一種嵌入式Linux系統(tǒng)的多媒體播放器設(shè)計

石昊蘇，董歡，張曼

（西北政法大學(xué)商學(xué)院，陜西西安710063）

隨著計算機(jī)多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，“嵌入式”已經(jīng)成為計算機(jī)領(lǐng)域諸多研究者密切關(guān)注的學(xué)術(shù)方向，在支持嵌入式硬件平臺的主流操作系統(tǒng)中，Linux因出于自身的優(yōu)越而成為嵌入式開發(fā)的最佳選擇[1-2]。同時越來越多的用戶對多媒體播放器也提出更高的要求，由最初的支持更多類型的音頻、視頻，即實現(xiàn)“能”播放，到對音質(zhì)保真、畫面清晰，再到對播放器本身系統(tǒng)資源占用、加載啟動速度的追求等，使得多媒體播放器的設(shè)計者必需不斷改進(jìn)完善、追求完美。當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)可供下載的多媒體播放器軟件品種繁多、功能齊全，但是普遍性存在捆綁插件、加載速度慢等不足，甚或界面使用不便。因此在嵌入式Linux系統(tǒng)上開發(fā)一款克服上述缺點的多媒體播放器已經(jīng)成為必需，不僅滿足基本視聽需要，而且功能實用、操作方便、加載速度快、占用資源少、移植性強等[3-4]，這應(yīng)該具有很好的應(yīng)用前景及價值。

1 基于Linux下多媒體播放器的整體架構(gòu)

1.1 系統(tǒng)的工作流程

Linux下多媒體播放器的整體工作流程：用戶通過圖形界面控制，添加媒體文件（音頻或視頻）到播放列表，軟件自動關(guān)聯(lián)媒體源（媒體文件）與媒體對象，然后建立媒體對象和音頻匯點（虛擬渲染設(shè)備）/視頻匯點的連接。開始播放后，匯點將音頻和視頻分流處理到系統(tǒng)后端解碼插件，解碼處理后，Phonon的后端對音頻和視頻進(jìn)行同步處理。最終，音頻通過連接在計算機(jī)的默認(rèn)聲卡輸出，視頻畫面渲染到播放器界面對應(yīng)部件上。這樣，就完成了一個媒體文件從加載到完成播放的整個流程[5-8]。

1.2 多媒體播放器文件加載

多媒體播放器中，用戶可以添加一個或多個媒體文件到播放列表。程序?qū)λ斜惶砑拥奈募闅v處理，檢查每個文件的合法性，然后將所有的有效媒體源保存在一個媒體源隊列中，并顯示在播放器列表中。添加成功后，用戶可以選擇對播放列表中的某個媒體文件進(jìn)行播放、暫停、停止、上一個、下一個、音量調(diào)節(jié)、拖動進(jìn)度條播放等基本播放控制[9]。

1.3 多媒體播放器音頻播放功能

音頻文件在開始播放時，媒體解析器自動在媒體文件同級目錄下加載字幕文件，解析后保存到內(nèi)存中[10]。中央屏幕的字幕是固定顯示的，用戶可以選擇是否顯示桌面字幕。多媒體播放器的音頻播放功能模塊如圖2所示。

圖2 音頻播放功能模塊

1.4 多媒體播放器視頻播放功能

針對視頻媒體，可以調(diào)整視頻畫面的寬高比以及視頻畫面的色彩模式（色調(diào)、對比度、亮度等），可以全屏播放，支持屏幕截圖。

視頻播放功能模塊如圖3所示。

圖3 視頻播放功能模塊

2 多媒體播放器的詳細(xì)設(shè)計

2.1 解碼庫模塊

Phonon多媒體框架從本地讀入媒體源，傳輸至后端插件解碼，最后輸出到聲卡和負(fù)責(zé)渲染視頻畫面的部件。從邏輯上來說，它可以分為4部分：在Phonon庫支持下編寫的應(yīng)用程序、Phonon庫（由邏輯路徑相連接的媒體對象和匯點）、Phonon的后端插件、系統(tǒng)的后端插件[11-12]。

Phonon的API被前臺程序所調(diào)用，它不需要知道自己輸入的媒體流由哪套程序去解碼，最后在哪個設(shè)備上去播放。它只需要將對媒體流的指定操作發(fā)送給后端，最后由后端實現(xiàn)并回饋給Phonon，從而實現(xiàn)目的。因此，實現(xiàn)多媒體播放，Phonon后端和系統(tǒng)的解碼后端二者缺一不可。Phonon后端的準(zhǔn)備：編譯QT庫中的的phonon庫文件生成后端鏈接庫文件，復(fù)制到開發(fā)路徑調(diào)用。系統(tǒng)后端的準(zhǔn)備：Linux下安裝phonon-backend-gstreamer，采用GStreamer作為系統(tǒng)后端。

