基于網(wǎng)絡(luò)的音視頻信息發(fā)布系統(tǒng)

沈煌輝

（中國電子科技集團(tuán)公司第三研究所，北京 100015）

基于網(wǎng)絡(luò)的音視頻信息發(fā)布系統(tǒng)

沈煌輝

（中國電子科技集團(tuán)公司第三研究所，北京 100015）

為滿足音視頻信息發(fā)布的需求，提出了基于網(wǎng)絡(luò)的音視頻信息發(fā)布系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用二級網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了多節(jié)點(diǎn)獨(dú)立音視頻播放、公共音視頻發(fā)布等功能。在系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對子系統(tǒng)硬件平臺、軟件架構(gòu)、音視頻發(fā)布策略等進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。最后針對具體應(yīng)用，提出一種音視頻信息發(fā)布系統(tǒng)的部署方案。

音視頻；嵌入式系統(tǒng)；信息發(fā)布

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和音頻視頻編解碼技術(shù)的發(fā)展，音頻視頻在網(wǎng)絡(luò)上實(shí)時(shí)傳輸成為可能[1-2]。嵌入式處理技術(shù)特別是SoC技術(shù)也有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，目前嵌入式多媒體處理器大多集成硬件音視頻編解碼器，可以滿足高質(zhì)量的音視頻編解碼的需要[3]。由于音頻視頻蘊(yùn)含的信息量非常豐富，更加直觀，因此信息發(fā)布系統(tǒng)越來越青睞于音頻視頻內(nèi)容的直接發(fā)布[4-5]。

本文結(jié)合音視頻信息發(fā)布系統(tǒng)的需求，提出一種基于網(wǎng)絡(luò)的音視頻信息發(fā)布系統(tǒng)，是完全基于網(wǎng)絡(luò)的多媒體和流媒體應(yīng)用系統(tǒng)的專業(yè)級系統(tǒng)平臺。該系統(tǒng)能夠在同一平臺上編輯、處理和發(fā)布視頻、圖片、音頻等多種媒體格式文件和播放，可以做到對不同終端的分別控制，同時(shí)可以在多種顯示終端（如液晶、等離子電視機(jī)、視頻監(jiān)視器、拼接墻等）播放視頻，還支持特定用戶選擇查詢和播放特定的音頻視頻信息內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)交互式按需發(fā)布。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)是一個(gè)通過以太網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的局域網(wǎng)，系統(tǒng)中所有的設(shè)備均通過此網(wǎng)絡(luò)直接或間接發(fā)送和接收信息。音視頻信息發(fā)布系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1所示。

音視頻信息發(fā)布系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)從結(jié)構(gòu)上分為兩個(gè)子網(wǎng)：公共音視頻發(fā)布子網(wǎng)和獨(dú)立音視頻發(fā)布子網(wǎng)。不同功能區(qū)域可以部署相對應(yīng)的子網(wǎng)。

圖1 音視頻信息發(fā)布系統(tǒng)的構(gòu)成

公共音視頻發(fā)布子網(wǎng)的主控者是音視頻信息發(fā)布管理平臺，通過局域網(wǎng)向各個(gè)子服務(wù)器（子服務(wù)器A、主控機(jī)）發(fā)送音視頻信息進(jìn)行播放。

獨(dú)立音視頻發(fā)布子網(wǎng)的主控者是主控機(jī)，負(fù)責(zé)全部訂制信息的音視頻信息分發(fā)和用戶查詢服務(wù)的管理，此外還是網(wǎng)絡(luò)瀏覽的服務(wù)器。

2 子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 音視頻信息發(fā)布管理平臺

采用工業(yè)嵌入式平板PC，提供極其豐富的接口，如網(wǎng)口、USB、串口、并口等，滿足應(yīng)用需求。安裝嵌入式Linux系統(tǒng)，開發(fā)音視頻信息發(fā)布管理軟件。通過網(wǎng)絡(luò)接口連接到公共影視子網(wǎng)。

