TPEG業(yè)務(wù)在嵌入式系統(tǒng)上的移植

【摘要】本文采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)技術(shù)，將數(shù)字廣播（DAB：Digital Audio Broadcasting）技術(shù)中的TPEG業(yè)務(wù)移植到嵌入式系統(tǒng)中并將其應(yīng)用在jpg圖片的接收、顯示功能中。裁剪了最小操作系統(tǒng)，優(yōu)化了jpg圖片的解碼流程，使圖片顯示更流暢，接收的速度更快，信息種類更多，信息量更大，更新顯示時間可以縮短至10秒以內(nèi)。

【關(guān)鍵詞】PEG；嵌入式；移植

1.引言

DAB是在調(diào)幅AM和調(diào)頻FM之后的第三代無線廣播技術(shù)，它可以傳輸音頻節(jié)目，同時還可以傳輸文字信息、圖片信息、計算機程序、網(wǎng)頁等任何形式的數(shù)據(jù)內(nèi)容。TPEG（Transport Protocol Expert Group）傳輸協(xié)議專家組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，能夠傳輸?shù)南⒎浅V泛，如電子地圖、旅游消息、天氣預(yù)報、交通路況、新聞消息和廣告宣傳等豐富多彩的節(jié)目內(nèi)容。

目前，實驗室開發(fā)的TPEG接收終端性能不盡人意，更新一張jpg圖片平均需要40秒鐘的時間，用于對實時性要求不高的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸能發(fā)揮應(yīng)有的功能，但是在更新時間要求比較苛刻，短時間內(nèi)需要接收大量的圖片信息的時候，該款接收終端就顯得力不從心了。

新設(shè)計的這款基于嵌入式arm-Linux構(gòu)架的接收終端，就是為解決短時間內(nèi)接收大量圖片數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)要求而開發(fā)研制的一種便攜式接收終端，它具有操作簡單、反應(yīng)快、便于攜帶、即插即用等特點。采用實驗室成熟的信道解碼技術(shù)，結(jié)合高速的arm11處理器、高效的Linux系統(tǒng)，從而成功的解決了短時間內(nèi)接收大量信息這個瓶頸問題，不僅完美地解決接收數(shù)據(jù)的效率問題，同時也為后面的其他功能（比如音視頻節(jié)目）的研發(fā)提供了良好的平臺。

2.TPEG便攜式接收終端概述

本實驗室設(shè)計的TPEG數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接收終端主要

由射頻接收模塊、arm核心模塊、VGA顯示模塊組成。本文主要研究在TPEG便攜式接收終端中移植arm-Linux操作系統(tǒng)、優(yōu)化TPEG解碼流程，并使用解碼效率更高的jpg硬件解碼，實現(xiàn)短時間內(nèi)更新大量圖片信息的功能，經(jīng)過測試該款TPEG便攜式接收終端，使用TPEG便攜式接收終端更新一張圖片平均需要時間10秒鐘左右，短時間內(nèi)接收大量數(shù)據(jù)的能力大大提高。從而TPEG便攜式接收終端能在大量圖片及時性接收的場合下應(yīng)用和工作。

圖1 TPEG便攜式接收終端框架結(jié)構(gòu)

在圖1所示的終端框架結(jié)構(gòu)中，TPEG便攜式接收終端在核心控制模塊的控制下完成如下工作：

（1）配置射頻接收模塊基帶寄存器、接收頻率、數(shù)據(jù)碼率。

（2）加載SPI數(shù)據(jù)通信驅(qū)動、并配置驅(qū)動的運行模式、讀寫數(shù)據(jù)的碼率和最大傳輸速度和頻率。

（3）打開VGA顯示模塊的設(shè)備/dev/fb0，并初始化該顯示設(shè)備。

（4）核心模塊從射頻模塊中讀取接收到了的TPEG數(shù)據(jù)包并傳送給S3C6410主芯片進行硬解碼得到可以用于顯示的rgb數(shù)據(jù)。

（5）核心模塊控制VGA顯示模塊將解碼得到的rgb數(shù)據(jù)顯示在lcd顯示器、電視機等設(shè)備上。

本文意在將TPEG數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)移植在便攜式嵌入式接收終端上，并加一應(yīng)用，如傳送大批量的圖片信息用于通知布告、天氣預(yù)報、商業(yè)廣告等。

