基于SMP8654的MKV播放器設(shè)計與實現(xiàn)

摘要：MKV封裝格式是一種新的由開源組織制定的多媒體封裝格式，具有可擴展，支持多種視頻和音頻編碼格式等優(yōu)點，是高清影片采用的主要封裝格式之一。本文基于SMP8654平臺設(shè)計與實現(xiàn)了一個MKV播放器，能夠支持對高清MKV文件的播放，并針對嵌入式系統(tǒng)和高清媒體的特點做了進(jìn)一步優(yōu)化，具有一定的工程意義和市場價值。
關(guān)鍵詞：MKV；多媒體封裝；SMP8654；播放器；嵌入式系統(tǒng)

0 引言
隨著電子技術(shù)和多媒體技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)字視頻的分辨率逐步提高，開始由SD(標(biāo)準(zhǔn)清晰度)向HD(高清晰度)演變。伴隨著大屏幕液晶顯示技術(shù)的發(fā)展，高清影片開始逐步進(jìn)入到廣大消費者的視野。高清播放機由于支持眾多的視頻和音頻編碼格式，能夠流暢播放1080i／p清晰度的高清影片，并且在輸出方面支持模擬、數(shù)字、HDMI等多種方式。此外在價格和片源方面相對于藍(lán)光播放機有很大優(yōu)勢，將逐步替代VCD、DVD等傳統(tǒng)播放器，成為下一代家庭影音娛樂的主流產(chǎn)品。
MKV是一種新的多媒體封裝格式，支持多種視頻和音頻編碼格式，能夠?qū)⒍噙_(dá)16路不同格式的音頻和不同語言的字幕流封裝到一個文件中，在高清影片中得到了廣泛的應(yīng)用，越來越多的視頻和影片采用MKV作為其封裝格式。能否支持MKV封裝格式是高清播放機性能的一個重
要指標(biāo)。本文提出了一種基于SMP8654平臺的MKV播放器設(shè)計與實現(xiàn)方案，并針對嵌入式系統(tǒng)和高清媒體的特點做了進(jìn)一步優(yōu)化，能夠提供對MKV文件的流暢播放。

1 MKV封裝格式
MKV全稱為Matroska Video，是一種新的多媒體封裝格式。多媒體封裝格式也稱多媒體容器(Multimedia Container)，它不同于H264、MPEG-2、MPEG-4這類編碼格式，它只是為多媒體編碼提供了一個“外殼”，本身不涉及編碼。MKV是由開源組織Matroska Development Team制定的一個標(biāo)準(zhǔn)，總共包括三部分：MKV(Matroska Video)、MKA(Matroska Audio)和MKS(Matroska Subtitles)，后兩種格式分別針對音頻和字幕，應(yīng)用較少。MKV的目的是代替AVI等傳統(tǒng)封裝格式。AVI是Microsoft于1992年推出一種封裝格式。其含義是Audio Video Interactive，就是把視頻和音頻編碼混合在一起儲存。微軟在1996年推出了AVI的改進(jìn)版本AVl2．0。AVI格式上限制比較多，只能有一個視頻軌道和一個音頻軌道，還可以有一些附加軌道，如文字等。AVI格式不提供任何控制功能?？傮w而言，AVI為主的傳統(tǒng)封裝格式結(jié)構(gòu)陳舊，只能包含少數(shù)幾種音視頻格式，并且不夠開放，可擴展性差。正因為如此，才促成了Matroska這類新的多媒體封裝格式的誕生。
MKV相對于傳統(tǒng)的封裝格式，有如下優(yōu)點：支持可變比特率(VBR)，支持錯誤檢測以及修復(fù)軟字幕，支持流式傳輸，強大的開放性和跨平臺兼容性，支持16路以上的音頻流和字幕流等。Matroska最大的特點是能容納幾乎所有類型的視頻、音頻及字幕流，除H．264以外，也可包括MPEG4、MPEG2、Ac3、AAC等其他視頻和音頻格式，即使是非常封閉的RealMedia及QuicklTime也被它包括進(jìn)去了，并將它們的音視頻進(jìn)行了重新組織來達(dá)到更好的效果。
由于MKV封裝格式本身具有眾多優(yōu)點，隨著互聯(lián)網(wǎng)和高清影片的流行，MKV格式得到了廣泛的應(yīng)用，互聯(lián)網(wǎng)上越來越多的高清影片采用MKV格式。然而，MKV是一個由開源組織制定和推廣的標(biāo)準(zhǔn)，缺乏大商業(yè)公司的支持，導(dǎo)致MKV文件的播放缺乏一個完整和有效的設(shè)計實現(xiàn)。在性能和資源受限的嵌入式平臺上，這個問題尤為嚴(yán)重。雖然目前有很多高清播放機都提供了對MKV格式的支持，但是大部分實現(xiàn)方案都存在支持不完善、播放效率比較低的問題，播放高碼率的影片時會出現(xiàn)不流暢、畫面卡頓等問題，影響觀看效果。本文提出了一種基于SMP8654平臺的MKV播放器的設(shè)計與實現(xiàn)方案，并針對嵌入式系統(tǒng)的特點做了優(yōu)化，較好地達(dá)到了MKV文件流暢播放的要求。

2 硬件平臺和軟件總體設(shè)計
硬件平臺以SMP8654芯片為核心，通過總線與RAM、SATA硬盤、Flash閃存、輸入輸出設(shè)備等外設(shè)相連。SMP8654是Sigma Design公司推出的多媒體播放SoC解決方案，集成了一個強大的多媒體處理器、強健的內(nèi)容保障系統(tǒng)、新的DDR2內(nèi)存控制器、多個片上CPU以及完備的系統(tǒng)外圍設(shè)備接口。從媒體播放角度看，smp8654提供了一個完整支持高清晰度視頻解碼的先進(jìn)解碼引擎，能夠支持對MPEGl、MPEG-2、MPEG-4、H．264、WMV9、VCl以及AVS等格式的硬件解碼，支持高效能的圖形加速，支持多標(biāo)準(zhǔn)音頻解碼和先進(jìn)的顯示處理能力。Siena Design公司為方便第三方廠商開發(fā)應(yīng)用，提供了與芯片相關(guān)的開發(fā)工具包和開發(fā)框架。本文的工作也基于這個框架進(jìn)行二次開發(fā)。軟件平臺方面，由于一個完善的播放系統(tǒng)已經(jīng)相當(dāng)復(fù)雜，不適合直接操縱底層硬件來完成功能，需要操作系統(tǒng)的支持。本項目中操作系統(tǒng)采用uclinux，文件系統(tǒng)采用Romfs。uclinux是專為嵌入式系統(tǒng)定制的一款Linux，它具有標(biāo)準(zhǔn)Linux操作系統(tǒng)的穩(wěn)定性、強大網(wǎng)絡(luò)功能等主要優(yōu)點，但是卻不像標(biāo)準(zhǔn)Li-nux那樣復(fù)雜，主要針對沒有MMU(內(nèi)存管理單元)的微控制器。Romfs是一款專門為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的文件系統(tǒng)，體積小、可靠性好、讀取速度快，是嵌入式系統(tǒng)常用的文件系統(tǒng)。