1）維護(hù)管理：節(jié)目源進(jìn)行上傳，停止上傳，更新發(fā)布列表等。

2）多媒體監(jiān)視：對發(fā)布的多媒體內(nèi)容進(jìn)行監(jiān)視，有畫面預(yù)覽功能。

3）多媒體同步：對網(wǎng)絡(luò)上各節(jié)點(diǎn)的子服務(wù)器發(fā)布多媒體進(jìn)行同步。

4）多媒體播控：如上一節(jié)目、下一節(jié)目、播放/暫停、停止、快進(jìn)，快退，音量調(diào)節(jié)等。

5）多媒體發(fā)布模式：順序發(fā)布、定時(shí)發(fā)布和應(yīng)急插入發(fā)布。

6）用戶權(quán)限管理。

2.2 子服務(wù)器設(shè)計(jì)

子服務(wù)器用于公共音視頻發(fā)布控制，也是通過網(wǎng)絡(luò)接口連接到公共音視頻發(fā)布子網(wǎng)。用戶只能收看和收聽音視頻信息，無法對其進(jìn)行控制。因此子服務(wù)器提供的接口有電源接口、網(wǎng)絡(luò)接口、USB、燈控、前面板控制接口、視頻伴音輸出接口和視頻輸出接口（見圖2）。USB用于音視頻發(fā)布資源的下載和上傳，而前面板控制接口提供給管理員用于手動控制信息播放，如調(diào)整音量。視頻伴音輸出接口直接連接到揚(yáng)聲器，視頻輸出接口則連接到顯示器。

圖2 子服務(wù)器的硬件平臺

硬件平臺采用ARM+FPGA架構(gòu)，F(xiàn)PGA主要負(fù)責(zé)時(shí)鐘，通路控制，按鍵等處理；ARM處理器是核心處理單元，負(fù)責(zé)音視頻編解碼，存儲設(shè)備管理，網(wǎng)絡(luò)通信及其他各種外圍設(shè)備接口等。嵌入式ARM核心處理板采用韓國Telechips公司的ARM SOC（系統(tǒng)級）芯片TCC8900，其主要特色是系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng)，執(zhí)行速度快，功能多，音質(zhì)優(yōu)秀，支持格式豐富，采用65 nm工藝制造，視頻解碼最高支持1 980×1 080分辨率、視頻編碼最高支持1 280×720分辨率，支持JPEG/MPEG1/MPEG2/ MPEG4-SP/ASP/H.264/VC-1/RV等編碼格式，同時(shí)也支持MP3/AAC/MPEG4-AAC/MPEG4-BSAC等音頻編碼格式。同時(shí)具有RTC、Nand Flash（支持SLC/ MLC）、DDR2 SDRAM、SDIOWiFi、USB Host/OTG、音頻codec、TF卡接口、SATA硬盤接口、LCD接口等豐富外設(shè)接口。

子服務(wù)器A、主控機(jī)、點(diǎn)播終端都采用同樣的硬件平臺，只不過在硬件接口上有所區(qū)別，方便系統(tǒng)移植和更新，使得設(shè)計(jì)開發(fā)相對容易些。

2.3 軟件架構(gòu)

嵌入式軟件開發(fā)主要包含3部分（見圖3）：操作系統(tǒng)移植（Boot Loader、內(nèi)核和文件系統(tǒng)的移植）、底層驅(qū)動程序開發(fā)和用戶應(yīng)用程序開發(fā)。

圖3 軟件總體架構(gòu)

系統(tǒng)中采用的操作系統(tǒng)是Linux-2.6.28，編譯環(huán)境：arm-linux-gcc4.3.2。根據(jù)具體要求，首先必須先搭建好ARM-Linux交叉開發(fā)環(huán)境，然后進(jìn)行內(nèi)核的配置，增減系統(tǒng)中所要用到的功能模塊進(jìn)行編譯，接著編譯Boot Loader和制作文件系統(tǒng)，最后將編譯好的Boot Loader、內(nèi)核和文件系統(tǒng)鏡像燒錄到Flash中[6]。

