嵌入式網(wǎng)絡(luò)音視頻解碼平臺(tái)播放系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)

楊銳 劉宏杰 周永錄

摘 要：本文主要是基于Sigma嵌入式網(wǎng)絡(luò)流媒體解碼平臺(tái)，設(shè)計(jì)一個(gè)可提供網(wǎng)絡(luò)多媒體信息瀏覽、選擇、解碼、播放和顯示的播放系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】Sigma嵌入式 音視頻解碼 播放系統(tǒng)

建立在嵌入式網(wǎng)絡(luò)音視頻解碼系統(tǒng)硬件平臺(tái)和系統(tǒng)底層固件實(shí)現(xiàn)高音質(zhì)數(shù)字音頻、高清晰數(shù)字視頻、高分辨數(shù)字圖像等本地或網(wǎng)絡(luò)多媒體信息的瀏覽、選擇、解碼、播放和顯示等功能的播放系統(tǒng)在軟件設(shè)計(jì)上主要包括底層軟件設(shè)計(jì)和應(yīng)用層軟件設(shè)計(jì)。

1 軟件系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

有些高清播放機(jī)的應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)主要分為主控模塊，播放器模塊，瀏覽器，系統(tǒng)管理模塊，增值業(yè)務(wù)模塊。本文設(shè)計(jì)的嵌入式網(wǎng)絡(luò)音視頻解碼播放系統(tǒng)按照面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，將系統(tǒng)功能分布到各個(gè)基于類的對(duì)象中，在對(duì)象之間的協(xié)同工作上執(zhí)行程序。應(yīng)用系統(tǒng)劃分為以下模塊：

（1）入口模塊main，作為執(zhí)行軟件的入口函數(shù)，即C++程序通用的main函數(shù)；

（2）響應(yīng)用戶控制模塊GuiControl， C++類，提供用于響應(yīng)用戶命令的各種功能；

（3）界面繪制模塊GuiRender，C++類，實(shí)現(xiàn)界面繪制使用的底層功能；

（4）界面分析模塊GuiParse，C++類，進(jìn)行XML界面配置文件的讀取和分析；

（5）媒體資源播放引擎MSPE，封裝媒體資源解碼播放相關(guān)功能，提供API接口。

本文設(shè)計(jì)的嵌入式網(wǎng)絡(luò)音視頻解碼播放系統(tǒng)軟件總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

以上模塊中，入口模塊、響應(yīng)用戶控制模塊、界面繪制模塊、界面分析模塊是可執(zhí)行文件的一部分。媒體資源播放引擎單獨(dú)封裝為動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，實(shí)現(xiàn)媒體資源播放相關(guān)功能的封裝性和重用性。

模塊結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2 底層軟件設(shè)計(jì)

嵌入式網(wǎng)絡(luò)音視頻解碼系統(tǒng)底層固件是各種應(yīng)用系統(tǒng)的軟件基礎(chǔ)架構(gòu)，主要由SMP8634 XOS、引導(dǎo)程序（Zboot）、ROM監(jiān)控程序（Yamon）、Linux內(nèi)核（Kernel）、硬件驅(qū)動(dòng)程序（Drivers）和文件系統(tǒng)（Filesys）等幾個(gè)部分組成，具有模塊化、可裁減、可升級(jí)、可固化、可移植等特點(diǎn)。底層軟件數(shù)據(jù)流如圖3所示。

2.1 SMP8634/5 XOS

是SMP8634/5處理器的第一階段引導(dǎo)程序，芯片出廠時(shí)已經(jīng)固化在處理器芯片的ROM中，無(wú)須進(jìn)行改動(dòng)，其功能是提供上電復(fù)位后硬件的基本初始化以及FLASH所保存環(huán)境變量XENV狀態(tài)、電源工作狀態(tài)DRAM工作狀態(tài)、ZBOOT存在狀態(tài)的校驗(yàn)檢查，為加載第二階段ZBOOT引導(dǎo)程序做好準(zhǔn)備。

2.2 Zboot

SMP8634/5處理器是采用Zboot作為第二階段的bootloader，固化在硬件平臺(tái)上的FLASH芯片中，完成硬件平臺(tái)系統(tǒng)時(shí)鐘、DMA控制器、UART、中斷、GPIO等相關(guān)硬件的初始化，并加載運(yùn)行YAMON或Linux內(nèi)核的功能。本設(shè)計(jì)中，采用SIGMA公司提供的ZBOOT2.5.0-2.8.0源碼包，通過(guò)SIGMA SMP8634/5專用開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行編譯，得到可執(zhí)行代碼，并燒寫到硬件平臺(tái)上的FLASH芯片中。

