（检测技术与自动化装置专业论文）流媒体技术在公共广播系统的应用与研究.pdf

摘要 智能楼宇的公共广播包括背景音乐、业务和事故紧急广播等。通常来说， 公共广播终端( 即扬声器) 往往较远和分散，且伴有不同的播放方式，如连续播 放，紧急插播等。这些特点决定了公共广播要考虑它的传输方式、功能要求和可 靠性。 近年来，随着多媒体技术、计算机网络与通信技术的迅速发展，网络化公 共广播系统逐渐成为众多厂商追逐的研究热点。所谓网络化的公共广播系统，就 是利用网络及其相关设备( 硬件和软件) 传输、处理和控制在扩声和公共广播系 统中的数字声频信号。整个系统经过完全的数字化处理，能解决模拟信号传输方 式下，声频工程管线多、施工成本高、信号衰减等缺点。本文就智能楼字的网络 l 声频技术，提出了一套网络化公共广播系统的方案。用服务器，网线、数字喇叭 取代原有的主控设备，声频电缆、模拟喇叭，从而使传统广播系统的工作模式由 模拟的方式转变为数字化的工作模式，为广播系统的性能及功能的进一步发展奠 定了良好的基础，是基于多媒体技术衍生出来的一种全新的网络公共广播平台。 流媒体技术是最近几年新兴的一种网络媒体技术，是在i n t e m e t 和i n t r a n e t 中采用媒体数据流式传输的新技术，实现了通过网络对多媒体数据进行连续实时 的播放。采用流媒体技术可以很好的解决网络化公共广播系统中数字喇叭存储容 量有限的问题，并可实时播放服务器端发送的多媒体数据。本课题的研究目标就 是要设计这样一个基于流媒体技术的数字化公共广播服务器系统。 本论文对以下研究内容进行了理论和技术的研究与探讨： ( 1 ) 讨论了网络化公共广播系统总的系统结构和工作原理，着重介绍了流 媒体服务器系统的体系结构和工作原理。 ( 2 ) 阐述了流媒体技术的相关概念，如基本结构及其工作原理，文件格式， 相关的网络协议等。并在此基础上进一步介绍了在w i n d o w s 操作平台上开发流 媒体应用系统所需要的两种主要开发技术，d i r e c t s h o w 和w i n d o w sm e d i a 技术。 ( 3 ) 将具备语音广播功能作为一个服务器最小系统，讨论了最小系统的设 计与实现方案，并对最小系统的采集模块和发布模块作了详细的介绍。对最小系 广东工业大学工学硕士学位论文 统的运行调试做了说明与结果分析。 ( 4 ) 在最小系统的基础上，对广播系统进行了功能的扩展，对广播背景音乐 功能，常用语录制功能，远程控制功能等都做了进一步的介绍。并对各功能实现 方案的不足提出了简要的改善方法。 本课题在上述理论和技术的基础上，提出了一套基于数字平台的网络公共广 播服务器系统方案。 关键词：公共广播，流媒体技术，d i r e c t s h o w ，w i n d o w sm e d i a a b s t r a c t t h ep u b l i cb r o a d c a s to ft h ei n t e l l i g e n c eb u i l d i n gc o n t a i n sb a c k g r o u n dm u s i c ， b u s i n e s s ，u r g e n tb r o a d c a s ta n ds oo n g e n e r a l l yp u b l i cb r o a d c a s tt e r m i n a l s a r eu s u a l l y i n s t a l l e df u r t h e ra n dd i s p e r s e d l y , w h i c hc o n s i s t so fd i f f e r e n tw a y st op l a ys u c ha s p a l y i n gc o n t i n u o u s l ya n du r g e n tb r o a d c a s t i n g t h e s ef e a t u r e sc h o o s et h et r a n s m i s s i o n w a y , f u n c t i o nr e q u e s t i n ga n dd e p e n d a b i l i t yt h a tp u b l i cb r o a d c a s tn e e d t oa n a l y s e r e c