設(shè)備驅(qū)動程序提供應(yīng)用訪問物理設(shè)備的接口，在此系統(tǒng)中設(shè)備驅(qū)動主要提供的功能有：音頻芯片、網(wǎng)絡(luò)接口芯片、LCD顯示和觸摸屏設(shè)備接口、必要的輸入輸出管理（通用輸入輸出口的控制，鍵盤檢測）等。

應(yīng)用程序開發(fā)包含中間件組件和用戶界面應(yīng)用程序開發(fā)。中間件組件主要有流媒體管理、媒體傳輸、通信控制、用戶界面控制等模塊。用戶界面應(yīng)用程序主要是播放器的管理界面。

流媒體管理模塊用于管理各種多媒體流，包括播放狀態(tài)管理、文件輸入輸出管理、解碼庫管理、編碼庫管理、效果管理、采樣率轉(zhuǎn)換、混音管理等。

媒體傳輸模塊的主要功能是從網(wǎng)絡(luò)中接收媒體數(shù)據(jù)存儲至數(shù)據(jù)緩存區(qū)，配合通信控制模塊與其他終端進(jìn)行數(shù)據(jù)共享以及提供順序數(shù)據(jù)給播放器，可分為緩沖區(qū)、傳輸調(diào)度和網(wǎng)絡(luò)傳輸子模塊。緩存區(qū)負(fù)責(zé)保存從網(wǎng)絡(luò)接收的數(shù)據(jù)，傳輸調(diào)度包括對等節(jié)點(diǎn)（其他終端）之間以及與主控服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸及調(diào)度，包括數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，接收的媒體數(shù)據(jù)存儲到緩存區(qū)。網(wǎng)絡(luò)傳輸子模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)連接的建立、釋放以及數(shù)據(jù)的收發(fā)，主要與網(wǎng)絡(luò)編程相關(guān)。

通信控制模塊主要功能是與網(wǎng)絡(luò)中其他實(shí)體（主控、對等節(jié)點(diǎn)如其他終端）進(jìn)行信息交互，更新資源信息，維護(hù)節(jié)點(diǎn)列表，負(fù)責(zé)解析發(fā)布列表文件，與主控服務(wù)器交互，廣播監(jiān)聽以更新節(jié)點(diǎn)列表，并選擇節(jié)點(diǎn)開放數(shù)據(jù)傳輸。

用戶界面控制的主要功能是為應(yīng)用提供一套GUI管理機(jī)制，一套圖形化的基本控件集。本項(xiàng)目采用Qt/ Embedded開發(fā)用戶界面。

用戶界面的應(yīng)用程序主要是播放器的管理界面，實(shí)現(xiàn)音視頻文件的播控和監(jiān)視，負(fù)責(zé)響應(yīng)用戶的操作，提供友好的人機(jī)界面。

2.4 音視頻發(fā)布策略

首先，信息發(fā)布終端開機(jī)時(shí)自動加載最近更新的信息發(fā)布列表，該信息發(fā)布列表對應(yīng)此時(shí)存儲在終端外接的CF卡中的媒體內(nèi)容。

接著，主控向各個(gè)終端廣播下發(fā)信息發(fā)布列表，信息發(fā)布終端通過網(wǎng)絡(luò)接收主控下發(fā)的信息發(fā)布列表，在通信控制模塊與現(xiàn)有的信息發(fā)布列表進(jìn)行比較，如果新的信息發(fā)布列表與現(xiàn)有的信息發(fā)布列表相同，則向主控反饋發(fā)布列表相同的信息，同時(shí)按照信息發(fā)布列表的順序，通過流媒體管理和媒體傳輸控制模塊讀取CF卡內(nèi)的媒體內(nèi)容，在播放器上播放；如果新的信息發(fā)布列表與現(xiàn)有的信息發(fā)布列表不相同時(shí)，則向主控反饋發(fā)布列表差異的信息，主控根據(jù)發(fā)布列表差異的播放時(shí)間節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)備好節(jié)目源，同時(shí)終端按照信息發(fā)布列表的順序播放媒體內(nèi)容。這時(shí)分為兩種情況，如發(fā)布列表差異的內(nèi)容，從主控下載，采取流媒體播放方式播放；發(fā)布列表相同的內(nèi)容直接從CF卡讀取播放。