2.3 YAMON

YAMON是基于MIPS處理器板的ROM監(jiān)控程序，在ZOOT引導(dǎo)后加載，作為MIPS處理器板的底層監(jiān)控臺(tái)，為MIPS處理器板提供內(nèi)存操作、Linux內(nèi)核加載運(yùn)行、FLASH程序燒寫、XENV環(huán)境變量設(shè)置等SHELL功能。本設(shè)計(jì)中，采用SIGMA公司提供的Yamon2.06源碼包，通過(guò)SIGMA SMP8634/5專用開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行編譯，得到可執(zhí)行代碼，并燒寫到硬件平臺(tái)上的FLASH芯片中。

2.4 Linux Kernel

本設(shè)計(jì)中，Linux Kernel是指運(yùn)行在硬件平臺(tái)之上的嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核，采用固化在硬件平臺(tái)上的FLASH芯片中，完成對(duì)整個(gè)硬件平臺(tái)的控制管理和調(diào)度，并作為應(yīng)用層軟件的運(yùn)行環(huán)境。采用的Linux內(nèi)核版本號(hào)是2.6.15，通過(guò)對(duì)此內(nèi)核的裁剪和配置，使之與硬件平臺(tái)所具有的硬件芯片及接口相匹配。

2.5 Drivers

本設(shè)計(jì)中，Drivers指硬件平臺(tái)上各類硬件部件的linux驅(qū)動(dòng)程序模塊，包括了SMP8634/5主芯片所含各個(gè)硬件模塊的驅(qū)動(dòng)以及外圍接口芯片的驅(qū)動(dòng)，可通過(guò)內(nèi)核的配置和整個(gè)Linux 內(nèi)核集成在一起，也可作為單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)模塊在運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行動(dòng)態(tài)的加載和卸載。

2.6 Filesys

Filesys指支持linux內(nèi)核以及應(yīng)用層軟件運(yùn)行的文件系統(tǒng)，在本設(shè)計(jì)中，可針對(duì)不同需要，采用基于NOR FLASH 的CRAMFS文件系統(tǒng)、或基于硬盤/CF卡的EXT2/EXT3文件系統(tǒng)等多種形式

3 入口模塊設(shè)計(jì)

3.1 模塊概述

本模塊是執(zhí)行文件的入口函數(shù)，初始化用戶控制設(shè)備（遙控器或鍵盤），初始化基于響應(yīng)用戶控制模塊GuiControl類的對(duì)象gui，初始化媒體資源播放引擎MSPE，以便使用其API接口，讀取存儲(chǔ)在系統(tǒng)Flash中 App Params分區(qū)的配置參數(shù)，初始化音視頻環(huán)境設(shè)置。在循環(huán)中接受用戶命令，送交用戶控制模塊處理，檢測(cè)全局變量顯示信息標(biāo)志m_info，調(diào)用GuiControl類接口函數(shù)顯示更新播放信息，收到用戶命令為POWER鍵值，則進(jìn)行系統(tǒng)軟關(guān)機(jī)或軟開(kāi)機(jī)。

3.2 算法和流程

如圖4所示。

4 XML界面配置文件設(shè)計(jì)

界面在屏幕上的完整顯示稱為頁(yè)面（OsdPage），列表、菜單、圖片（Bitmap）、字符串（String）等界面元素是包含在頁(yè)面中的項(xiàng)目，一個(gè)列表（List）可包含多個(gè)列表項(xiàng)（ListItem）；一個(gè)菜單（Menu）可包含多個(gè)菜單項(xiàng)（MenuItem），一個(gè)菜單項(xiàng)又可有多個(gè)子菜單項(xiàng)。各個(gè)界面元素，又可根據(jù)用戶命令產(chǎn)生事件（Event），并規(guī)定事件觸發(fā)的命令（Command）。

