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隨著(zhù)車(chē)載導航系統的飛速發(fā)展，具有視頻播放能力的車(chē)載終端逐漸成為新的熱點(diǎn)。本文根據這一需求設計了一種嵌入式流媒體播放器，方案基于Intel PXA270 的硬件平臺及嵌入式Linux 的軟件平臺，采用無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)方式，可支持ASF、RM 格式的流文件解壓，能夠播放常見(jiàn)的MP1、MP2、MP3、WAV 音頻和先進(jìn)的MPEG- 4 視頻，并可通過(guò)軟件升級加入對其它格式的支持。 播放器概述 近兩年來(lái)，車(chē)載導航系統在國內悄然興起，據專(zhuān)家預測，中國車(chē)載市場(chǎng)在啟動(dòng)初期需求約為55 萬(wàn)臺，折合人民幣約27.6 億。而從長(cháng)遠來(lái)看，規模將達到千億元人民幣。但是，當前車(chē)載終端的視頻播放能力大多比較薄弱，能夠支持MPEG-4等新式編碼格式的只有少數廠(chǎng)家。而且由于嵌入式系統獨有的特點(diǎn)，車(chē)載產(chǎn)品存儲空間一般都很小，只有流式文件邊下載邊播放的特性才能滿(mǎn)足車(chē)載終端上音、視頻的播放要求，實(shí)時(shí)的為車(chē)主播放刷新的信息。本產(chǎn)品是基于I P 網(wǎng)絡(luò )的嵌入式流媒體播放器，不但可以支持MPEG- 4 和主流的流媒體格式，而且可以通過(guò)軟件升級支持未來(lái)的媒體格式。 播放器的底層開(kāi)發(fā)環(huán)境 播放器的硬件環(huán)境包括：Intel PXA270開(kāi)發(fā)平臺Sophia (簡(jiǎn)稱(chēng)sophia 板) 和支持802.11a、USB接口的10Mb/s無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡。sophia 板以Intel 公司的嵌入式處理器PXA270 為核心，伴以2700G 多媒體加速芯片實(shí)現視頻加速與3D加速，系統的硬件模塊如圖1所示：網(wǎng)絡(luò )控制模塊將從網(wǎng)卡讀出的數據送入PXA270 和Intel 2700G模塊處理，解壓后的數據在LCD或RGB顯示器上播放。 播放器的模塊劃分 sophia板使用的嵌入式Linux內核是由基于linux-2.4.20內核的MontaVista linux編譯而成，文件系統是針對Flash 無(wú)緩沖機制的jffs2 文件系統。同時(shí)，sophia 板的開(kāi)發(fā)商還提供了BSP、中間件等大量的軟、硬件資源，其中通信接口中的網(wǎng)絡(luò )控制模塊、解碼模塊和播放器模塊是系統開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵。整個(gè)系統的模塊劃分如圖2 所示：Bootloader 在硬件物理層之上進(jìn)行最底層的引導，它屬于板級支持包BSP 的一部分。BSP負責直接和底層的硬件設備建立聯(lián)系，同時(shí)，它也可以包含某些驅動(dòng)。不過(guò)，在sophia 的軟件系統模塊中，網(wǎng)卡的驅動(dòng)是作為嵌入式系統內核的模塊之一動(dòng)態(tài)加載的。嵌入式中間件位于操作系統和應用程序的中間環(huán)節，提供了到程序模塊、組件庫的聯(lián)接，系統的解碼模塊和播放器模塊都是在它之上開(kāi)發(fā)的。 模塊的實(shí)現 系統實(shí)現可以被分為以下幾個(gè)步驟： 1) 嵌入式Linux 內核的移植和編譯、文件系統的安裝； 2) 視頻圖像解壓縮模塊的實(shí)現； 3) 播放模塊的實(shí)現； 嵌入式Linux 內核的移植和文件系統、圖形界面系統的安裝 工作在sophia 板上的嵌入式Linux 內核對boot-loader、內核、文件系統的加載步驟和交叉編譯環(huán)境的建立方法與其它嵌入式平臺的開(kāi)發(fā)步驟相似具有一定的通用性，具體的建立方法可以參考文獻。