e n t l ya l o n gw i t ht h ef a s td e v e l o p m e n to fm u l t i m e d i at e c h n i q u e s ，c o m p u t e r n e t w o r k sa n dt h ec o m m u n i c a t i o nt e c h n i q u e s ，n e t w o r kp u b l i cb r o a d c a s ts y s t e m b e c o m e st h eh o ts t u d yt h a tn u m e r o u sm a n u f a c t u r e r sp u r s u et or e s e a r c h t h ep u b l i c b r o a d c a s ts y s t e mm a k e su s eo fn e t w o r k sa n dr e l a t e de q u i p m e n t s ( h a r d w a r ea n d s o f t w a r e ) t ot r a n s m i t ，d e a lw i t ha n dc o n t r o ln u m e r i c a lv o i c es i g n a li nv o i c ee x p a n d i n g a n dp u b l i cb r o a d c a s ts y s t e m s t h ew h o l es y s t e mh a sa b i l i t i e st os o l v et h ep r o b l e m s s u c ha sc o m p l e xc i r c u i t r y , h i g hc o s t , s i g n a lr e d u c i n ga n ds oo ni nt h et r a n s m i s s i o n w a yo fa n a l o gs i g n a lt h r o u g hc o m p l e t ed i g i t a lp r o c e s s t h i sp a p e ra i m sa tp u t t i n g f o r w a r dt h ep r o j e c to fn e t w o r kp u b l i cb r o a d c a s ts y s t e ma b o u tn e t w o r kv o i c e t e c h n i q u ei ni n t e l l i g e n c eb u i l d i n g s u s i n gt h es e r v e r , t h en e tl i n e ，d i g i t a lt r u m p e t w h i c hr e p l a c et h eo r i g i n a lc o n s o l e ，e l e c t r i cc a b l ea n da n a l o gt r u m p e t ，c a u s i n gt h e w o r k i n gm e t h o do f t h e t r a d i t i o n a lp u b l i cb r o a d c a s ts y s t e mt ot h en e ww o r k i n gm e t h o d ， g i v i n gf u l l yp r e p a r a t i o nf o rt h ed e v e l o p m e n to fd e p e n d a b i l i t ya n df u n c t i o no fp u b l i c b r o a d c a s ts y s t e m ，b e i n gan e wn e t w o r kp u b l i cb r o a d c a s ts y s t e mb a s e do ns t r e a m i n g m e d i at e c h i n i q u e s t r e a m i n gm e d i at e c h n i q u eb e c o m e sm o s tp o p u l a ra