項(xiàng)亮亮，章雙佐，陳 捷，宋占偉

（吉林大學(xué) 電子科學(xué)與工程學(xué)院，長春 130012）

基于無線wi-fi技術(shù)的多媒體信息推送系統(tǒng)

項(xiàng)亮亮，章雙佐，陳 捷，宋占偉

（吉林大學(xué) 電子科學(xué)與工程學(xué)院，長春 130012）

為了在一個小區(qū)域內(nèi)，快速有效地獲取信息，設(shè)計了多媒體信息推送系統(tǒng)。該系統(tǒng)可設(shè)置中心控制臺進(jìn)行信息交流，滿足信息實(shí)時實(shí)地地推送并顯示。將目前流行的wi-fi技術(shù)與嵌入式系統(tǒng)相結(jié)合，采用高分辨率液晶顯示屏做為終端顯示設(shè)備，S3C6410做為主控器。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測試，該系統(tǒng)穩(wěn)定性高，圖片、聲音、視頻流等多媒體信息可在局域網(wǎng)內(nèi)快速實(shí)時地推送并顯示，達(dá)到了預(yù)期目的。

無線寬帶；嵌入式；實(shí)時推送；多媒體信息

0 引 言

目前最有效的信息獲取途徑是互聯(lián)網(wǎng)［1］。但現(xiàn)代社會網(wǎng)絡(luò)信息資源容量急劇膨脹并且對資源需求的便利性提出了更高的要求。多媒體信息推送技術(shù)最早是由美國Point Cast Network公司于1996年提出的。推送技術(shù)實(shí)質(zhì)上是依據(jù)一定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和約定，自動從信息資源中選擇特定的信息并通過一定的方式有規(guī)律地將信息傳遞給用戶的一種技術(shù)［2］。本質(zhì)上為一種能根據(jù)用戶事先向系統(tǒng)輸入信息的請求，進(jìn)行對多媒體信息篩選、分類、排序的特殊軟件系統(tǒng)，在適當(dāng)時候推送到用戶所需的終端。

組建一個小范圍的無線wi-fi局域網(wǎng)模擬實(shí)現(xiàn)多媒體信息的實(shí)時推送功能。手持系統(tǒng)的終端（下位機(jī)）采用三星的S3C6410作為主控芯片，基本符合系統(tǒng)的要求，不僅處理速度快，而且便于開發(fā)以及后期的維護(hù)和升級。服務(wù)器端（上位機(jī)）軟件系統(tǒng)是由C＋＋編寫的多媒體信息推送窗口。

wi-fi是由無線以太網(wǎng)相容聯(lián)盟（WECA：Wireless Ethernet Compatibility Alliance）所發(fā)布的業(yè)界術(shù)語，中文為“無線相容認(rèn)證”。作為一種短程無線傳輸技術(shù)，能在數(shù)百英尺范圍內(nèi)支持互聯(lián)網(wǎng)接入的無線電信號［3］。同時也足以提供在家或小區(qū)快速上網(wǎng)的便捷途徑。隨著電子商務(wù)和移動辦公的進(jìn)一步普及，廉價的wi-fi必將成為隨時需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接用戶的必然之選［4］。

1 整體系統(tǒng)設(shè)計

核心芯片系統(tǒng)采用韓國三星的S3C6410系列處理器作為系統(tǒng)的MCU（Microprogrammed Control Unit）。外圍主要硬件由 WM-G-MR-09核心芯片設(shè)計的 wi-fi模塊以及群創(chuàng)的AT070TN83顯示器控制模塊組成。整個系統(tǒng)分為上位機(jī)和下位機(jī)兩部分。上位機(jī)（PC Control）是整個系統(tǒng)的推送者，負(fù)責(zé)在多媒體信息推送中完成音頻、視頻、數(shù)據(jù)等信息的封裝和排列，使其能在多媒體推送信道上傳送。下位機(jī)（各終端）通過無線wi-fi方式與上位機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸并根據(jù)用戶需求作出相應(yīng)的顯示或反饋。系統(tǒng)整體框架如圖1所示。

