基于Linux平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)廣告機(jī)的設(shè)計(jì)

摘要：利用嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)越性，在Linux系統(tǒng)平臺(tái)上使用Linux豐富的開(kāi)源軟件和工具集，構(gòu)建了嵌入式網(wǎng)絡(luò)廣告機(jī)系統(tǒng)，滿足網(wǎng)絡(luò)廣告機(jī)的各項(xiàng)功能應(yīng)用要求，成功地實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)廣告機(jī)的視頻、圖片和文字等媒體信息的良好發(fā)布，驗(yàn)證了Linux嵌入式平臺(tái)下廣告機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性、簡(jiǎn)易性和高效性。
關(guān)鍵詞：Linux；網(wǎng)絡(luò)廣告機(jī)；嵌入式系統(tǒng)

引言
    網(wǎng)絡(luò)廣告機(jī)俗稱digital signage system，是在網(wǎng)絡(luò)信息化飛速發(fā)展的時(shí)代背景下產(chǎn)生的一種新型網(wǎng)絡(luò)多媒體信息發(fā)布系統(tǒng)?；谶@種系統(tǒng)，用戶可以采用多種方式于公共顯示終端上發(fā)布公共信息內(nèi)容。目前，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化的多媒體網(wǎng)絡(luò)廣告機(jī)成為傳媒市場(chǎng)的一大亮點(diǎn)，然而單機(jī)版的廣告機(jī)以及單一的媒體發(fā)布形式已經(jīng)難以滿足日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求，國(guó)內(nèi)外正在積極投入基于多種媒體形式和多功能交互型網(wǎng)絡(luò)廣告機(jī)的研究。本文利用Linux嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)越性能，使用廣大Linux系統(tǒng)支持的開(kāi)源軟件和工具集，構(gòu)建了成本低、功能健全和網(wǎng)絡(luò)分布靈活的網(wǎng)絡(luò)媒體廣告機(jī)系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)概述
    如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)大體分為廣告機(jī)監(jiān)控終端、服務(wù)器控制中心、廣告機(jī)顯示終端3個(gè)部分。監(jiān)控終端通過(guò)Web瀏覽器控制頁(yè)面接收管理員輸入的控制命令，經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)路由向服務(wù)器控制中心提交表單。服務(wù)器控制中心根據(jù)監(jiān)控終端提交的不同表單類別調(diào)用對(duì)應(yīng)的CGI例程來(lái)啟動(dòng)相應(yīng)的Socket服務(wù)進(jìn)程，建立與開(kāi)發(fā)板Socket監(jiān)聽(tīng)服務(wù)進(jìn)程之間的網(wǎng)絡(luò)通信，同時(shí)傳遞對(duì)應(yīng)的控制命令和信息。廣告機(jī)顯示終端解析相應(yīng)的控制命令和信息，來(lái)控制顯示終端設(shè)備上的媒體信息播放形式。