n dh a sf a s ta r i s e ni nt h el a s t f e wy e a r s ，w h i c hi sak i n do fn e w t e c h n i q u et h a ta d o p t st h em e d i u md a t at ot r a n s m i t b yf l o wi ni n t e r a c ta n di n t r a n e t ，r e a l i z i n gm u l t i m e d i ad a t at ob ep l a y i n gc o n t i n u o u s l y a d o p t i n gt h i ss t r e a m i n gm e d i at e c h n i q u er e s o l v e sp r o b l e m so fl i m i t e dc a p a c i t yi n d i g i t a lt r u m p e t ，a n dp l a y sm u l t i m e d i ad a t ai nr e a lt i m e t h et a r g e to ft h i st o p i ci st o d e s i g ns u c han e t w o r kp u b l i cb r o a d c a s ts e r v e rs y s t e ma c c o r d i n gt os t r e a m i n gm e d i a i i i 变三些叁兰三兰竺：兰竺丝兰 t e e l l i l i c a l n 圮r e s e a r c hc o n t e n t si n c l u d e ： ( 1 ) d i s c u s st h es t r u c t u r ea n dt h ep r i n c i p l eo fn e t w o r kp u b l i cb r o a d c a s ts y s t e m ，a n d e m p h a s i z es e r v e rs u b s y s t e m ( 2 ) e l a b o r a t et h ec o n c e p to fs t r e a m i n gm e d i a , b a s i cs t r u c t u r ea n dw o r kp r i n c i p l eo f s t r e a m i n gm e d i at e c h n i q u e ，m e d i af i l ef o r m a t ，r e l a t e dn e t w o r kp r o t o c o la n ds oo i l i n t r o d u c em i c r o s o rt e c h n i q u e so nd e v e l o p i n gs t r e a m i n gm e d i aa p p l i c a t i o n s ( 3 ) d i s c u s st od e s i g na n dr e a l i z a t i o nm i n i m u ms y s t e mo fn e t w o r kp u b l i cb r o a d c a s t i n t r o d u c et h em o d u l eo f c o l l e c t i o na n ds t r e a m i n g ( 4 )e x p a n dt h ef u n c t i o no ft h eb r o a d c a s ts y s t e mo nt h ef o u n d a t i o no fm i n i m u m s y s t e m i n t r o d u c et h ei m p l e m e n t a t i o no fb a c k g r o u n dm u s i cf u n c t i o n , r e c o r da n d r e m o t ec o n t r 0 1 f i n a l l yi tb u i ku pa ni n t e g r a t e ds e r v e rs u b s y s t e mb a