一種高清媒體信息發(fā)布終端的設(shè)計(jì)

1 引言

隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展， 高清應(yīng)用的日益普及， 傳統(tǒng)的多媒體信息發(fā)布終端已不能滿足高清媒體的播放需求。針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的系統(tǒng)復(fù)雜， 成本較高， 播放質(zhì)量差等不足， 本文介紹一種高清媒體信息發(fā)布終端設(shè)計(jì)方案， 該方案采用嵌入式平臺(tái)架構(gòu)及硬件解碼技術(shù)， 支持多種音視頻及圖片格式， 能夠?qū)崿F(xiàn)視頻、音頻、圖片和滾動(dòng)字幕等多媒體信息的組合播放， 播放質(zhì)量可達(dá)到卓越的高清電視品質(zhì)。做為高清媒體發(fā)布系統(tǒng)的終端節(jié)點(diǎn)， 該系統(tǒng)在遠(yuǎn)程中央控制系統(tǒng)管理和控制下， 可實(shí)現(xiàn)定時(shí)或即時(shí)的播放廣告、新聞、天氣預(yù)報(bào)、物業(yè)通知等信息， 在第一時(shí)間將最新鮮的資訊傳遞給受眾人群; 這種分眾化的傳播模式能夠細(xì)分受眾群體、區(qū)分受眾需求， 優(yōu)化傳播過程， 提高受眾群體覆蓋的準(zhǔn)確性， 從而達(dá)到傳播效果的最優(yōu)化， 在樓宇電視、銀行、社區(qū)、車站、機(jī)場等廣告播放和信息發(fā)布市場擁有廣闊的應(yīng)用前景。

2 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)的主處理器選用S igma Designs公司的專業(yè)級(jí)的高清視頻解碼芯片EM8623L。該芯片同時(shí)集成了V ideo Decoder ( R ISC ) ， ARM， DSP 三顆芯片， 支持包括MPEG - 1 /2 /4 SD /HD、WMV9 SD /HD、D ivx、H 264、VC - 1等在內(nèi)的多種視頻格式解碼， 音頻: MPEG - 1、Layer1 /2 /3(MP3)、AC - 3、AAC、PCM、WMA9等。內(nèi)嵌的200MH z的ARM負(fù)責(zé)核心主控， 內(nèi)存帶寬32位， 并最大支持256MB的DDR， 支持64MB的閃存擴(kuò)展。32位DSP專門負(fù)責(zé)音頻處理， 16位R ISC 處理器負(fù)責(zé)視頻解碼。EM8623L 還具有2D 圖形引擎及IDE、DV I、PC I、U SB 等豐富接口支持。這款基于嵌入式架構(gòu)和硬解碼的芯片解決方案在成本、功耗和效率上都能很好的滿足高清媒體播放終端設(shè)備需求。

本文所述的高清媒體信息發(fā)布終端硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括: 高清解碼芯片EM 8623L; 128MB SDRAM 和8MB 閃存; 網(wǎng)絡(luò)接口控制器; 前面板控制電路; 內(nèi)置2 5英寸筆記本SATA 硬盤接口; 提供高清數(shù)字多媒體接口(HDM I)、高清晰視頻色差分量接口( YPbPr)、復(fù)合視頻信號(hào)接口(V IDEO)等視頻接口， 光纖數(shù)字音頻接口( S /PD IF)、同軸數(shù)字音頻接口( COAX IAL)、雙聲道立體聲音頻接口( R- AUD IO - L)等音頻接口。此外還提供了USB2 0接口， 可與外接移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備連接， 播放其中的影音資源， 并提供固件升級(jí)功能。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)根據(jù)嵌入式系統(tǒng)原理和多媒體信息發(fā)布應(yīng)用需求進(jìn)行設(shè)計(jì)， 系統(tǒng)架構(gòu)如圖1， 主要由硬件驅(qū)動(dòng)層， 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)層， 中間層和應(yīng)用程序?qū)咏M成。硬件驅(qū)動(dòng)層是與硬件聯(lián)系最緊密的軟件層， 包括音視頻輸出接口、N IC、SATA控制器， USB2 0控制器、F lash、RS232和前面板/遙控器等的驅(qū)動(dòng)， 以及和訪問硬件地址寄存器的API， 是系統(tǒng)穩(wěn)定高效運(yùn)行的重要基礎(chǔ)。設(shè)備驅(qū)動(dòng)的加載可以隨著操作系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)在內(nèi)核中加載，也可以在操作系統(tǒng)起來之后， 單獨(dú)進(jìn)行模塊加載， 具體可在內(nèi)核編譯時(shí)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)加載的設(shè)定， 使得內(nèi)核大小的設(shè)定較為靈活， 方便根據(jù)F lash空間做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