但是有兩點(diǎn)要注意： 1) 在使用make menuconfig定制內核時(shí)要讓內核支持無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡，具體步驟是在USB Support 配置菜單中選擇USB network devices，再于子菜單中選擇wireless，使得在內核中加入對USB 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡的驅動(dòng)支持。 2) 在圖形界面系統的編譯與安裝中注意建立工程后，要將選項中的gettext 選項勾掉，否則程序無(wú)法順利編譯。 視頻圖像解壓模塊的實(shí)現 由網(wǎng)絡(luò )控制模塊獲取的數據在系統中是以流數據的形式存在的，因此，首先要對流式文件進(jìn)行解壓。同時(shí)，為了提高傳輸效率從而提高視頻圖像質(zhì)量，網(wǎng)絡(luò )上傳輸的原始視頻圖像都進(jìn)行了壓縮編碼，所以，還需要根據編碼格式進(jìn)行相應解碼。本系統不但支持常見(jiàn)的MP1、MP2、MP3 和WAV 音頻文件格式，還可以對先進(jìn)的MPEG- 4視頻圖像壓縮編碼文件解壓縮。 流式文件的解壓縮 按照播放器所接入的車(chē)載導航網(wǎng)絡(luò )的要求，本方案要為當前主流的流文件格式：ASF、RM提供解壓能力。 ASF 文件解壓 ASF文件基本的組織單元叫做ASF 對象，每個(gè)對象由三個(gè)域組成：128 位的全球唯一的對象標識符域、64 位整數的對象大小域和可變長(cháng)的對象數據域。ASF 文件的高層邏輯結構也包含三部分：頭對象、數據對象和索引對象。其中頭對象是必需的并且必須放在每一個(gè)ASF 文件的開(kāi)頭部分，它包含了許多全局信息，一定要在數據對象之前被接收方接收并解釋?zhuān)粩祿䦟ο笠彩潜匦璧�，且一般情況下緊跟在頭對象之后，包含了所有待播放的數據；索引對象是可選的。 RM文件解壓 組成RM文件的基本部件是塊，每個(gè)塊包括三個(gè)字段：指明塊標識符的四字符編碼、塊中限定數據大小的32 位數值和數據塊部分。塊標識符用來(lái)唯一的標識每一個(gè)塊。同樣地，RM文件的高層邏輯結構也由三部分組成：文件報頭部分、文件數據部分和文件索引部分。因為RealMedia 文件格式是一種加標志的文件格式，塊的順序沒(méi)有明確規定，但RealMedia 文件報頭必須是文件的第一個(gè)塊。 MPEG- 4 視頻圖像的解壓 在幾種開(kāi)放源代碼的MPEG- 4 解碼軟件中，作者選擇xvidcore 作為系統中視頻圖像解壓模塊的核心算法。xvid 是一個(gè)高效且可移植的編碼軟件，系統采用的是目前最新的版本xvidcore- 1.1.0。xvid 支持SimpleProfile 和Advanced Profile，支持I/P Frames、B -Frames、Interlacing 和GMC，是目前比較流行的MPEG- 4 編碼軟件。對xvidcore- 1.0.1 進(jìn)行交叉編譯有以下主要步驟： 1) 解壓縮xvidcore 源代碼tar- zxvf xvidcore- 1.1.0.tar； 2)設置環(huán)境變量export xvidcore= “the path of xvidcore”； 3)生成makefile ./configure- - host=localhost- - build=arm- linux- gcc； 4) 編譯源代碼make；make install； 將交叉編譯生成的庫文件libxvidcore.so.* 拷貝到交叉編譯器工作目錄的./local/lib 子目錄中，該庫文件為系統的其它模塊提供了編程接口。 