s e do na b o v e t h e o r e t i c sa n d m e t h o d s k e yw o r d s ：p u b l i cb r o a d c a s t ，s t r e a m i n gm e d i a , d i r e c t s h o w , w i n d o w sm e d i a 至王些奎主王：鳘圭兰堡篓兰 独创性声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以 标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，不包 含本人或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明，并表示了谢意。 本学位论文成果是本人在广东工业大学读书期间在导疖的指导下取得的，论 文成果归广东工业大学所有。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任，特此声明。 2 0 0 7 年4 月2 0 日 1 1 引言 第1 章绪论 随着电气工程、计算机网络、计算机通信和计算机软件系统结构和组织结 构的发展，从8 0 年代末开始，我国的智能家居、智能楼宇行业开始发展，逐渐 成为电气工程与自动化领域的一个新的研究热点，被认为是具有高附加值，将成 为国民经济新增长点的产业。加之i n t e r n e t 网向普通家庭生活的不断扩展，消费 电子、计算机、通信一体化趋势日益明显，现代智能家居、智能楼宇在2 【世纪 已成为现代社会和家庭的新时尚。 长期以来，智能化的生活环境一直是学者们非常感兴趣的领域，人们进行 了大量的研究，希望通过网络向普通家庭生活的扩展来实现人类对安全、便捷、 高效、智能化生活的憧憬。楼宇智能化技术正是在这些研究的基础上逐渐形成的 - - i 1 新的学科。它通过对建筑物的结构、系统、服务和管理方面的功能及其内在 联系，以最优化的设计，提供一个投资合理又拥有高效率的优雅舒适、便利快捷、 高度安全的环境空间。数字化的公共广播系统正是在这一概念下衍生出的产 物。我们希望通过对基于流媒体技术的数字广播系统的研究，能够改善楼字模拟 广播的布线环节，喇叭的安装环节，彻底将广播系统的工作模式转变为数字化的 方式，从而为楼字广播系统的智能化发展搭建一个数字化的平台。 1 ，2 公共广播系统的由来、发展及研究的意义 1 2 1 公共广播系统的由来与发展 公共广播系统随着相关技术的不断发展，主要可分为三个发展阶段： 1 初级模拟广播阶段； 广东t 业大掌工学碗：l 学位论文 _ _ _ _ _ _ _ e _ _ _ _ ，_ _ ，e = _ _ _ _ 口，_ _ = e _ _ _ ! j _ 目e = _ = = _ _ | = = = = j t e e ! 墨i i - 该时期的公共广播系统存在于农村、工厂、机关、部队、学校之中，它们通 过中央人民广播电台组成一个全国性的公共广播系统，都以带收音的广播扩音机 为核心。从技术上来说，其功能十分有限，主要是全国统一选通的语音广播。全 国联网的公共广播系统如图l l 所示。 净匿翌磷 广播传 声嚣 匿翌磷 广播传 中央人民 广播电台 担瑶 广播传 ” 声器 声器声器 图1 - 1 全国联网的公共广播系统 f i g 1 - ib r o a d c a s ts y s t e mo v e l t h ec o u n t r y 2 成熟的模拟广播阶段； 该阶段的广播系统与初级阶段相比有几大改变。其一，公共广播网用于发布 一般新闻和政令的功能逐渐淡化，简单的、集中的、统一的追求共性的公共广播 网转变为个性化、多样化和多功能化的独立系统。其二，系统的质量指标有了规 范和新要求。对于系统的信噪比、功率、频响、失真都有了标准。同时广播功放 的功率再不是几十瓦的等级，而是几百瓦甚至上千瓦“。 图l 一2 所示为一个基本满足成熟阶段公共广播系统要求的系统，称为“最 小系统“。该系统同最简单系统相比较，主要是增加了分区、定时控制、警报以 及与消防中心联动的接口。不过最小系统并不完善，之后又提出了改进型的典型 系统、矩阵系统、对讲系统等，在功能方面丁f 始多元化。但总的来说都属于模拟 系统时代的产物。 