對于插播的媒體內(nèi)容，主控向播放終端發(fā)送命令，終端解析命令，查詢插播內(nèi)容是否在CF卡中，如在的話，則直接調(diào)取播放；如不在，則從主控下載，流媒體播放。

訂制發(fā)布終端則需要通過分控與主控進(jìn)行通信，過程類似。

3 系統(tǒng)應(yīng)用部署

基于網(wǎng)絡(luò)的音視頻信息發(fā)布系統(tǒng)可用于樓宇、銀行、酒店、政府/企業(yè)、賣場、連鎖機(jī)構(gòu)、交通、營業(yè)廳、戶外傳媒等多種行業(yè)的多媒體信息發(fā)布。以5層大型商場的信息發(fā)布系統(tǒng)應(yīng)用為例，按功能大致可以劃分為以下區(qū)域：室外廣告區(qū)、室內(nèi)公共區(qū)、室內(nèi)休息體驗(yàn)區(qū)等。不同區(qū)域?qū)?yīng)不同的設(shè)備終端，顧客可以享受不同的服務(wù)。每個(gè)區(qū)域都有信息發(fā)布系統(tǒng)控制器，內(nèi)含電源、功放和交換機(jī)，子服務(wù)器或主控機(jī)。音視頻信息發(fā)布系統(tǒng)管理平臺在于主控室。主控機(jī)、子服務(wù)器和系統(tǒng)管理平臺都是通過交換機(jī)進(jìn)行連接。如圖4所示。

圖4 基于網(wǎng)絡(luò)的音視頻信息發(fā)布系統(tǒng)應(yīng)用示例

4 結(jié)束語

基于網(wǎng)絡(luò)的音視頻信息發(fā)布系統(tǒng)采用嵌入式ARM和Linux開源操作系統(tǒng)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，充分利用嵌入式ARM處理器單片集成度高、接口豐富和可移植性強(qiáng)等優(yōu)勢，發(fā)揮Linux開源特性，深入源碼研究，內(nèi)核容易客制化，可擴(kuò)展性強(qiáng)。主要的子系統(tǒng)（子服務(wù)器、子服務(wù)器A、主控機(jī)和點(diǎn)播終端）采用統(tǒng)一的硬件平臺進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，易于系統(tǒng)升級擴(kuò)展。

[1] 司徒漲勇，孟利民，黃成君.網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)中多媒體同步控制的研究與實(shí)現(xiàn)[J].電聲技術(shù)，2013，37（1）：85-88.

[2]張永剛.網(wǎng)絡(luò)型多媒體信息發(fā)布系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案[J].電腦知識與技術(shù)，2011，7（8）：1783-1785.

[3]張忠亮，傅志中，張翰進(jìn)，等.嵌入式網(wǎng)絡(luò)信息發(fā)布系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2011（8）：29-32.

[4] 謝海嘯，王強(qiáng)，邱建.智能中控技術(shù)在視頻信息發(fā)布系統(tǒng)中的新應(yīng)用[J].電視技術(shù)，2009，33（8）：106-108.

[5] 張慧鵬，盧晴，周叢竹.信息發(fā)布系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用[J].電視技術(shù)，2011，35（18）：51-54.

[6]孟祥濤，鄢萍，吳文娟.基于嵌入式linux的多媒體信息發(fā)布系統(tǒng)終端設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)電一體化，2008（11）：66-69.

AV Information Release System Based on Network

SHEN Huanghui
（The Third Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation，Beijing 100015，China）

The AV（audio video）information release system based on network is presented for the demand of information release.The two-level network architecture is used to implement AV information release system.Based on the system architecture design，the system hardware platform，software architecture，and audio video publishing strategies are illustrated in detail.Finally，according to specific application，a scheme of AV information release system is taken as an example.

audio video；embedded system；information release

TN919

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2014-08-21

【本文獻(xiàn)信息】沈煌輝.基于網(wǎng)絡(luò)的音視頻信息發(fā)布系統(tǒng)[J].電視技術(shù)，2014，38（18）.