圖1 多媒體信息推送系統(tǒng)框架圖Fig.1 The diagram of multimedia information push system

1.1 上位機(jī)系統(tǒng)部分設(shè)計

推送終端承擔(dān)與服務(wù)器進(jìn)行信息交互，接受多媒體鏡像，執(zhí)行命令任務(wù)和提交系統(tǒng)日志等任務(wù)，是整個系統(tǒng)中重要的部分［5］。

設(shè)計的上位機(jī)系統(tǒng)主要由C＋＋編程語言設(shè)計完成，主要任務(wù)是完成各種信息的打包處理并將其推送到用戶終端。為了提高數(shù)據(jù)的傳送效率，減少網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞的可能性，采用上述組播傳播技術(shù)。采用目前主流的組播（Multicast）傳輸技術(shù)。所謂組播是一種允許一個或多個發(fā)送者發(fā)送單一數(shù)據(jù)包到多個接收者的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。當(dāng)組播源把數(shù)據(jù)包發(fā)送到特定的組播組（Multicast Group）時，只有加入到該組播組的終端才能接收到這些數(shù)據(jù)包。這樣設(shè)計可節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬，因?yàn)闊o論有多少個目標(biāo)地址，在整個網(wǎng)絡(luò)的任何一條鏈路上只傳送單一的數(shù)據(jù)包。而且在發(fā)送者和每個接收者之間實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)對多點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)連接［6］。

在軟件設(shè)計上，主體利用線程池技術(shù)，使當(dāng)線程池中的線程不處于阻塞狀態(tài)時，后續(xù)請求將進(jìn)入緩沖隊列等待［7］。服務(wù)器在處理管理主機(jī)發(fā)布多媒體信息任務(wù)時，同時監(jiān)聽由推送終端發(fā)出的更新請求。在收到終端的更新請求后，根據(jù)請求數(shù)據(jù)包頭獲取終端編號，在數(shù)據(jù)庫中以終端編號查詢對應(yīng)鏡像名稱、存儲路徑等信息，對終端進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)更新［8］。關(guān)鍵的視頻推送部分利用RTP（Real-Time Transport Protocol）數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)。在這里只給出數(shù)據(jù)發(fā)送部分程序的主要設(shè)計過程，其他部分將在下位機(jī)實(shí)現(xiàn)中給出；當(dāng)RTP會話建立成功時，需要設(shè)置數(shù)據(jù)發(fā)送的目標(biāo)地址，通過調(diào)用RTPSession類的AddDestination（）、DeleteDestination（）和ClearDestinations（）完成。通過調(diào)用RTPSession類的SendPacket（）方法，向目標(biāo)地址發(fā)送流媒體數(shù)據(jù)，調(diào)用RTPSession類的SetDefaultPayloadType（）、SetDefaultMark（）和SetDefault-TimeStampIncrement（），并將其設(shè)置為會話的默認(rèn)參數(shù)，指明發(fā)送的數(shù)據(jù)及其長度，進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。

1.2 下位機(jī)終端實(shí)現(xiàn)

1.2.1 終端類型

移動多媒體系統(tǒng)用戶終端主要分為單向終端和雙向終端兩種形式［9］（見表1）。

表1 多媒體系統(tǒng)用戶終端類型Tab.1 The types of multimedia system user terminal

由于需要語音的雙向通信，所以設(shè)計成為雙向終端。

1.2.2 終端代碼實(shí)現(xiàn)

1）聲卡驅(qū)動。音頻信號是一種連續(xù)變化的模擬信號，但計算機(jī)只能處理和記錄二進(jìn)制的數(shù)字信號，由自然音源得到的音頻信號必須變換成數(shù)字音頻信號后，才能送到處理器中作進(jìn)一步處理。在聲卡驅(qū)動上，從安全性角度考慮，應(yīng)用程序在Linux下無法直接對聲卡設(shè)備進(jìn)行操作，而是通過內(nèi)核提供的驅(qū)動程序完成對聲卡的各種操作［10］。