解碼格式的可擴展性 播放器支持的文件格式越多，其生命力也就越強大，PXA270 嵌入式處理器加上2700G 多媒體加速芯片的搭配方案為媒體播放提供了強大的硬件支持，通過(guò)軟件升級，理論上可以支持任何媒體格式。本方案的做法是：在播放器中實(shí)現一個(gè)索引表類(lèi)，將來(lái)根據需要新添加的編碼格式作為獨立的類(lèi)注冊到索引表中�；趌inux 的c++解碼類(lèi)源代碼可以由網(wǎng)上開(kāi)放源碼的解碼器網(wǎng)站下載，系統中的MP1，MP2，MP3 和WAV 的解碼就是采用這種方法實(shí)現的。 播放模塊實(shí)現 文件的輸入 在播放器系統中，文件的來(lái)源有兩種：由網(wǎng)卡讀入存儲器后播放或通過(guò)其它數據傳輸途徑寫(xiě)入存儲器，在存儲器中直接播放。sophia 板提供了網(wǎng)卡的驅動(dòng)模塊，可以使用命令modprobe usbcore 和modprobe usbwlnc動(dòng)態(tài)加載，為數據從網(wǎng)卡經(jīng)由操作系統到達播放進(jìn)程提供一個(gè)全雙工的通道。數據的處理由播放器中的stream input 類(lèi)來(lái)實(shí)現。 流媒體協(xié)議 實(shí)現流式傳輸有兩種方法：實(shí)時(shí)流式傳輸和順序流式傳輸，系統使用的是實(shí)時(shí)流式傳輸，需要標準化的流媒體協(xié)議來(lái)保證客戶(hù)機和專(zhuān)用的流媒體服務(wù)器之間進(jìn)行通信。根據流媒體協(xié)議的功能可以分為兩類(lèi)： 基本網(wǎng)絡(luò )協(xié)議 為媒體傳輸提供基本的網(wǎng)絡(luò )服務(wù)支持，由于TCP需要較多的開(kāi)銷(xiāo)，不太適合傳輸實(shí)時(shí)數據。在流式傳輸的實(shí)現方案中，采用RTSP/TCP 來(lái)傳輸控制信息，而用RTP/UDP 來(lái)傳輸實(shí)時(shí)聲音、圖像數據。 傳輸協(xié)議 傳輸協(xié)議包括RTP、RTCP、RTSP 和RSVP，RTP和RTCP 控制端到端網(wǎng)絡(luò )數據的傳輸，RTSP 提供話(huà)路控制的功能，RSVP 是可選的，它為播放進(jìn)程在網(wǎng)上預先申請一部分網(wǎng)絡(luò )資源（ 即帶寬），能在一定程度上為流媒體在Internet 上的傳輸提供特殊服務(wù)質(zhì)量QoS。為流媒體設計的協(xié)議棧如圖3 所示：從UDP/TCP層得到的數據包處理后得到打包的RTP 數據流，通過(guò)RTP/RTCP/RTSP 層分離出定時(shí)和同步信息以及包的序列號，將讀出的流文件交給ASF 和RM解碼模塊。 媒體的播放 播放器以自由軟件mplayer 為藍本，處理流程如圖4所示： 1) 如果數據是從網(wǎng)卡獲得的，調用stream input模塊進(jìn)行處理。Stream input 模塊根據流媒體協(xié)議，使用socket 和多媒體服務(wù)器進(jìn)行通信，輸入的流數據放入緩沖池中并根據流文件的格式對它進(jìn)行ASF 或RM解壓縮； 2) 解壓后的文件根據文件的類(lèi)型查找索引表調用不同的解碼類(lèi)將數據轉化為一種統一的中間格式raw，生成相應的file，由播放器main 函數播放。如果文件已保存在存儲器中，可以跳過(guò)第一步，直接執行第二步流程。 小結 本文提出了一種基于Intel PXA270 嵌入式微處理器和嵌入式Linux 的流媒體播放器系統實(shí)現方案，特有的索引表結構使得播放器可以通過(guò)軟件升級增加新的編碼格式，純軟件的實(shí)現方式大大縮減了研發(fā)周期。經(jīng)測試，在帶寬50Kb/s～100Kb/s、緩存256k 的條件下，系統對CIF(352288) 視頻格式、QCIF(176144)視頻格式和音頻格式的文件播放失幀率在5%以下，播放流暢，滿(mǎn)足了目前車(chē)載終端中嵌入式流視頻播放的要求。 |