2 第1 区 1 r = ：_ a 天花扬声器 或广播音柱 第n 区 曜一 市电来自消防中心 图l 2 公共广播系统的最小系统 f i g 1 - 2m i n i m i z es y s t e m 3 智能化的数字广播阶段； 近年来，随着计算机技术的普及，常规公共广播系统的许多环节先后都纳入 了计算机管理，从2 0 0 0 年起，全盘由计算机管理的公共广播系统陆续推出市场。 公共广播开始朝数字化的方向发展。”。 从广播系统的应用发展过程中，我们可以总结出模拟公共广播系统存在的 几大缺点： f 布线缺乏灵活性：模拟广播系统中，各个广播分区分别占用一条属于自 己的广播线路，由于无需考虑线路复用的问题，信道技术比较简单，运行可靠， 维护方便，因此成为经典的形式。但是，随着经济和技术的发展，用户对公共广 播的诉求越来越多，广播分区数量和广播服务区的覆盖面积越来越大。在这种情 况下，空间分割的线路投资会很大。尤其是系统建立之后，若需要重新调整分区 3 广东工业大学工学硕士学位论文 结构，则必须调整布线，在大多数情况下，这是无法接受的。即使采用总线传输 模式，也无法通过简单的管理设备改变线路的功能。 2 信息发布形式单一化：在一条线路或者总线内，通常广播信息是完全相 同的，所谓分区管理也只是将一组线路组成一个分区来实现分区的广播，但在一 条线路上是无法实现动态的分组广播或单点广播的。对于一些重复信息，文本信 息的处理均需有播音员的人工介入，智能化程度较低。 3 传输方式单一：模拟广播线路传输，是一种单向的( 下传的) 有线传输， 故在系统调试和维护的过程中需要人工逐个进行。 1 2 2 公共广播系统的研究现状 正如以上所述，现阶段的公共广播系统正逐渐向全数字化的方向逐步过渡， 主要表现在智能化和网络化两个方面。 1 、智能化 所谓智能化是指计算机化，就是把公共广播系统置于一台通用的p c 机的管 理之下，由通用的键盘操控。系统中的其他环节仍然是常规的，只是添加了计算 机接口，即所谓的p c l i n k 。这类系统只是由数据路由器同p c 机或计算机网络连 接，从而建立起计算机对整个广播系统的监控通道，仍然采用模拟信号的总线传 输模式，在应用上存在许多同模拟广播系统共有的缺点”1 。 另一些更为专业化的系列，则是由一台专用的主机虚拟了系统中除功放以外 的所有环节，直接在主机触摸屏上操控。这类智能化主机用软件实现广播系统的 功能环节，无须周边设备支持。内置数码电声节目源、c d ，不须外设c d 和卡座 的支持，可通过远程传声器进行遥控分区寻呼，实现智能化的调度广播等。可以 说实现了智能化、数字化。但在广播扬声器这端，仍不是完全数字化广播扬声器。 且架设这样一套系统，成本较高。广州市海珠客运站公共广播工程对策所使用的 技术方案就属于这种类型”。 2 、网络化 网络化就是指把传统的公共广播网变成一个数据网。用网络来传输音频数掘 的方案较之模拟广播有一些显而易见的优势：向线简单，无须分区靠线：设 备安装不受机房限制，可安装在网线到达的任何地方，因而可随时扩展：各 4 第1 覃绪论 终端可互动，其它公共广播网原则上只有“下传”功能，无法互动；覆盖范 围广。南京禄口国际机场自动广播的技术实现就采用了网络的解决方案。该系统 通过1 0 1 0 0 m 以太网，根据预置参数与机场航班显示系统连接，实时读取航班 信息。当航班增开、停开、晚点、登机口区域发生变化时，计算机可根据实时信 息自动调整播音时间及内容，实现无入管理下的自动广播“1 。但这一运用只是通 过计算机处理己数字化的内部数据，通过中央接口控制数字语音阵列调用语音库 中相关语音元素合成语音，较之传统直接传输语音信号的广播方式，似乎只能算 是一个智能播放器而已。 基于以上的现况分析，我们可以看出智能楼字公共广播技术在现今很多场合 都有其实际应用价值，但是近年来在工程运用中仍然没有完全达到数字化网络化 的程度。 1 2 3 流媒体技术的发展、现状与应用 从1 9 9 4 年，流媒体才开始正式在互联网上登场亮相。但流媒体在它诞生之初 并没有得到广泛的应用。原因主要有两个：其一就是多媒体本身数据量巨大，而 当时的网络基础条件只能提供非常有限的带宽，无法满足流式播放的要求；其二 就是网络的异构性和通信环境的复杂性，使得多媒体数据在网络上的传输变得异 常艰难。 然而近几年来多媒体数据压缩的性能和压缩比率大幅提升，网络通信技术方 面也出现了一些面向多媒体网络传输的协议、方法和新的媒体格式，加上近年来 宽带接入的迅速普及和3 g 应用的到来，这就给流媒体的发展创造了条件。 