因此，按照上述上下級(jí)包含關(guān)系設(shè)計(jì)XML結(jié)構(gòu)，頂級(jí)XML節(jié)點(diǎn)可包含多個(gè)OsdPage節(jié)點(diǎn)，OsdPage節(jié)點(diǎn)可包含多個(gè)List節(jié)點(diǎn)、Menu節(jié)點(diǎn)、Bitmap節(jié)點(diǎn)、String節(jié)點(diǎn)。List節(jié)點(diǎn)可包含多個(gè)ListItem節(jié)點(diǎn)，Menu節(jié)點(diǎn)可包含多個(gè)MenuItem節(jié)點(diǎn)，也可包含Menu節(jié)點(diǎn)作為下級(jí)菜單，Item節(jié)點(diǎn)可包含Event節(jié)點(diǎn)。在OsdPage節(jié)點(diǎn)外，還有一個(gè)ScreenFormat節(jié)點(diǎn)，配置屏幕分辨率；多個(gè)Popup節(jié)點(diǎn)，配置彈出信息提示框；多個(gè)TextTable節(jié)點(diǎn)，配置信息表的顯示，TextTable節(jié)點(diǎn)中又可包含多個(gè)textItem節(jié)點(diǎn)，配置信息表中的一行一格內(nèi)容；多個(gè)Command節(jié)點(diǎn)，配置彈出信息提示框的顯示；多個(gè)Slider節(jié)點(diǎn)，配置滾動(dòng)條的顯示。

XML結(jié)構(gòu)如圖5所示。

參考文獻(xiàn)

[1]編輯部.IPTV與OTT的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)[J].家庭影院技術(shù).2013，01.

[2]2014年1月份通信業(yè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行情況[EB/OL].http：//www.miit.gov.cn. 2014.03.03

[3]2018年全球IPTV用戶數(shù)將達(dá)1億[EB/OL].http：//www.91.com.2013.12.26

[4]金偉.IPTV機(jī)頂盒現(xiàn)狀與趨勢(shì)的研究[J]. 電信科學(xué). 2006，03.

[5]個(gè)人便攜式媒體播放機(jī)（PMP）解決方案現(xiàn)狀及未來(lái)展望[EB/OL]. http：//club.tom.com/ item_154_107_0_1.html.

[6]郯道宗.選購(gòu)高清播放機(jī)務(wù)須了解其技術(shù)本質(zhì)[J].實(shí)用影音技術(shù).2009，12.

[7]易勇平.嵌入式硬盤播放器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，2012.

[8]Sigma Designs Company.SMP8634 datasheet [EB/OL].http：//www.sigmadesigns.com.

[9]劉波，王榮國(guó)，洪雨，趙明慧，劉麗娟.各種視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介[J].北京：有線電視技術(shù).2006，10.

[10]李偉強(qiáng).嵌入式多媒體器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].吉林：東北師范大學(xué)，2010.

[11]MPEG[EB/OL].http：//baike.baidu.com/link？url=9_GT0CgRO-MhcQJXMyJn32289TBBZ1lrw780yHJC-oFC4Hh2HuFBFhE19Kvcq7G_.

[12]MPEG全揭示[EB/OL]. http：//www.people.com.cn/GB/channel5/569/20000721/154432.html， 2000-12-29

[13]劉富強(qiáng).數(shù)字視頻與視頻信息處理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2004.4-106.

[14]林福宗.多媒體技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：清華大學(xué)出版社.2003：269-312

[15]Information technology—Coding of audio-visualobject--part 2：Audio，ISO/IEC.2002.

[16]岑斌，肖鋼，程振波，周濤明，流媒體技術(shù)綜述[J].北京：中國(guó)有線電視，2003

[17]湯寶偉，王勁林，陳曉，李挺屹，一種基于嵌入式的流媒體播放系統(tǒng)的是基于實(shí)現(xiàn)[J]，廣播與電視技術(shù)，2003.

[18]嵌入式操作系統(tǒng)[EB/OL].http：//baike.baidu.com/link？url=MLlaB2OgG0j1NkMqvpuVmPUo1nY5JzYm2qS-fVtBA4Qh0x_c78NsUHdN5QM9wltE

[19]魏晨曦.基于SMP8655的UPnP AV終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].廣東：華南理工大學(xué)，2012.

[20]耿建平，何學(xué)良.基于SMP8653的高清播放機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電視技術(shù)，2012，36（5）.

作者簡(jiǎn)介

楊銳（1974-），女，曾畢業(yè)于云南師范大學(xué)獲得碩士研究生學(xué)歷?，F(xiàn)為云南農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師。研究方向?yàn)檐浖こ獭?/p>

作者單位

1.云南農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 云南省昆明市 650031

2.云南大學(xué)云南省電子計(jì)算中心 云南省昆明市 6500223