摘 要:本文以O(shè)MAP3530為平臺，介紹了一種基于CDMA2000的3G網(wǎng)絡(luò)視頻播放系統(tǒng)的設(shè)計方案，利用嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)了視頻文件的遠程傳輸和播放，并通過對mplayer軟件及算法的優(yōu)化，提高了系統(tǒng)的性能，經(jīng)過測試，達到了較好的效果。

關(guān)鍵詞:OMAP3530 CDMA2000 Mplayer 3G 嵌入式系統(tǒng)

中圖分類號:TN915\t\t文獻標(biāo)識碼:A\t\t\t文章編號:1672-3791(2011)10(a)-0017-02

目前，市場上的流媒體播放設(shè)備大部分分為2種類型，一種仍是單片機流媒體播放設(shè)備，這種設(shè)備僅僅只能靠自身的存儲設(shè)備來自動循環(huán)播放流媒體文件;另一種是嵌入式流媒體播放設(shè)備，不過其流媒體更新還局限于局域網(wǎng)內(nèi)部傳輸或者GPRS傳輸，前者傳輸速度較快但是受地域的局限性影響，而后者屬于第二代通信系統(tǒng)，視頻文件的傳輸速率受到很大影響。隨著第三代移動通信技術(shù)的普及和嵌入式技術(shù)的成熟以及高性能嵌入式處理器的飛速發(fā)展，我們完全可以利用3G無線網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的優(yōu)勢，搭載ARM系利嵌入式平臺，使流媒體傳輸不受地域限制，能快速有效的傳輸。同時，由TI公司生產(chǎn)的OMAP3530高性能處理器，能夠完全很好的處理音視頻播放以及讀寫大容量SD卡。本文設(shè)計了一種基于先進微處理器(ARM)的3G移動多媒體播放器，結(jié)合了3G無線傳輸技術(shù)的傳輸距離遠、成本低、接入方便等優(yōu)點和嵌入式多媒體播放系統(tǒng)的體積小，功耗小等特點，能夠快速、高效和大容量存儲傳輸流媒體文件并實現(xiàn)實時播放功能。

1 系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)采用中央服務(wù)器/客戶機模式，由智能無線多媒體終端和一個發(fā)送流媒體文件的服務(wù)器組成，采用以太網(wǎng)(TCP/IP)實現(xiàn)信息傳播，可以實現(xiàn)一點對多點及集中方式對終端進行控制播放。系統(tǒng)由中央控制器(視頻播放服務(wù)器)、播放控制軟件、網(wǎng)絡(luò)平臺、網(wǎng)絡(luò)型播放終端機構(gòu)成。

1.1 系統(tǒng)的基本框架

該系統(tǒng)具備的功能為:(1)無線通信功能:終端啟動后自動連接上DynDNS服務(wù)器，方便服務(wù)器通過3G網(wǎng)絡(luò)無線更新并存儲流媒體文件內(nèi)容;(2)信息管理:既可以通過3G網(wǎng)絡(luò)對成百上千個終端播放情況進行集中統(tǒng)一的管理，也可以分級分區(qū)進行分布式管理?？蓪λ薪K端播放公共信息，或僅針對一個終端播放個體信息[1];(3)遠程受控:隨時接收并執(zhí)行服務(wù)器端發(fā)送的任務(wù);(4)服務(wù)器端能夠?qū)h程終端實現(xiàn)靈活的管理，可對相應(yīng)終端進行實時播放和本地播放控制以及查詢該終端本地播放內(nèi)容和刪除終端本地播放內(nèi)容等操作，可監(jiān)控各終端工作狀態(tài)，多媒體播放質(zhì)量不受帶寬制約。

本系統(tǒng)的處理器是用TI公司生產(chǎn)的OMAP3530，采用了ARM+DSP的雙核處理器(ARM CortexTM-A8處理器)，能夠?qū)⑺俣葟?600MHz(不包括NEON，追蹤技術(shù)和二級高速緩沖存儲器)提高到1GHz以上，集成了NAND Flash控制器、SD/MMC控制器、LCD控制器、SPI接口控制器等。

嵌入式操作系統(tǒng)構(gòu)成如下:(1)Bootloader使用TI公司專為其產(chǎn)品開發(fā)的啟動代碼U-BOOT;(2)內(nèi)核采用Linux2.6.28;(3)文件系統(tǒng)選擇與NAND Flash兼容較好的UBI文件系統(tǒng)。本文設(shè)計的嵌入式無線終端系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 3G在嵌入式上的驅(qū)動