当前市场上主流的流媒体技术有三种分别是r e a l n e t w o r k s 公司的 r e a l m e d i a “3 、a p p l e 公司的q u i c k t i m e “和m i c r o s o f t 公司的w i n d o w sm e d i a 。 r e a l n e t w o r k s 公司在2 0 世纪9 0 年代中期就首先推出了流媒体技术，它的 r e a l m e d i a 技术性能出色，具有很多先进的设计，在市场上处于主导地位。目前 r e a l n e r w o r k s 公司在编解码方面的主要技术是r e a lm e d i ac o d e c1 0 。 a p p l e 公司的q u i c k t i m e 是一个非常老牌的媒体技术集成，是数字媒体领域 事实上的工业标准。由于它是一种主要面向专业视频编辑、w e b 网站创建等应用 的多媒体技术平台，因而市场份额有限。q u i c k t i m e 在视频压缩上采用的是 5 广东工业大学 学硕上学位论文 s o r e n s o nv i d e o 技术，音频压缩则采用q d e s i g nm u s i c 技术。 相比之下，m i c r o s o f t 公司起步最晚，但却是后起之秀。利用其w i n d o w s 操 作系统的便利很快便取得了一定的市场份额。去年5 月底，微软公布了1 5 0 多家 支持w i n d o w sx p 媒体技术与格式的厂商名单，横跨了整个计算机、网络、与娱 乐产业，以w m a 格式来抢占m p 3 格式以及r e a l 格式在音乐和影像方面的主流地 位。w i n d o w sm e d i a 编解码器目前的最新版本为9 0 ，它在音频方面采用的是 m i c r o s o f t 公司自主开发的w i n d o w sm e d i aa u d i o 技术。 互联网的迅速发展和普及为流媒体业务的发展提供了强大的市场动力，流媒 体业务正变得日益流行。流媒体技术可以广泛的应用于互联网多媒体新闻发布、 网络电视台、在线直播、远程教育9 1 、网络广告1 、网络视频、电子商务、远 程医疗、远程监控“、视频点播“等互联网的信息服务领域。流媒体技术的应 用将为网络信息交流带来革命性的变化，对人们的工作和生活产生深远的影响。 1 2 4 基于流媒体技术的公共广播平台的研究意义 随着当今现代化城市建设的进步，现代化建筑向大型化、综合化方向的快速 发展，现代大型建筑公共广播系统的管理变得越来越复杂，对系统功能及可靠性 的要求也越来越高。传统的模拟公共广播系统已不能满足时代发展所提出的要 求。所以，将最新的网络技术运用于公共广播系统，以最优化现代智能楼宇，本 身就是楼字智能化技术的一个课题，也是市场需求的选择。 流媒体技术是近几年在网络上迅速发展并得到广泛认可的一门多媒体数据 传输技术。它的出现彻底改变了传统互联网只能表现文字和图片的缺陷，而可集 音频、视频及图文于一体，使互联网成为一种实时音频，视频( v ) 广播媒体。 将这一技术运用于我们智能楼字技术的范畴，是对新技术又次实用价值的探 讨，也拓宽了新技术的应用领域。如何运用流媒体技术来满足楼宇广播的性能要 求。比如，它要求保证声频传输的实时性，合适的数据包的大小来解决终端缓存 容量有限问题等等。这些问题的解决都有一定的实际参考价值。 6 1 3 本论文的组织结构 本文的主要内容是公共广播系统中服务器系统的开发方案的设计，包括了 系统框架的搭建、各功能模块的设计与实现等。 第章对公共广播系统的由来、现状和研究意义作了简单的介绍，阐述了传 统广播系统的基本结构及其存在的缺点。介绍了流媒体技术的发展、现状及其应 用领域。 第二章介绍了基于流媒体的公共广播系统系统结构和工作原理，着重讨论了 服务器系统的体系结构和工作原理。 第三章介绍了流媒体通信的相关知识点，叙述了流媒体技术的相关概念， 原理及在w i n d o w s 操作系统上开发流媒体应用系统的主要技术。 第四章详细介绍了具备语音实时广播功能的服务器最小系统的设计与实现。 叙述了最小系统的结构及其工作原理，对最小系统最重要的两个模块，采集模块 与流化模块做了深入细致的探讨。并对最小系统的运行情况进行了测试与结果分 析。 第五章在最小系统的基础上，对公共广播服务器系统的功能进行了扩展， 提出了对诸如背景音乐功能等服务器功能实现的设计方案。