圖1 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是嵌入式設(shè)備軟件的核心部分。uC linux是針對(duì)嵌入式處理器特點(diǎn)設(shè)計(jì)的一種實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)， 它繼承了標(biāo)準(zhǔn)L inux 強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能和多任務(wù)管理功能， 支持多種文件系統(tǒng)， 提供標(biāo)準(zhǔn)豐富的API， 具有執(zhí)行效率高、占用空間小、可擴(kuò)展性強(qiáng)和良好的可移植性等優(yōu)點(diǎn)。除此， 他還專為無MMU 的處理器設(shè)計(jì)， 并對(duì)L inux 內(nèi)存管理和進(jìn)程管理進(jìn)行了改寫， 滿足無MMU 處理器的開發(fā)要求。由于EM8623L是一款沒有MMU 的處理器， 因此本系統(tǒng)采用uC linux 作為操作系統(tǒng)內(nèi)核。

中間層包括私有協(xié)議棧模塊， PPPOE ( Po int- to- po intpro tocol over E thernet)模塊， 音視頻解碼模塊和2D圖形加速器模塊。這些模塊處在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)層和應(yīng)用程序?qū)又g，向上提供API接口供應(yīng)用程序調(diào)用， 向下通過實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)API接口函數(shù)到硬件驅(qū)動(dòng)層的映射。私用協(xié)議棧模塊是一種基于UDP的私有可靠的數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議， 為支持遠(yuǎn)程大數(shù)據(jù)量下載而自主設(shè)計(jì)的。該協(xié)議?？筛鶕?jù)不同的網(wǎng)絡(luò)丟包率采取自適應(yīng)重發(fā)、補(bǔ)發(fā)等容錯(cuò)機(jī)制， 克服了UDP協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟豢煽啃?。在網(wǎng)絡(luò)丟包率較高的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中能表現(xiàn)出較為強(qiáng)勁的數(shù)據(jù)接收能力， 較好的滿足了大數(shù)據(jù)量高清媒體的高速可靠下載任務(wù)， 有效數(shù)據(jù)下載率可達(dá)現(xiàn)有帶寬的80%以上。PPPOE模塊支持系統(tǒng)ADSL網(wǎng)絡(luò)接入功能， 通過將開源的標(biāo)準(zhǔn)L inux上的PPPOE代碼移植到嵌入式uC linux 內(nèi)核實(shí)現(xiàn)。音視頻解碼模塊是Sigma DesigNS開發(fā)的一個(gè)完整的文件播放器， 用于播放EM86231硬解碼支持的多標(biāo)準(zhǔn)音視頻文件和先進(jìn)的顯示處理功能(支持HDM I/YPbPr/AV 等視頻輸出和S /PDIF， 雙聲道等音頻輸出)。2D圖形加速器支持高速OSD和GU I，為高清晰度顯示器提供高質(zhì)量的圖像。

應(yīng)用程序?qū)犹幱谲浖到y(tǒng)的最頂層， 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)應(yīng)用軟件的主體功能， 主要包括遙控器接收處理， 圖形用戶界面顯示， 高清媒體文件本地下載， 網(wǎng)絡(luò)在線升級(jí)， 系統(tǒng)登陸遠(yuǎn)程服務(wù)器的注冊(cè)認(rèn)證， 視頻/音頻/圖片/飛字等的分時(shí)控制播放和組合播放等。

3.2 系統(tǒng)任務(wù)設(shè)計(jì)