1．1 硬件環(huán)境
    廣告機(jī)監(jiān)控終端和服務(wù)器控制中心的設(shè)備為普通PC機(jī)。廣告機(jī)顯示終端采用的是芯勝嵌入式VT8430開(kāi)發(fā)板。該開(kāi)發(fā)板的處理器是芯晟科技推出的數(shù)字音視頻多標(biāo)準(zhǔn)多媒體處理芯片CSM1200。該芯片采用ARM9內(nèi)核，支持MPEG-2、H．264、AVS的高清和標(biāo)清解碼／輸出，視頻輸出支持PAL／NTSC／480p／576p／720p／1080i。
    同時(shí)，CSM1200是一個(gè)有著豐富的外圍設(shè)備和強(qiáng)大媒體能力的嵌入式平臺(tái)SoC，可以靈活地選擇多種LCD或者其他顯示設(shè)備，作為廣告機(jī)信息發(fā)布節(jié)點(diǎn)的媒體播放設(shè)備。
1．2 軟件環(huán)境
    監(jiān)控終端和服務(wù)器控制中心的采用Linux系統(tǒng)平臺(tái)。監(jiān)控終端只需能夠提供正常的Web頁(yè)面瀏覽功能便可以借助瀏覽器實(shí)現(xiàn)信息的交互。服務(wù)器控制中心和顯示終端是多媒體信息發(fā)布的關(guān)鍵的部分，需要配置相關(guān)的環(huán)境如下：
    ①構(gòu)建CGI模塊。CGI用來(lái)設(shè)計(jì)基于Web瀏覽器的B／S(Browser／Serrer)系統(tǒng)架構(gòu)，可以在無(wú)客戶端(client)的情況下，廣泛地使用Web瀏覽器提供的按鈕、輸入框、字體和顏色等界面元素。通過(guò)不同平臺(tái)瀏覽器監(jiān)控終端遞交的表單就可以控制信息的交互。在官網(wǎng)下載源碼包li-bcgi-1．0．tar．gz后，解壓、編譯和安裝即可。[!--empirenews.page--]
    ②創(chuàng)建和配置httpd服務(wù)。官網(wǎng)下載httpd-2．2．4．tar.gz，解壓、配置、編譯和安裝后，設(shè)置相應(yīng)CGI程序以及html服務(wù)路徑和目錄，以提供Web瀏覽器監(jiān)控端不同的控制頁(yè)面目錄和CGI例程集存儲(chǔ)目錄。
    ③配置數(shù)據(jù)庫(kù)。安裝Sqlite3數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)提供對(duì)于各種媒體信息的查詢、插入和刪除等控制操作。SQLite是存儲(chǔ)在單一磁盤文件中的一個(gè)完整的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，尤其適合于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在Ubuntu10．04服務(wù)器系統(tǒng)平臺(tái)上，使用aptitude安裝libsqlite3-0、libsqlite3-dev、libs-qlite3和libsqlite3-doc開(kāi)源軟件包即可。
    ④定制顯示終端Linux系統(tǒng)。顯示系統(tǒng)采用基于ARM9的CSM1200處理芯片，因此使用arm-9tdmi-linux-gun交叉編譯工具，基于Linux2.6.2 7內(nèi)核源碼包定制針對(duì)顯示開(kāi)發(fā)板環(huán)境平臺(tái)的Linux操作系統(tǒng)，詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)。編譯好內(nèi)核之后進(jìn)行u-boot的燒寫、根文件系統(tǒng)的制作，并設(shè)置相應(yīng)的啟動(dòng)方式來(lái)加載制作的Linux內(nèi)核。詳細(xì)的步驟見(jiàn)參考文獻(xiàn)。
    ⑤搭建顯示終端Qt環(huán)境。顯示終端通過(guò)Qt圖形界面播放各種媒體信息，首先獲取Qt開(kāi)源軟件包qtopia-core-opensource-src-4.2.2.tar. gz，解壓后設(shè)置arm-9tdmi-linux-gun為編譯器環(huán)境，編譯安裝Qt軟件包后，拷貝所需資源到開(kāi)發(fā)板文件系統(tǒng)。
    上述環(huán)境搭建的大部分內(nèi)容都可以從相應(yīng)的官網(wǎng)獲取開(kāi)源源碼包和詳細(xì)的配置安裝信息。

2 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)
    系統(tǒng)功能模塊原理圖如圖2所示。監(jiān)控終端由Qt控制頁(yè)面、Mplayer控制頁(yè)面和文件更新控制頁(yè)面組成。在不同的監(jiān)控控制頁(yè)面觸發(fā)相應(yīng)的控制操作，將通過(guò)Web功能訪問(wèn)服務(wù)器控制中心并向服務(wù)器遞交不同的表單?？刂浦行闹黧w部分由服務(wù)器Web httpd站點(diǎn)、CGI控制模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)Sqlite3和TCP Socket Client端組成。根據(jù)監(jiān)控終端遞交的不同的表單，相應(yīng)的CGI控制程序?qū)?zhí)行，CGI程序進(jìn)行的相應(yīng)的錄入、刪除和更新Sqlite3數(shù)據(jù)庫(kù)操作，同時(shí)調(diào)用并開(kāi)啟對(duì)應(yīng)的Socket Client進(jìn)程，將對(duì)應(yīng)的控制命令和數(shù)據(jù)庫(kù)信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)Socket遞交到顯示終端TCP Socket Server監(jiān)聽(tīng)服務(wù)器。顯示終端的TCPSocket Server監(jiān)聽(tīng)接收TCP Client端傳來(lái)的控制命令，通過(guò)解析控制命令的類別，將空控制命令和相關(guān)的信息寫入到Qt本地或者M(jìn)player本地套接字服務(wù)器，并存儲(chǔ)在本地Linux文件系統(tǒng)中。Mplayer播放器和Qt播放程序讀取文件系統(tǒng)中各自本地套接字的控制信息，調(diào)用相應(yīng)的音視頻驅(qū)動(dòng)程序來(lái)控制音視頻文件在Qt界面和Mplayer端的顯示和播放。

