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          基于IntelPXA270平臺的嵌入式流媒體播放器設(shè)計

          作者: 時間:2017-05-23 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

            近兩年來,車載導(dǎo)航系統(tǒng)在國內(nèi)悄然興起,據(jù)專家預(yù)測,中國車載市場在啟動初期需求約為55 萬臺,折合人民幣約27.6 億。而從長遠(yuǎn)來看,規(guī)模將達到千億元人民幣。但是,當(dāng)前車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(shù)廠家。而且由于嵌入式系統(tǒng)獨有的特點,車載產(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足車載終端上音、視頻的播放要求,實時的為車主播放刷新的信息。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,而且可以通過軟件升級支持未來的媒體格式。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201705/359548.htm

            播放器的底層開發(fā)環(huán)境

            播放器的硬件環(huán)境包括:Intel PXA270開發(fā)平臺Sophia (簡稱sophia 板) 和支持802.11a、USB接口的10Mb/s無線網(wǎng)卡。sophia 板以Intel 公司的嵌入式處理器PXA270 為核心,伴以2700G 多媒體加速芯片實現(xiàn)視頻加速與3D加速,系統(tǒng)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(shù)據(jù)送入PXA270 和Intel 2700G模塊處理,解壓后的數(shù)據(jù)在LCD或RGB顯示器上播放。

              

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            播放器的模塊劃分

            sophia 板使用的嵌入式Linux內(nèi)核是由基于linux-2.4.20內(nèi)核的MontaVista linux編譯而成,文件系統(tǒng)是針對Flash 無緩沖機制的jffs2 文件系統(tǒng)。同時,sophia 板的開發(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(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵。整個系統(tǒng)的模塊劃分如圖 2 所示:Bootloader 在硬件物理層之上進行最底層的引導(dǎo),它屬于板級支持包BSP 的一部分。BSP負(fù)責(zé)直接和底層的硬件設(shè)備建立聯(lián)系,同時,它也可以包含某些驅(qū)動。不過,在sophia 的軟件系統(tǒng)模塊中,網(wǎng)卡的驅(qū)動是作為嵌入式系統(tǒng)內(nèi)核的模塊之一動態(tài)加載的。嵌入式中間件位于操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序的中間環(huán)節(jié),提供了到程序模塊、組件庫的聯(lián)接,系統(tǒng)的解碼模塊和播放器模塊都是在它之上開發(fā)的。

              

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            模塊的實現(xiàn)

            系統(tǒng)實現(xiàn)可以被分為以下幾個步驟:

            1) 嵌入式Linux 內(nèi)核的移植和編譯、文件系統(tǒng)的安裝;

            2) 視頻圖像解壓縮模塊的實現(xiàn);

            3) 播放模塊的實現(xiàn);

            嵌入式Linux 內(nèi)核的移植和文件系統(tǒng)、圖形界面系統(tǒng)的安裝

            工作在sophia 板上的嵌入式Linux 內(nèi)核對boot-loader、內(nèi)核、文件系統(tǒng)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。但是有兩點要注意:

            1) 在使用make menuconfig定制內(nèi)核時要讓內(nèi)核支持無線網(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(nèi)核中加入對USB 無線網(wǎng)卡的驅(qū)動支持。

            2) 在圖形界面系統(tǒng)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,否則程序無法順利編譯。

            視頻圖像解壓模塊的實現(xiàn)

            由網(wǎng)絡(luò)控制模塊獲取的數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中是以流數(shù)據(jù)的形式存在的,因此,首先要對流式文件進行解壓。同時,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?shù)脑家曨l圖像都進行了壓縮編碼,所以,還需要根據(jù)編碼格式進行相應(yīng)解碼。本系統(tǒng)不但支持常見的MP1、MP2、MP3 和WAV 音頻文件格式,還可以對先進的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載導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)的要求,本方案要為當(dāng)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,每個對象由三個域組成:128 位的全球唯一的對象標(biāo)識符域、64 位整數(shù)的對象大小域和可變長的對象數(shù)據(jù)域。ASF 文件的高層邏輯結(jié)構(gòu)也包含三部分:頭對象、數(shù)據(jù)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ASF 文件的開頭部分,它包含了許多全局信息,一定要在數(shù)據(jù)對象之前被接收方接收并解釋;數(shù)據(jù)對象也是必需的,且一般情況下緊跟在頭對象之后,包含了所有待播放的數(shù)據(jù);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,每個塊包括三個字段:指明塊標(biāo)識符的四字符編碼、塊中限定數(shù)據(jù)大小的32 位數(shù)值和數(shù)據(jù)塊部分。塊標(biāo)識符用來唯一的標(biāo)識每一個塊。同樣地,RM文件的高層邏輯結(jié)構(gòu)也由三部分組成:文件報頭部分、文件數(shù)據(jù)部分和文件索引部分。因為 RealMedia 文件格式是一種加標(biāo)志的文件格式,塊的順序沒有明確規(guī)定,但RealMedia 文件報頭必須是文件的第一個塊。