系統(tǒng)調(diào)用open（）函數(shù)獲得對聲卡的訪問權(quán)，同時為隨后的系統(tǒng)調(diào)用做好準(zhǔn)備，其函數(shù)原型：int open（const char＊pathname，int flags，int mode）；參數(shù)pathname是將要被打開的設(shè)備文件名稱，對于本系統(tǒng)為／dev／dsp；參數(shù)flags標(biāo)志設(shè)備打開方式；mode為可選參數(shù)。當(dāng)指定設(shè)備文件不存在時，指明新創(chuàng)建文件具有的權(quán)限。系統(tǒng)調(diào)用read（）函數(shù)從聲卡讀取數(shù)據(jù)，其函數(shù)原型：int read（int fd，char＊buf，size＿t count）；參數(shù)fd是設(shè)備文件的標(biāo)識符，通過open函數(shù)調(diào)用獲得；參數(shù)buf是緩沖區(qū)，保存從聲卡獲得的數(shù)據(jù)；參數(shù)count限定從聲卡獲得的最大字節(jié)數(shù)；如果調(diào)用成功，將返回從聲卡讀取的實(shí)際字節(jié)數(shù)，如果調(diào)用失敗，將返回-1。因?yàn)樵O(shè)計聲音為雙向通信，故系統(tǒng)調(diào)用write函數(shù)向聲卡寫入數(shù)據(jù)，函數(shù)原型：size＿t write（int fd，const char＊buf，size＿t count）；其參數(shù)和read函數(shù)一樣。系統(tǒng)調(diào)用ioctl對聲卡進(jìn)行控制，在此設(shè)置采樣率，量化位數(shù)以及聲道數(shù)目和控制方式。

2）視頻以及圖像顯示。在顯示設(shè)備的圖形用戶界面利用linux內(nèi)核中的一種驅(qū)動程序接口，幀緩沖驅(qū)動（Framebuffer Driver）接口。當(dāng)Linux抽象出FrameBuffer設(shè)備時［11］，利用Framebuffer機(jī)制模仿顯卡的功能，將顯卡硬件結(jié)構(gòu)抽象掉后，便于在程序設(shè)計上利用用戶態(tài)進(jìn)程實(shí)現(xiàn)對屏的直接寫功能，使設(shè)計簡明，便于維護(hù)升級?；谶@種理念的設(shè)計本質(zhì)上是為了避免考慮物理顯存的位置、換頁機(jī)制，將對顯示設(shè)備的操作抽象化、統(tǒng)一化，用戶將Framebuffer看成是顯存的一個映像，將其映射到進(jìn)程地址空間后，就能直接進(jìn)行讀寫操作，而寫操作立即反應(yīng)在屏幕上。這樣的設(shè)計更加方便，而且效果可以達(dá)到預(yù)期指標(biāo)。

3）視頻信息的傳輸。設(shè)計網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實(shí)時傳輸流媒體數(shù)據(jù)是運(yùn)用RTP。利用它能一對一（unicast，單播）或一對多（multicast，組播）［12］傳播。RTP是在傳輸協(xié)議基礎(chǔ)上作為應(yīng)用程序的一部分加以實(shí)現(xiàn)的（見圖2）。

考慮到成本問題，設(shè)計采用開源的RTP庫——JRTPLIB（面向?qū)ο蟮腞TP庫）。以下給出設(shè)計程序?qū)崿F(xiàn)的主要過程。

1）初始化：使用JRTPLIB進(jìn)行實(shí)時流媒體數(shù)據(jù)傳輸前，首先生成RTPSession類的一個實(shí)例表示此次RTP會話，再調(diào)用Create（）方法對其進(jìn)行初始化操作［13］。RTPSession類的Create（）方法只有一個參數(shù)，用來指明此次RTP會話所采用的端口號［13］。