第三代通信系統(tǒng)采用的是CDMA2000，CDMA2000做到了對CDMA(is-95)系統(tǒng)的完全兼容，為技術(shù)的延續(xù)性帶來了明顯的好處:成熟性和可靠性比較有保障，同時也使CDMA2000成為從第二代向第三代移動通信過渡最平滑的選擇。

3G無線網(wǎng)絡(luò)在本設(shè)計中主要通過數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收，實現(xiàn)終端與服務(wù)器的通信，因此，3G模塊在ARM9上的驅(qū)動，使得ARM9實現(xiàn)最終上網(wǎng)功能顯得異常重要。本設(shè)計的3G模塊采用了ETCOM公司生產(chǎn)的E300USB接口無線模塊。E300是一款CDMA EV-DO的Rev.A產(chǎn)品，下載速度可達到3.1Mbps。它采用傳統(tǒng)USB2.0接口，技術(shù)上采用美國高通6085芯片，支持多頻段工作、支持外接TF卡從而可以具備U盤功能，在綜合測試中顯示出了多樣化的功能和優(yōu)異的通訊性能。

由于USB總線是主機和外設(shè)之間的一種連接，它只擔(dān)當(dāng)設(shè)備和主控制器之間的通信通道的角色。所以當(dāng)3G模塊通過USB總線接入OMAP3530中時，我們必須將其驅(qū)動程序向子系統(tǒng)注冊，在宿主機上編譯內(nèi)核，進入系統(tǒng)內(nèi)核/drivers/usb/serial，在option.c中添加E300的vendor和product這兩個ID號0x1bbb和0x000f。然后再編譯內(nèi)核中的SCSI device support 以及USB support，這樣生成的內(nèi)核拷進OMAP3530中。

當(dāng)3G無線網(wǎng)卡插入USB總線的時候，USBcore就會調(diào)用probe方法來檢測被傳遞進來的信息，以確定3G無線網(wǎng)卡與驅(qū)動程序是否相匹配。當(dāng)3G無線網(wǎng)卡被拔出時，USBcore就會調(diào)用disconnect的方法來完成卸載。無線網(wǎng)卡的驅(qū)動與USBcore的通信時是通過批量方式來傳送的。而后將撥號腳本及所需文件存放在OMAP3530文件系統(tǒng)的/etc/ppp目錄下:evdo-connect-chat、evdo-disconnect-chat、resolv.conf、/peers/evdo。其中evdo-connect-chat和evdo-disconnect-chat是chat的腳本;evdo是pppd腳本，里面配置了pppd程序參數(shù);resolv.conf是域名服務(wù)器配置文件[2]。至此，可以執(zhí)行PPP撥號實現(xiàn)3G無線網(wǎng)絡(luò)的接入功能。試著PING外網(wǎng)，如果PING通就說明終端系統(tǒng)已實現(xiàn)上網(wǎng)功能。

2 嵌入式流媒體傳輸軟件層次結(jié)構(gòu)

2.1 系統(tǒng)軟件的主流程(如圖2所示)

系統(tǒng)開啟后，Bootloader啟動，完成了硬件設(shè)備的初始化，并引導(dǎo)系統(tǒng)內(nèi)核啟動。系統(tǒng)執(zhí)行完初始化任務(wù)后，首先自動驅(qū)動3G模塊實現(xiàn)上網(wǎng)功能，而后接收來自服務(wù)器端傳來的多媒體文件數(shù)據(jù)，與此同時系統(tǒng)自動掛載SD卡，調(diào)用Mplayer播放多媒體文件，在LCD上顯示出來。整個系統(tǒng)的軟件部分的實現(xiàn)可以分成三個部分:終端軟件設(shè)計、服務(wù)器軟件設(shè)計和播放器的實現(xiàn)。

2.2 終端軟件設(shè)計

終端軟件控制部分其主要功能是通過USB控制E300模塊和服務(wù)器進行通信，程序一開始就不斷監(jiān)聽服務(wù)器端的呼叫，一旦收到服務(wù)器的連接請求呼叫，就會自動連接服務(wù)器端的IP。連接成功后，終端就會開始等待服務(wù)器端傳來的命令，收到文件傳輸命令后就開始和服務(wù)器進行通信。本系統(tǒng)客戶機端有兩種播放形式可供選擇。

流媒體實時播放形式。ARM終端通過3G模塊連接到服務(wù)器端，通過讀取服務(wù)器端的內(nèi)容，實現(xiàn)與服務(wù)器端的音視頻內(nèi)容同步實時播放。這樣，就能很好的控制系統(tǒng)終端的播放內(nèi)容，實現(xiàn)了播放內(nèi)容的實時更新。同時，加入了通信報錯功能，如果某臺基于ARM模塊的客戶機終端因為網(wǎng)絡(luò)故障或者機械故障等原因沒有連上服務(wù)器端，服務(wù)器端會有提示。如果服務(wù)器端顯示出某個ARM模塊因為網(wǎng)絡(luò)故障沒有連上服務(wù)器端，終端系統(tǒng)會自動播放SD卡上已存儲的音視頻文件，并每隔半小時，系統(tǒng)自動重啟3G模塊搜索網(wǎng)絡(luò)。