2.2 播放器界面設(shè)計

多媒體播放器的主界面包括窗口圖標(biāo)、菜單欄、PushButton按鈕、Widget部件 QListWidget列表、進(jìn)度條等。使用水平布局管理器和垂直布局管理器，以便在編寫代碼時對界面上每個部件進(jìn)行固定的布局管理，自動控制部件的大小變化。在顯示/隱藏播放列表、全屏播放等操作中，對每個部件的大小位置進(jìn)行整體調(diào)整，以適應(yīng)界面的美觀性和體驗感[13]。

在多媒體播放器的主界面類MPlayer中，實例化了一個ui類的堆對象，主界面所有部件的圖標(biāo)、大小、信號關(guān)聯(lián)、styleSheet等屬性都在代碼中通過這個指針去訪問對應(yīng)部件進(jìn)行控制。

播放進(jìn)度條部件通過Phonon::SeekSlider::setMediaObject（）函數(shù)初始化，關(guān)聯(lián)到專門用于播放的Phonon::MediaObject媒體對象中，使得可以通過該滑塊來對媒體對象進(jìn)行控制。媒體對象在播放過程中，也會通過向滑塊發(fā)射信號達(dá)到同步顯示的效果。在每個媒體源播放即將結(jié)束時，Phonon會自動發(fā)射結(jié)束信號，滑塊通過Phonon::MediaObject::seek（）函數(shù)，將顯示值設(shè)置為當(dāng)前媒體的總時間。

聲音控制滑塊通過Phonon::VolumeSlider::setAutioOutput（）函數(shù)與音頻輸出節(jié)點Phonon::AudioOutput相關(guān)聯(lián)，通過移動滑塊對音頻輸入對象進(jìn)行控制，從而實現(xiàn)了音量高低的調(diào)整。滑塊值每次發(fā)生變化時，會發(fā)射volumeChanged信號，信號參數(shù)中攜帶了變化后的值。通過關(guān)聯(lián)這個信號，在對應(yīng)的槽中設(shè)置每次音量變化時，實時在播放界面用QLabel部件顯示出當(dāng)前音量的百分比值。

2.3 媒體流圖的實現(xiàn)

多媒體播放器實現(xiàn)播放媒體文件，需要創(chuàng)建Phonon媒體流圖來實現(xiàn)。本地媒體文件的源數(shù)據(jù)是一個媒體源，Phonon中有一個MediaObjects類用來實現(xiàn)媒體對象。媒體源要實現(xiàn)播放，需要和專門負(fù)責(zé)播放任務(wù)的媒體對象綁定在一起。匯點相當(dāng)于Phonon中的一個虛擬節(jié)點，它的功能是從媒體對象獲取媒體流數(shù)據(jù)，通過后端解碼、同步處理后，輸送到聲卡或者視頻渲染部件中。創(chuàng)建一個媒體流圖，就是分別創(chuàng)建媒體對象和匯點（音頻匯點和視頻匯點）的實例，通過Phonon::createPath（）函數(shù)創(chuàng)建一條虛擬的路徑，將二者連接起來[3，12]。

圖4 視頻媒體流圖

音頻媒體流相對來說比較簡單，只需要建立媒體對象和音頻匯點之間的一條路徑。后端對媒體流解析后由音頻節(jié)點直接輸送到系統(tǒng)的默認(rèn)音頻設(shè)備，即聲卡中實現(xiàn)聲音播放。而視頻媒體流需要建立兩條虛擬路徑，如圖4所示，分別是媒體對象和音頻匯點的連接和媒體對象和視頻匯點的連接。前者與音頻媒體流圖的處理原理完全一致，后者通過解碼、處理后的視頻畫面通過Phonon::VideoWidget類的部件對象在主界面上進(jìn)行渲染。因為VideoWidget類是繼承自QT的Widget部件類，它可以像普通的Widget部件一樣，設(shè)置大小、背景等屬性。

2.4 播放列表的實現(xiàn)

播放器的播放列表主要實現(xiàn)文件添加、從播放列表刪除、清空播放列表、從播放列表控制播放、循環(huán)模式等功能。

為了降低系統(tǒng)模塊之間的耦合性，播放列表采用單獨的類（PlayerList）進(jìn)行設(shè)計，該類繼承自QListWidget部件類。QListWidget中的數(shù)據(jù)采用列表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)保存條目的索引和數(shù)據(jù)（字符串）。為了方便顯示，在播放列表類中，設(shè)置了條目的內(nèi)容或數(shù)量超出控件的默認(rèn)長度時，自動使用水平和垂直滾動條。播放列表中的所有功能通過關(guān)聯(lián)部件的customContextMenuRequested（const QPoint&）信號，創(chuàng)建上下文菜單實現(xiàn)[14-15]。

添加文件：將文件打開對話框中選擇的媒體源路徑保存在字符串列表中。對這個字符串列表進(jìn)行解析，為每個媒體文件創(chuàng)建媒體源，保存到媒體源列表中。解析每個媒體源的合法性，使用媒體對象的metaData（）、totalTime（）函數(shù)獲取媒體源的文件名和總時長，作為播放列表的條目值。只有將前一個媒體源加入播放列表后，才開始后一個媒體文件的解析。通過這樣的加載方式，媒體源列表和播放列表相互對應(yīng)，方便后續(xù)播放處理。