            MPEG- 4 視頻圖像的解壓

            在幾種開放源代碼的MPEG- 4 解碼軟件中,作者選擇xvidcore 作為系統(tǒng)中視頻圖像解壓模塊的核心算法。xvid 是一個高效且可移植的編碼軟件,系統(tǒng)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(shè)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(tǒng)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:在播放器中實現(xiàn)一個索引表類,將來根據(jù)需要新添加的編碼格式作為獨立的類注冊到索引表中?;趌inux 的c++解碼類源代碼可以由網(wǎng)上開放源碼的解碼器網(wǎng)站下載,系統(tǒng)中的MP1,MP2,MP3 和WAV 的解碼就是采用這種方法實現(xiàn)的。

            播放模塊實現(xiàn)

            文件的輸入

            在播放器系統(tǒng)中,文件的來源有兩種:由網(wǎng)卡讀入存儲器后播放或通過其它數(shù)據(jù)傳輸途徑寫入存儲器,在存儲器中直接播放。sophia 板提供了網(wǎng)卡的驅(qū)動模塊,可以使用命令modprobe usbcore 和modprobe usbwlnc動態(tài)加載,為數(shù)據(jù)從網(wǎng)卡經(jīng)由操作系統(tǒng)到達播放進程提供一個全雙工的通道。數(shù)據(jù)的處理由播放器中的stream input 類來實現(xiàn)。

            流媒體協(xié)議

            實現(xiàn)流式傳輸有兩種方法:實時流式傳輸和順序流式傳輸,系統(tǒng)使用的是實時流式傳輸,需要標(biāo)準(zhǔn)化的流媒體協(xié)議來保證客戶機和專用的流媒體服務(wù)器之間進行通信。根據(jù)流媒體協(xié)議的功能可以分為兩類:

            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需要較多的開銷,不太適合傳輸實時數(shù)據(jù)。在流式傳輸?shù)膶崿F(xiàn)方案中,采用RTSP/TCP 來傳輸控制信息,而用RTP/UDP 來傳輸實時聲音、圖像數(shù)據(jù)。

            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(shù)據(jù)的傳輸,RTSP 提供話路控制的功能,RSVP 是可選的,它為播放進程在網(wǎng)上預(yù)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(shè)計的協(xié)議棧如圖3 所示:從UDP/TCP層得到的數(shù)據(jù)包處理后得到打包的RTP 數(shù)據(jù)流,通過RTP/RTCP/RTSP 層分離出定時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(lán)本,處理流程如圖4所示:

            1) 如果數(shù)據(jù)是從網(wǎng)卡獲得的,調(diào)用stream input模塊進行處理。Stream input 模塊根據(jù)流媒體協(xié)議,使用socket 和多媒體服務(wù)器進行通信,輸入的流數(shù)據(jù)放入緩沖池中并根據(jù)流文件的格式對它進行ASF 或RM解壓縮;

            2) 解壓后的文件根據(jù)文件的類型查找索引表調(diào)用不同的解碼類將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為一種統(tǒng)一的中間格式raw,生成相應(yīng)的file,由播放器main 函數(shù)播放。如果文件已保存在存儲器中,可以跳過第一步,直接執(zhí)行第二步流程。

              

           

            小結(jié)

            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(tǒng)實現(xiàn)方案,特有的索引表結(jié)構(gòu)使得播放器可以通過軟件升級增加新的編碼格式,純軟件的實現(xiàn)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(tǒng)對CIF(352×288) 視頻格式、QCIF(176×144)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,滿足了目前車載終端中嵌入式流視頻播放的要求。



          關(guān)鍵詞: IntelPXA270

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