傳輸?shù)絊D卡后實現(xiàn)播放。由于實時在線播放成本過于高昂，很多情況下采用系統(tǒng)傳輸音視頻文件到ARM模塊的SD卡內(nèi)存儲再實現(xiàn)音視頻循環(huán)播放。一旦有流媒體文件要發(fā)送時，服務(wù)器端通過無線廣域網(wǎng)或有線廣域網(wǎng)發(fā)送音視頻文件，客戶端的智能無線多媒體終端通過3G模塊傳送接收音視頻文件并送入ARM模塊處理，同時存儲到ARM模塊上的SD卡內(nèi)，通過媒體播放軟件mplayer進行播放最終實現(xiàn)流媒體的播放。系統(tǒng)能遠程監(jiān)控ARM模塊，具有二級審核功能，可以遠程刪除SD卡內(nèi)文件的，比如發(fā)送錯誤的文件或者一些過期的文件，我們可以在服務(wù)器端及時刪除;也能在服務(wù)器端實時檢測到ARM模塊正在播放的音視頻文件;當(dāng)有緊急通知等即時信息播報時，系統(tǒng)能迅速切回到流媒體實時播放形式，在第一時間將最新鮮的資訊傳遞給受眾人群[3]。同時，當(dāng)系統(tǒng)因為網(wǎng)絡(luò)故障或者機械故障等原因沒有連上服務(wù)器，服務(wù)器端會有提示。該終端支持AVI/MP4/WAV/MPEG4/H.264等音視頻解碼標(biāo)準。

2.3 服務(wù)器軟件設(shè)計

服務(wù)器端應(yīng)用程序主要分為主線程和用戶線程。主線程主要負責(zé)用戶線程的創(chuàng)建等工作。用戶線程主要是發(fā)送對終端的控制指令和接收反饋信息，以實現(xiàn)文件的傳送，實時播放，讀取終端播放情況等功能。在數(shù)據(jù)傳輸過程中可能出現(xiàn)連接中斷的情況，為此程序中采取了斷電續(xù)傳以及超時重傳等功能，保證了數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

由于服務(wù)器是通過3G模塊終端移動接入Internert，每次撥號后獲得的都是動態(tài)IP，為了解決這個問題，本系統(tǒng)使用了DDNS服務(wù)器。DDNS是將終端用戶的動態(tài)IP地址映射到一個固定的域名解析服務(wù)上，用戶每次連接網(wǎng)絡(luò)的時候客戶端程序就會通過信息傳遞把該終端的動態(tài)IP地址傳送給位于服務(wù)商主機上的服務(wù)器程序，服務(wù)器程序負責(zé)提供DNS服務(wù)并實現(xiàn)動態(tài)域名解析?；诔杀九c技術(shù)層面的考慮，要求DDNS服務(wù)器滿足:免費;提供Linux客服端;速度快的要求，我們最終使用了DynDNS，把交叉編譯的客戶端放到終端運行，并讓它在系統(tǒng)啟動的時候自動去更新IP。這樣，終端就能夠?qū)潭ㄓ蛎鸌P進行解析后連接到服務(wù)器，從而使終端播放視頻的地點和方式更加的靈活、方便。服務(wù)器的流程圖如圖5所示，客戶機終端接收到文件后就能自動通過Mplayer在液晶屏幕上播放出來。

2.4 播放器的實現(xiàn)

系統(tǒng)的視頻文件播放器選擇的是Mplayer，該播放器具有廣泛的輸出設(shè)備支持;強大的播放能力;OSD功能以及強大的音頻支持。又因其是免費開源的，且能很好的移植進多種平臺，Mplayer的軟件包中含有針對ARM構(gòu)架的優(yōu)化代碼，能加速對流媒體文件的處理速度，還能方便的加入新的解碼函數(shù)。

Mplayer包含六個模塊:流接口，解復(fù)用器，主控制，解碼器，視頻輸出和音頻輸出模塊。流接口實現(xiàn)了多媒體文件的輸入接口，它可以從網(wǎng)絡(luò)，標(biāo)準輸入，文件等得到多媒體數(shù)據(jù)。然后通過復(fù)用模塊AVI，asf解出相應(yīng)的音視頻包。音頻視頻包被分派到解碼模塊進行解碼，并通過音頻輸出模塊和視頻輸出模塊進行回放。