3.Linux嵌入式系統(tǒng)的移植

3.1 嵌入式硬件環(huán)境

嵌入式硬件核心采用的是現(xiàn)在各大公司高校廣泛研發(fā)使用的ARM11嵌入式核心板，該嵌入式核心板的主處理器芯片是由三星公司生產(chǎn)的S3C6410芯片。該CPU基于ARM1176JZF-S核設(shè)計，內(nèi)部集成了強大的多媒體處理單元。

圖2 核心板的截圖

3.2 arm-Linux系統(tǒng)的構(gòu)建

在TPEG便攜式接收終端設(shè)計中，本文采用了Linux操作系統(tǒng)，Linux是一個領(lǐng)先的操作系統(tǒng)，是一種自由和開放源碼的類Unix操作系統(tǒng)，因此它是一種可以無償使用的操作系統(tǒng)。Linux嵌入式系統(tǒng)的移植工作如下：

第一步：做好準(zhǔn)備工作，在臺式機上搭建一個Linux系統(tǒng)環(huán)境，本文采用的是Fedora9的操作系統(tǒng)，該版本的操作系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于嵌入式開發(fā)，功能完善，bug較少。

第二步：建立交叉編譯環(huán)境，在Linux平臺下，要為開發(fā)板編譯內(nèi)核、圖形界面Qtopia、啟動引導(dǎo)boot loader，還有其他一些應(yīng)用程序，均需要交叉編譯工具鏈，本文使用的是arm-linux-gcc4.5.1，采用的是armv6指令集，支持硬浮點運算。

第三步：配置編譯支持NAND啟動的U- boot，根據(jù)不同的硬件環(huán)境需要使用不同的U- boot配置項，本文使用的硬件環(huán)境是256M的內(nèi)存和nand型flash，因此本文在編譯時調(diào)用config_nand-ram256的配置文件。

第四步：裁剪編譯內(nèi)核，前面幾步都是為這一步做的準(zhǔn)備，本文在這里采用的是linux-2.6.38版本的內(nèi)核。執(zhí)行命令#make menuconfig進行文件配置，除基本的核心組建外，根據(jù)自己的需要配置上具有個性化的Linux內(nèi)核，比如本文需要SPI驅(qū)動、串口設(shè)備驅(qū)動等，而不需要的網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等就可以不配置進內(nèi)核中。

第五步：燒寫Linux系統(tǒng)，該款嵌入式核心板不僅支持USB下載功能的U-boot，還支持操作更為人性化的superboot，本文在支持典型FriendlyARM.ini配置文件中配置引導(dǎo)啟動文件Bootloader、個性化內(nèi)核zImage、控制臺參數(shù)ttySAC0，115200和UBIFS文件系統(tǒng)。

4.TPEG在嵌入式系統(tǒng)上的應(yīng)用

TPEG便攜式接收終端射頻部分將接收到的DAB信號在核心基帶芯片中進行信道解碼，解碼后得到的就是TPEG數(shù)據(jù)流。TPEG數(shù)據(jù)流是由一幀一幀的TPEG數(shù)據(jù)組成的，要順利實現(xiàn)TPEG數(shù)據(jù)解碼，應(yīng)先了解TPEG的幀結(jié)構(gòu)。TPEG幀結(jié)構(gòu)分為四層，分別是傳輸層，業(yè)務(wù)層，業(yè)務(wù)分量復(fù)合層和業(yè)務(wù)分量層，每一層都有CRC校驗，以此保證TPEG數(shù)據(jù)的可靠性。