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3 關(guān)鍵算法設(shè)計(jì)
3．1 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)
    根據(jù)廣告機(jī)監(jiān)控終端所監(jiān)控媒體種類的不同，使用Sqlite3數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)媒體視頻播放、圖片背景和Qt字幕的信息。數(shù)據(jù)庫(kù)原理見(jiàn)參考文獻(xiàn)。對(duì)于廣告機(jī)監(jiān)控管理員以及管理者的身份，需要設(shè)計(jì)管理者的ID、登錄密碼和對(duì)應(yīng)的用戶名信息，以便對(duì)廣告機(jī)的監(jiān)控和管理。就視頻和圖片媒體而言，都涉及對(duì)相應(yīng)媒體對(duì)象的插入、刪除、更新和播放順序等控制操作，因此分別設(shè)置ID、文件名、加入時(shí)間和排序序號(hào)來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的維護(hù)和控制管理。對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)原理圖如圖3所示。

3．2 廣告機(jī)顯示終端
    廣告機(jī)顯示終端的Qt圖形界面原理如圖4所示。Qt界面的設(shè)計(jì)原理見(jiàn)參考文獻(xiàn)。開(kāi)發(fā)板通電之后，主程序程序開(kāi)始執(zhí)行，Mplayer媒體播放器讀取存儲(chǔ)在開(kāi)發(fā)板上的視頻文件進(jìn)行循環(huán)播放，同時(shí)將監(jiān)聽(tīng)自己的本地套接字。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)通信模塊將控制終端傳來(lái)的控制命令寫到Mplayer播放程序的本地套接字之后，Mplayer將根據(jù)控制命令執(zhí)行相應(yīng)的響應(yīng)，如暫停、播放下一首、重頭開(kāi)始播放等。Qt圖形界面程序開(kāi)始執(zhí)行時(shí)，先讀取本地圖片文件和文本文件，進(jìn)行循環(huán)播放。同時(shí)，Qt圖形界面程序的監(jiān)聽(tīng)命令線程將監(jiān)聽(tīng)Qt圖形界面的本地套接字。當(dāng)接到控制命令時(shí)，Qt圖形界面程序?qū)?zhí)行相應(yīng)的操作，如關(guān)閉、打開(kāi)、更新滾動(dòng)字幕等。