2）數(shù)據(jù)接收：首先調(diào)用RTPSession類的PollData（）方法接收RTP或者RTCP（Real-Time Transport Control Protocol）數(shù)據(jù)報。由于同一RTP會話中允許有多個參與者（源），調(diào)用RTPSession類的GotoFirstSourceWithData（）和GotoNext－SourceWithData（）方法遍歷攜帶有數(shù)據(jù)的源。從RTP會話中檢測出有效數(shù)據(jù)源后，調(diào)用RTPSession類的GetNextPacket（），并從中抽取RTP數(shù)據(jù)報，RTP數(shù)據(jù)報處理完后，將其釋放。

3）數(shù)據(jù)控制：JRTPLIB是個高度封裝后的RTP庫，在使用時可以由JRTPLIB完成傳輸。只要Poll-Data（）或SendPacket（）方法被成功調(diào)用，JRTPLIB就能自動對到達(dá)的RTCP數(shù)據(jù)報進(jìn)行處理，并在需要時發(fā)送RTCP數(shù)據(jù)報，確保整個RTP會話過程的正確性［14］。

圖2 結(jié)構(gòu)層Fig.2 Structure layer

2 調(diào) 試

在調(diào)試階段，進(jìn)行了聲音、圖片以及視頻等多媒體信息實(shí)時推送測試。測試結(jié)果表明，在接收終端和控制中心的距離在200m以內(nèi)聲音的實(shí)時性和真實(shí)性比較理想，視頻能順暢播放，圖片推送十分理想。下面給出圖片測試的過程以及效果圖。

將所有設(shè)備連接好，在主控機(jī)窗口添加被推送內(nèi)容（見圖3）；選擇被推送圖片后，選擇已連接的IP（用戶終端提出請求的IP地址）點(diǎn)擊“發(fā)送數(shù)據(jù)”按鈕即可將多媒體信息打包推送出去。

當(dāng)用戶終端接收到來自PC Control從數(shù)據(jù)庫推送過來的信息時，終端根據(jù)數(shù)據(jù)包信息判斷后，提取有用數(shù)據(jù)還原并顯示，實(shí)驗(yàn)效果如圖4所示。

圖3 上位機(jī)推送窗口Fig.3 The windows of upper machine push system

圖4 用戶終端顯示圖 Fig.4 The showing diagram of user terminal

3 結(jié) 語

基于目前十分流行的無線wi-fi技術(shù)，通過TCP／IP協(xié)議成功地模擬出了在一個局域網(wǎng)內(nèi)快速便捷地對媒體信息推送的系統(tǒng)。通過實(shí)驗(yàn)測試表明，數(shù)據(jù)流能快速準(zhǔn)確地被推送并在用戶終端的LCD屏上清晰顯示，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，達(dá)到了既定目標(biāo)。此項(xiàng)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)加速了我國在數(shù)字化城市道路上的步伐，為建設(shè)智能小區(qū)提供了技術(shù)參考。

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Multimedia Information Push System Based on Wireless wi-fi

XIANG Liang-liang，ZHANG Shuang-zuo，CHEN Jie，SONG Zhan-wei
（College of Electronic Science and Engineering，Jilin University，Changchun 130012，China）

In order to access information quickly and efficiently in a small area，we present a solution.We combine the currently popular technology of wi-fi with embedded system，using high-resolution LCD（Liquid Crystal Display）as the terminal display device，S3C6410as the master controller.After experimental tests，the system has high stability and pictures，audios，videos and other multimedia information can be pushed and displayed immediately in the real time in a local area network，achieving the expected purpose.

wi-fi；embedded system；real-time push；multimedia information

TN915

A

2011-08-26

吉林省科技支撐計劃重點(diǎn)基金資助項(xiàng)目（20100314）

項(xiàng)亮亮（1987—），男，浙江慈溪人，吉林大學(xué)碩士研究生，主要從事嵌入式系統(tǒng)研究，（Tel）86-13596404548（E-maill）xll＿boy＠163.com；宋占偉（1962—），男，長春人，吉林大學(xué)教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事嵌入式系統(tǒng)研究，（Tel）86-13504473223（E-mail）songzw＠jlu.edu.cn。

1671-5896（2012）01-0018-05

（責(zé)任編輯：劉俏亮）