圖3 TPEG數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)

TPEG傳輸層由同步字（Sync Word），字段長度信息（Field Length），CRC，幀類型（Frame Type）和業(yè)務(wù)幀構(gòu)成。

TPEG業(yè)務(wù)層主要存放TPEG業(yè)務(wù)的說明，例如該TPEG業(yè)務(wù)是否加密，該TPEG業(yè)務(wù)的服務(wù)提供商等信息。

TPEG業(yè)務(wù)分量復(fù)合層由不同的TPEG業(yè)務(wù)分量組成，TPEG數(shù)據(jù)幀能一次傳輸一個或多個TPEG應(yīng)用服務(wù)，通常一幀TPEG數(shù)據(jù)存放一個TPEG應(yīng)用服務(wù)。

TPEG業(yè)務(wù)分量層主要傳輸TPEG內(nèi)容，例如文字信息和圖片信息[3]。

TPEG數(shù)據(jù)幀的解碼技術(shù)已經(jīng)成熟，工作重點在圖片硬件解碼流程中，S3C6410芯片具有硬件編解碼的能力，本文使用該芯片實現(xiàn)圖像的加速解碼。通常在嵌入式設(shè)備中解碼一幅高分辨率的照片需要較長的時間，而采用S3C610的圖像硬解碼，大大縮短解碼所需時間，從而可以流暢地進行圖片顯示。

圖4 硬解碼流程

在圖4中程序進行：

步驟1：首先調(diào)用SspSipJPEGDecodeInit進行初始化，會返回一個句柄（整型）。

步驟2：調(diào)用SspSipJPEGGetDecodeInBuf獲得輸入緩沖區(qū)的地址，該地址用于存放將要進行解碼的JPEG數(shù)據(jù)，可直接讀取JPEG圖像文件的數(shù)據(jù)，然后memcpy進這個緩沖區(qū)中即可。SspSipJPEGGetDecodeInBuf需要傳入一個參數(shù)，指定要分配多少空間，一般指定為JPEG文件的大小。

步驟3：解碼之前，可調(diào)用SspSipJPEG SetConfig進行一些設(shè)置。

步驟4：然后調(diào)用SspSipJPEGDecodeExe進行解碼。

步驟5：解碼成功后，調(diào)用SspSipJPEGGet DecodeOutBuf得到輸出緩沖區(qū)的地址，緩沖區(qū)中存放著可直接用于顯示的圖像數(shù)據(jù)，其格式是在編碼時確定的，比較常見的是YCbCr 4：2：2，因此，要顯示在屏幕上，還需要轉(zhuǎn)換成RGB565的格式。

步驟6：最后，調(diào)用SspSipJPEGEncode DeInit釋放資源。

5.測試與總結(jié)

本文設(shè)計的TPEG便攜式接收終端，經(jīng)過多次長時間的測試表明，該設(shè)計能實現(xiàn)在短時間內(nèi)接收大量的圖片信息并流暢地顯示在LCD液晶顯示器或電視機上。

該便攜式接收終端也可用來接收并播放交通信息、旅游信息和商場廣告等，實時傳輸性較強、接收信息量大，具有一定的社會意義和應(yīng)用價值。

參考文獻

[1]Transport Protocol Experts Group（TPEG）TPEG specifications-Part 1：Introduction，Numbering and Versions TPEG-INV/002[S].EBU/TPEG BPN027-1.2002-Oct-29.

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[4]王國裕，韓川，賀小盼.數(shù)字音頻廣播TPEG-POI業(yè)務(wù)的研究和實現(xiàn)[J].廣東通信技術(shù)，2012，1.

[5]陸明瑩，全明，王國裕，杜一江.“數(shù)字音頻廣播Slide Show業(yè)務(wù)的研究與實現(xiàn)[J].電子質(zhì)量，2012，3（300）.