從播放列表刪除：要刪除的媒體是在播放列表中被選中的條目，currentRow（）函數(shù)可以獲取正在選中條目的索引值，它和對應(yīng)媒體源在媒體源列表中的索引值完全一致。文件加入播放列表后，刪除前不會對兩個列表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行任何操作。通過QListWidget::takeItem（）和 QList::removeAt（）函數(shù)分別將對應(yīng)媒體從播放列表和媒體源列表中刪除。QT中的列表結(jié)構(gòu)會在刪除某節(jié)點后，動態(tài)地調(diào)整后續(xù)節(jié)點。刪除成功后，如果播放列表沒有被清空，優(yōu)先設(shè)置后一個媒體源為當(dāng)期媒體源。

清空播放列表：由于播放列表和媒體源列表之間的同步管理關(guān)系，在清空播放列表時，需要使用兩個對象的clear（）函數(shù)同時清空兩個列表。停止當(dāng)前正在播放/暫停的媒體，斷開媒體對象和所有媒體源的連接。

循環(huán)模式：利用全局的枚舉對象，保存順序播放、列表循環(huán)、隨機(jī)播放、單個播放、單個循環(huán)模式狀態(tài)。設(shè)計一個播放模式控制函數(shù)playerMode（），判斷當(dāng)前設(shè)置的模式（默認(rèn)為順序播放）。在與媒體對象結(jié)束信號相關(guān)聯(lián)的槽函數(shù)中，設(shè)置當(dāng)前模式下的下一個媒體源為當(dāng)前媒體源，開始播放。

2.5 媒體字幕的實現(xiàn)

多媒體播放器的字幕顯示，是針對于播放MP3類的音樂文件時，匹配本地下載好的歌詞文件，進(jìn)行解析處理。在播放過程中，根據(jù)播放時間動態(tài)地顯示出對應(yīng)字幕內(nèi)容。多媒體播放器的字幕實現(xiàn)主要分為3個模塊：字幕文件解析、桌面字幕顯示、播放器界面中央字幕顯示。

字幕文件解析。目前常用歌曲字幕文件是LRC格式的文本文件，字幕文件內(nèi)容主要分為兩種類型。一種是文件主要標(biāo)識，包括歌曲名、歌手名等信息。另一種是歌曲的歌詞，是時間（分:秒:毫秒）和歌詞的數(shù)據(jù)對。按照這樣的規(guī)律，對LRC格式的字幕文件的解析，只需要用一個合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來保存（時間，字幕內(nèi)容）數(shù)據(jù)對，而且時間不可重復(fù)[16]。

設(shè)計字幕解析函數(shù)myResolve（const QString&），在每次音頻媒體文件開始播放時，獲取播放媒體文件路徑，調(diào)用解析函數(shù)。因為字幕文件和媒體文件的文件名相同，所以首先將文件路徑的后綴修改為lrc后，開始尋找指定字幕文件。找到字幕文件后，使用QFile和QStringlist對象讀出文件所有內(nèi)容過后，按行進(jìn)行解析。

使用設(shè)置更新播放時間的槽函數(shù)中來完成對QMap對象中字幕鍵值對的匹配，可以根據(jù)播放時間動態(tài)顯示對應(yīng)字幕的效果，實現(xiàn)字幕的單行顯示。

播放器界面中央字幕顯示。中央字幕顯示在播放器顯示視頻畫面的部件位置上層，在這個部件上層覆蓋一個QListWidget部件，控制該部件條目數(shù)量為十個。在解析字幕完成時，一次性從QMap對象中讀取十條數(shù)據(jù)，并使用全局迭代器記錄讀取位置。之后，在更新播放時間顯示槽中，每次有字幕更新時，動態(tài)地將需要更新的一行字幕加入到中央字幕部件尾部，同時刪除掉首行字幕，保證了屏幕中字幕的顯示為固定十行。為了顯示出字幕的動態(tài)效果，將播放時間對應(yīng)的字幕條目設(shè)置為綠色（其余字幕為白色）。

圖5 播放主界面中央字幕顯示

圖6 視頻畫面色彩調(diào)節(jié)后效果圖

3 結(jié)束語

經(jīng)實驗測試（如圖5、6所示），該播放器可播放當(dāng)前絕大多數(shù)的主流多媒體文件類型，基本功能均已實現(xiàn)達(dá)到預(yù)期的目的。該設(shè)計具有存儲空間小，速度快，功能簡單，移植性良好等特點，可以供媒體播放器開發(fā)設(shè)計者的參考。不足之處暫時沒有添加WiFi功能模塊，這將在進(jìn)一步解碼器優(yōu)化、支持高清視頻H.264的播放時一并改進(jìn)。

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