3 終端系統(tǒng)性能優(yōu)化

3.1 播放器的優(yōu)化

(1)Mplayer自帶的mp3lib庫浮點音頻解碼庫的解碼效率很低，在播放音頻的時候聲音比較拖沓。所以我們選用開源軟件解碼庫libmad，它具有100%定點計算的特點，完全可以取代原來的mp3lib庫，進行音頻解碼[4];(2)Mplayer的視頻解碼優(yōu)化。通過以上的方法，對視頻解碼進行優(yōu)化。使播放器的性能得到了較大提高。CPU使用率較沒優(yōu)化前下降了許多，視頻模仿效果得到較大改善。

3.2 算法的優(yōu)化

在實時播放過程中，為了能在有限的帶寬下傳輸更高質(zhì)量的視頻畫質(zhì)，我們利用H.264標(biāo)準對視頻進行處理，經(jīng)過在DSP內(nèi)實現(xiàn)的H.264視頻壓縮和ARM中實現(xiàn)的負載均衡算法后，能有效提高解碼效率、減少發(fā)送數(shù)據(jù)量、并能充分利用無線網(wǎng)絡(luò)帶寬資源。然而H.264的優(yōu)越性能是以增加計算復(fù)雜度為代價的，H.264解碼的復(fù)雜度是MPEG-4的3倍。多核處理器的誕生為高復(fù)雜度并行程序提供了物理平臺，我們依據(jù)不同的子塊類型對應(yīng)著不同的計算復(fù)雜度，通過優(yōu)化系統(tǒng)和內(nèi)存降低系統(tǒng)消耗，來獲得更高的加速比，使得整體數(shù)據(jù)搬運效率得到進一步提高。針對ARM+DSP雙核，利用基于宏塊的細顆粒度并行算法，這種方法可以較好的均衡雙核間的運算量分配問題。然后根據(jù)H.264解碼算法的特點，縮減不必要的判斷，合理分配和使用內(nèi)存，進而提高運行效率。另一方面，我們對代碼進行合理組織，幫助解碼器生成并行度高的代碼。這樣，H.264的解碼速度得到相當(dāng)大的提高。

于是我們著重采用并行算法來減少片上功耗問題。這樣，對于算法性能也提出了更高的要求，而FFT算法則是音視頻編解碼以及信號處理中的一個重要組成部分。我們主要進行在ARM Cortex-A8平臺上的非原址(Out-of-place)FFT算法的性能優(yōu)化。利用TI公司提供的LINUX下的C6x codegen tool編譯生成一個解碼算法的庫文件，對OMAP3530的DSP內(nèi)核進行解碼算法優(yōu)化。使用Engine_open()建立一個Codec Engine實例，返回一個句柄，供該Engine的示例算法的實例使用。接下來在Engine上用videoEncodeAlgCreat()分配和初始化編解碼引擎。然后為壓縮算法分配內(nèi)存并用FifoUtil_get()取得數(shù)據(jù)，調(diào)用VIDENC_process()壓縮視頻信號。最后將視頻線程和本地存儲線程交互，將數(shù)據(jù)寫入SD卡中。經(jīng)測試，DSP內(nèi)核通過并行計算，大幅度減少運算循環(huán)數(shù)量，改善運算效率，大大提高了FFT算法的性能指標(biāo)，減少片上功耗，比原始的FFT算法運算量降低了近65%[5]。運用新算法后，視頻播放拖沓的問題基本得以解決。

4 測試結(jié)果

嵌入式終端與服務(wù)器端相隔二十公里左右進行視頻實時播放及文件傳輸測試，終端可以流暢的播放服務(wù)器上正播放的內(nèi)容。在實時播放的同時，一臺服務(wù)器端可同時向多個終端分別傳送30M、56M、108M的視頻文件傳輸。經(jīng)測試，視頻文件分別在10分鐘、18分鐘、27分鐘內(nèi)接收完畢，并在實時播放結(jié)束后順利播放出來，能夠滿足系統(tǒng)的無線傳輸要求。

5 結(jié)語

本文設(shè)計開發(fā)的基于OMAP3530的3G無線通信音視頻播放系統(tǒng)，實現(xiàn)了跨地域遠程數(shù)據(jù)傳輸，并較好的解決了傳輸速率以及流媒體編解碼技術(shù)問題，具有功耗低、實時性好的優(yōu)點。實踐證明該系統(tǒng)性能和可靠性較高，取得了較好的效果。算法的進一步完備和功能的擴展是下一步需要改進的方向。

參考文獻

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①基金項目:吉林省科技廳重點項目(項目編號:20090315)。