針對(duì)高清媒體信息發(fā)布所要求的準(zhǔn)確性， 實(shí)時(shí)性和和即時(shí)性， 本系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)了四個(gè)系統(tǒng)任務(wù)， 分別是: 主控任務(wù)、計(jì)時(shí)線程、網(wǎng)絡(luò)任務(wù)線程和飛字播放線程。主控任務(wù)主要負(fù)責(zé)各任務(wù)調(diào)度， 監(jiān)控服務(wù)器對(duì)主窗口和飛字窗口發(fā)出的控制命令(如暫停， 快進(jìn)， 快退， 停止， 繼續(xù)等操作) ， 以及根據(jù)下載到本地硬盤的各種節(jié)目制作單播放相應(yīng)的媒體節(jié)目， 可以實(shí)現(xiàn)順序播放， 插播控制，按時(shí)間播控和手動(dòng)播放等。網(wǎng)絡(luò)任務(wù)線程包括控制信息收發(fā)線程和數(shù)據(jù)下載線程。控制信息收發(fā)線程和數(shù)據(jù)線程完成高清媒體文件的遠(yuǎn)程下載和本地存儲(chǔ)， 控制信息收發(fā)線程主要負(fù)責(zé)協(xié)議的握手， 即協(xié)議信息發(fā)起端在200ms內(nèi)未等到約定協(xié)議信息的到達(dá)， 便判定信息超時(shí)并進(jìn)行重發(fā); 數(shù)據(jù)線程主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)推送的媒體文件的本地下載和存儲(chǔ)。

計(jì)時(shí)線程主要負(fù)責(zé)獲得當(dāng)前的系統(tǒng)時(shí)間， 然后把系統(tǒng)時(shí)間與本地時(shí)間控制列表中每條記錄的播放時(shí)間、插播控制列表的每條記錄的播放時(shí)間進(jìn)行比較， 如果有記錄的播放時(shí)間到， 則進(jìn)行相應(yīng)的播放處理， 播放處理分為主窗口和飛字窗口。飛字播放線程實(shí)現(xiàn)根據(jù)飛字循環(huán)播放列表， 飛字插播列表， 飛字時(shí)間控制列表中的節(jié)目順序進(jìn)行相應(yīng)的飛字播放操作。系統(tǒng)整體工作流程具體步驟如下：

　　( 1)啟動(dòng)bootloader， 進(jìn)行必要的硬件初始化;

　　( 2)從flash中啟動(dòng)rom fs;

　　( 3)判斷是否啟動(dòng)成功， 如果成功的話， 接下來解壓app bin g z， 進(jìn)行內(nèi)核的初始化， 加載相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)， 啟動(dòng)上層的應(yīng)用程序。

　　( 4) 如果不成功則從硬盤中讀取rom fs b in， 并寫入ROM 中， 并重復(fù)進(jìn)行( 3) 操作;

　　( 5)讀取flash中默認(rèn)的配置參數(shù)并設(shè)置相應(yīng)的參數(shù);

　　( 6)啟動(dòng)DHCP， 獲取I P地址、網(wǎng)關(guān)、DNS 服務(wù)器IP、子網(wǎng)掩碼等;

　　( 7)啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)線程任務(wù)， 進(jìn)行終端與服務(wù)器的對(duì)接， 注冊(cè)認(rèn)證; 媒體數(shù)據(jù)下載等; 如果與服務(wù)器連接成功， 則同步終端系統(tǒng)時(shí)間;

　　( 8)啟動(dòng)主控任務(wù)， 按照播放優(yōu)先級(jí)播放指定播出列表節(jié)目。主控任務(wù)流程圖如圖2所示。

圖2 主控任務(wù)流程

4 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于EM8623L的高清媒體發(fā)布終端， 具有低功耗， 結(jié)構(gòu)緊湊， 高穩(wěn)定性等特點(diǎn)。支持高效可靠的高清媒體節(jié)目本地下載; 支持順序播放、即時(shí)播放和定時(shí)播放功能; 支持幾乎所有高清視頻媒體的流暢播放; 能夠?qū)崿F(xiàn)視頻、音頻、圖片和滾動(dòng)字幕等多媒體信息的組合播放; 并接受前端控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控; 具有多種音視頻輸出接口， 支持1080P純高清顯示。目前結(jié)合前端控制系統(tǒng)在銀行， 機(jī)場等場所已經(jīng)得到廣泛推廣和應(yīng)用。