对各功能实现方案中 存在的不足做了简要的分析与改善方案介绍。 7 ：奎三些盔：三兰堡圭兰竺鎏三 2 1 引言 第2 章基于流媒体的公共广播系统 既然网络化公共广播系统中网络所传输、处理和控制的对象是数字化了的 音频信号，因此，一股来说网络化公共广播系统具有网络和数字音频的特点，表 现在音频数字信号在网络上以标准互联网包的形式传递，其动态范围、信噪比、 失真技术、抗干扰能力等技术指标均大大高于传统模拟传输方式，可实现远程传 输，但同时，普通互联网中不确定的延迟将可能产生短脉冲，引起信号丢失、噪 声以及其他杂声，这对多路音频信号的发送接收是不能容忍的。也就是说如果直 接使用t c p i p 协议，则可能会因丢失部分数据包而使音质受损。流媒体技术的 出现使这一问题得到了解决。流媒体技术采用了适合于网络多媒体传输的数据格 式、网络协议，使多媒体数据在网络上能像小溪一样顺畅的“流”动起来。 本文所提出的基于流媒体技术的公共广播系统方案是一种完全借助现成i p 网构建的网络化公共广播系统，模拟音频信号通过服务器转换、压缩编码、打包 直接在口网上传输，广播终端则会将接收到的音频数据包重新组合还原，并且 边接收、边播放、边丢弃。 2 2 网络化公共广播系统的结构与工作原理 网络化公共广播系统的结构如图2 一l 所示。它主要由音频采集设备、服务 器系统、路由器，广播终端系统组成。其中音频采集设备主要负责音频数据的获 取：服务器系统分主控服务器和文件服务器两部分。主控服务器主要负责音频数 据的转换、压缩编码、流化，服务器运行的软件可以对音频数据进行实时处理， 播放，接受得到授权的远程计算机的控制，对音频数据进行流式发送等：文件服 务器则负责对音频数据进行存储，如录制的警示提示，常用语、音乐文件等。广 播终端系统则主要负责接受连接请求，并接收来自服务器发送过来的音频数据流 型：耋彗三耋彗堡塑釜董妄丝垂錾 并边解压边播放。一般来说，运用到广播系统的楼宇都有一定的规模，如学校、 机场等。在建筑物之问，我们可以通过路由器连接，来实现音频数据的网络传输。 图2 - l 网络化公共广播系统的结构 f i g 2 - 1 出cc o n s i t i t u t i o no fn e t w o r kp u b l i cb r o a d c a s t 主控服务器是整个系统的控制中心，背景音乐的连续播放，某些声频节目的 定时播放，通过麦克风的语音直播等功能都要在主控服务器的控制下完成。同时， 主控服务器还要负责系统的初始化，对广播终端的寻址设定，网络状况的分析及 网络传输参数的设定等。文件服务器则是各类音频文件的存储仓库，供主控服务 器按需求来调用数据。 播送终端是一种具有网络地址的广播终端，与可寻址广播的有源终端相似， 但具有从网络上接收数字化音频信号并予以解码的功能，一个或若干个地址相同 的播送终端即构成一个普通的广播分区。这样的终端可有任意个，其播出的节目 内容及播出时间完全受主机控制( 程序控制或手动控制) ，即可同时播放相同的 节目，也可同时播放不同的节目，甚至各终端可用不同步的方式播送同一个节目。 9 广东工业大学工学硕一b 学位论文 2 3 公共广播服务器子系统的设计 2 3 1 服务器子系统的网络结构 公共广播服务器系统的网络结构可用图2 2 表示。 幽2 2 主控服务器系统的网络结构 f i g 2 - 2 t h en e t w o r kd i s t r i b u t e do fs e r v e rs u b s y s t e m 服务器子系统包括了主控服务器和文件服务器两个部分。其中，主控服务器 需要与外界通信。接收来自外部设备传递过来的数字信号。同时主控服务器也要 与文件服务器通信，来调用所需要的音频文件。当这些文件，数据抵达主控服务 器后，主控服务器就可以将这些实况内容和预先录制的音频文件等转换为适合网 络传输的流格式，并通过网络分发这些内容，最终由广播终端接收并播放。 一般来说，实况广播通过麦克风将语音信号采集下来，并经过编码器处理后 在主控服务器发布，面一些音频文件则会预先制作并存储在文件服务器中，在需 要时发送给主控服务器。由于喇叭终端只是一个单纯的接收播放的设备，所以， 主控服务器采取推发稚的方式，将实时数据推送给终端设备接收播放。同时主控 服务器还可以重接受从远程计算机的控制。 1 0 董：耋董三鎏璧篁墼坌茔妄茎至篓 2 3 2 主控服务器系统的工作原理 主控服务器系统的工作原理可用图2 3 表示。 