網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計(jì)加以特別的說明：系統(tǒng)采用以太網(wǎng)接口，網(wǎng)絡(luò)控制器選用DAVCOM公司的DM9000快速以太網(wǎng)控制處理器，該控制器與Au1200處理器具有很好的兼容性，DM9000配備有 標(biāo)準(zhǔn)10／100 Mbit／s以太網(wǎng)接口，物理層支持以太網(wǎng)接口協(xié)議，集成有接收緩沖區(qū)。DM9000支持TCP／IP硬加速，可減輕CPU負(fù)擔(dān)，提高網(wǎng)絡(luò)上傳和下傳的速度，采用的是Linux驅(qū)動，使更改驅(qū)動、升級更加靈活方便。

　　在設(shè)計(jì)時，實(shí)現(xiàn)DM9000與Au1200連接，要對兩者間的數(shù)據(jù)、地址、控制三大總線進(jìn)行連接和轉(zhuǎn)換，圖2給出了連接示意圖。

　　DM9000默認(rèn)I／O基地址為300H，數(shù)據(jù)端口和地址端口的地址碼由下式?jīng)Q定

　　DM9000地址端口=高位片選地址+300H+0 (1)

　　DM9000數(shù)據(jù)端口=高位片選地址+300H+4 (2)

　　網(wǎng)絡(luò)接口模塊的軟件包括TCP／IP協(xié)議軟件和以太網(wǎng)芯片DM9000驅(qū)動程序。Linux用TCP／IP作參考模型，共有4層：應(yīng)用層、傳輸層、互聯(lián)網(wǎng)層和主機(jī)至網(wǎng)絡(luò)層。驅(qū)動程序包括了面向操作系統(tǒng)核心的接口程序和面向物理層(主機(jī)至網(wǎng)絡(luò)層)的接口程序。面向操作系統(tǒng)核心接口程序，用于發(fā)現(xiàn)、檢測網(wǎng)卡參數(shù)及發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)例程。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)的軟件由3部分組成：嵌入式Linux移植、驅(qū)動和應(yīng)用程序編寫。嵌入式Linux操作系統(tǒng)是用戶控制系統(tǒng)的平臺，系統(tǒng)驅(qū)動程序采用模塊化形式，向上為用戶層的解碼應(yīng)用程序提供API函數(shù)，向下通過系統(tǒng)硬件APl函數(shù)控制系統(tǒng)硬件。嵌入式Linux設(shè)計(jì)有3個層次：引導(dǎo)裝載程序、Linux內(nèi)核和圖形系統(tǒng)：

1) 引導(dǎo)裝載程序

　　引導(dǎo)裝載程序通常是在硬件上執(zhí)行的第一段代碼。系統(tǒng)采用一個專用軟件JFlash-Linux作為引導(dǎo)裝載程序。它支持多種類型的芯片，可以直接與遠(yuǎn)程系統(tǒng)上的閃存設(shè)備進(jìn)行交互，并將引導(dǎo)裝載程序安裝在閃存的給定位置中。
 
2) 嵌入式Linux內(nèi)核

　　內(nèi)核檢查硬件并加載根設(shè)備，然后查找根文件系統(tǒng)的init 程序并執(zhí)行該程序。配置內(nèi)核時選擇：模塊編入內(nèi)核、386處理器、物理內(nèi)存off、支持ELF、標(biāo)準(zhǔn)PC軟盤、支持RAM盤、支持initial RAMdisk、虛擬終端、虛擬終端控制臺、標(biāo)準(zhǔn)串口、ext2文件系統(tǒng)、控制臺驅(qū)動，以及VGAtext console，DOS FAT，MSDOS文件系統(tǒng)。

3) 圖形系統(tǒng)

　　本嵌入式系統(tǒng)采用一種輕量級的GUI，具有輕型、占用資源少、高可靠性的特點(diǎn)。系統(tǒng)分層設(shè)計(jì)，最底層是一組屏幕、鼠標(biāo)／觸摸屏、鍵盤的抽象接口；中間層是可移植的圖形引擎；最高層是各種API，供圖形應(yīng)用程序調(diào)用。最底層的SCREEN抽象接口建立在Linux Framebuffer(幀緩存)設(shè)備基礎(chǔ)上。

　　應(yīng)用程序信息管理程序主要實(shí)現(xiàn)任務(wù)管理和網(wǎng)絡(luò)通信，其流程如圖3所示。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

　　本設(shè)備主要應(yīng)用是基于網(wǎng)絡(luò)的廣告播放系統(tǒng)，該系統(tǒng)由四部分組成：播放終端、中心服務(wù)器、分中心服務(wù)器和管理中心，其系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

　　將本播放終端接入圖4所示的應(yīng)用系統(tǒng)中，對幾個不同大小、不同格式的多媒體文件進(jìn)行下載播放，得到測試結(jié)果如表2所示，證明系統(tǒng)設(shè)計(jì)符合實(shí)際使用要求。 

　　本文設(shè)計(jì)的基于Alchemy Au1200的多媒體播放終端，具有強(qiáng)大的多媒體播放功能，其主要創(chuàng)新思想在于增加了網(wǎng)絡(luò)和信息管理功能，使其可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制，達(dá)到了高智能化程度，在目前的樓宇視頻聯(lián)播廣告系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域具有廣闊的市場前景。