    本地套接字與本地TCP Socket Server端進(jìn)行通信，并將相關(guān)控制命令最終上傳，而本地TCP Socket Server命令則是來(lái)源于控制中心TCP Socket Client端對(duì)控制命令的上傳。本地Socket Server套接字的部分控制代碼如下：
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3．3 服務(wù)器控制中心
    服務(wù)器控制中心通過(guò)傳遞管理員用戶的控制命令，來(lái)控制顯示終端圖片、視頻以及文字媒體的更新和播放狀態(tài)的改變。管理者用戶通過(guò)點(diǎn)擊Qt或者M(jìn)player控制頁(yè)面的各種控制按鈕和媒體更新文件操作，觸發(fā)監(jiān)控中心的各種CGI例程，因此監(jiān)控終端的各種控制操作便與相應(yīng)的CGI控制操作例程一一對(duì)應(yīng)。CGI例程通過(guò)TCP Socket網(wǎng)絡(luò)通信向顯示終端服務(wù)器遞交相應(yīng)的控制命令和相關(guān)控制信息，就可以完成對(duì)各種媒體信息的操作控制。Linux系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)套接字編程見(jiàn)參考文獻(xiàn)。
    由圖2可知，顯示終端分為Qt和Mplayer模塊。其中，Qt模塊用來(lái)播放媒體圖片和字幕信息，Mplayer負(fù)責(zé)播放各種視頻文件。對(duì)于媒體視頻和圖片文件信息，控制的方式基本上分為兩種：一種是不帶上傳內(nèi)容的單純媒體運(yùn)行方式的控制操作(如視頻文件的播放暫停、視頻播放調(diào)序等)，只需要點(diǎn)擊相關(guān)的控制按鈕即可完成；另一種是基于文件上傳的媒體更新的操作。例如視頻文件、圖片庫(kù)的更新等操作。因此，將結(jié)合上述不同的控制方式給出廣告機(jī)字幕滾動(dòng)、純命令控制和文件上傳的關(guān)鍵算法設(shè)計(jì)。
    Qt更新顯示終端滾動(dòng)字幕的表單部分如下所示：

    用戶通過(guò)Qt控制頁(yè)面添加更新的文字內(nèi)容，點(diǎn)擊更新字幕按鈕會(huì)觸發(fā)改變字幕的CGI例程。qt_change_list．cgi例程將創(chuàng)建從本地到顯示開(kāi)發(fā)板上的TCP Socket Server端的TCP套接字連接，并將控制命令“更新文字”與文字內(nèi)容一起上傳到TCP Socket Server端服務(wù)器。
    廣告機(jī)控制命令的控制表單部分設(shè)計(jì)如下：

    對(duì)于單純的控制命令，廣告機(jī)終端的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，對(duì)于每一種控制命令均對(duì)應(yīng)有不同的CGI例程和命令宏定義，每個(gè)例程將對(duì)應(yīng)的控制命令通過(guò)Socket上傳就可以實(shí)現(xiàn)。
    上傳文件關(guān)鍵表單部分設(shè)計(jì)：

    文件上傳將根據(jù)Qt圖片和視頻文件的不同調(diào)用相應(yīng)的上傳例程。這里除了要將圖片或者視頻文件上傳到開(kāi)發(fā)板顯示終端外，還要向服務(wù)器監(jiān)控中心的Sqlite3數(shù)據(jù)庫(kù)中添加相應(yīng)的資源信息和狀態(tài)信息，根據(jù)前面數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)不同媒體類別的設(shè)計(jì)屬性域添加相應(yīng)的相關(guān)信息，以便后續(xù)的插入、排序、刪除和更新操作。其中，使用多線程傳輸模型設(shè)計(jì)上傳程序my_scp實(shí)現(xiàn)對(duì)較大視頻和圖片文件的快速傳輸，關(guān)于多線程編程見(jiàn)參考文獻(xiàn)。上傳文件的部分代碼如下所示：

3．4 監(jiān)控終端
    為了提升安全性能，需要設(shè)置用戶密碼功能。管理員通過(guò)用戶名和密碼的匹配輸入后，就可以獲得廣告機(jī)的控制權(quán)限。根據(jù)廣告機(jī)媒體類型的不同，分別設(shè)計(jì)了Qt控制頁(yè)面、Mplayer控制頁(yè)面和文件更新控制頁(yè)面。通過(guò)控制不同的控制頁(yè)面，即可控制廣告機(jī)的不同媒體播放操作。

結(jié)語(yǔ)
    本項(xiàng)目設(shè)計(jì)使用Linux開(kāi)源系統(tǒng)和軟件工具集，構(gòu)建了基于嵌入式多網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、性能優(yōu)越的廣告機(jī)系統(tǒng)，最終獲得了滿意的效果。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不但涵蓋了Linux系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的軟件和硬件技術(shù)，也涵蓋了嵌入式產(chǎn)品設(shè)計(jì)的各種綜合素質(zhì)和多項(xiàng)技能，具有一定的實(shí)用價(jià)值。