图2 3 主控服务器系统的工作原理 f i g 2 - 3 t h ew o r kp d n c i c p l eo fs e n ，e rs y s t e m 【音频信号的获取。既然是广播系统，能够实现现场的语音广播是其基本 功能之一。故对由麦克风输入的模拟音频数据的获取是广播系统的基本要素。获 取过程基本包括两个方面：( 1 ) 语音从频率信号转化为电信号，这转化一般由麦 克风完成。以驻极体麦克风为例，人声通过空气使震膜震动，从而使上震膜和下 金属铁片的距离产生变化，使其电容改变，形成电流阻抗。得到语音的模拟信号。 ( 2 ) 模拟电信号转换为数字信号，并传输到计算机的内存上。这个过程由声卡完 成。模拟信号经声卡的m i ci n 对阻抗性的信号进行放大，而后通过模数转换电 路将信号转换为计算机能处理的数字信号。 2 音频信号的统一格式转换。在公共广播系统中，无论是语音信号的获取， 还是不同格式的背景音乐文件，如w a v ，m p 3 ，r m 等，最终的目标都是要将 这些不同格式的数据重新压缩编码，组成数据包的形式发送。显然，我们需要设 计一个编码模块来专职完成这些工作。编码模块的工作也包括了两个方面：( 1 ) 对于从声卡接收到的实况音频数据，编码模块将选取合适的编码方案，将语音数 据的文件容量进行有效的压缩。( 2 ) 对于不同格式的媒体文件，编码器就要对其 进行格式的转换。以微软流媒体技术为例，编码器就要将不同的媒体文件格式转 换为w i n d o w sm e d i a 格式。 3 音频信号的流化处理。在网络上传输多媒体文件以往只能采用下载的方 因为直接使用t c w i p 协议，数据包很容易丢失，而使得数据不完整。流媒体技 术采用了一种流式的格式和流媒体协议来确保网络传输的连续完整性。流式格式 广东t 业大学： 学碗士学位论文 = _ e ，t _ = _ = _ _ t t = i _ _ ，_ - _ _ _ _ _ e - - _ e _ 自_ _ _ _ _ 目- j e - e ，- _ | _ _ _ - _ 日自_ 目_ e _ _ _ _ j _ ，_ _ 簟i _ 中包含了描述文件全局信息的一些数据，包括文件大小，流的数量，纠错方法、 编解码器信息等，使接收端可以根据这些信息来接收数据。流化处理就是将压缩 编码后的数据转换成流媒体的数据格式，将其封装成特定顺序的数据包传递出 去。由于音频数据少量的差错和丢失对最终播放质量的影响较小，为了避免采用 可靠传输带来的时延，提高数据的实时性，因此实时传输协议是建立在面向无连 接的u d p 之上的。当服务器端和广播终端建立了通信，这些流化了的数据就可以 开始传递了。 4 音频信号的发布。当以上步骤全部执行完毕后，音频数据就可以在网上 发布了，这时，只要我们对不同的广播终端设备予以不同地址的识别，操控服务 器软件就可以将所指定的音频文件进行发布了。 2 4 公共广播终端系统的设计 终端设备的功能主要是接收数据包并播放，所以，我们的研发方向是设计 一款基于a r m l i n u x 的嵌入式流媒体广播终端播放器。终端的系统结构如图2 4 所示。 幽2 4 公共，“播终端系统的系统结构 f i g 2 - 4 t h es y s t e ma r c h i t e c t u r eo ft e r m i n a lu n i t 该方案在硬件上基于三星公司的$ 3 c 2 4 1 0 处理器，采用嵌入式l i n u x 作为操 作系统，集成了流媒体播放器，提供了网络广播的基本功能。s d r a m 主要是用束 存放执行代码和变量，是系统启动后主要进行存取操作的存储器。$ 3 c 2 4 1 0 在片 内具有独立的s d r a m 刷新控制逻辑可以方便的与s d r a m 接口。本系统使用两片 第2 章基于漉媒体的公共广播系统 三星的k 4 s 5 6 1 6 3 2 e t c 7 5 芯片构建3 2 位的s d r a m 存储器系统。每片k 4 s 5 6 1 6 3 2 e 的存储容量为1 6 组1 6 m 位，工作电压3 3 v ，常见封装为5 4 脚t s o p ，兼容l v t t l 接口，支持自动刷新和自刷新，1 6 位数据宽度。 f l a s h 存储器是一种可在系统中进行电擦写，掉电后信息不丢失的存储器。 作为一种非易失性存储器，f l a s h 在系统中通常用于存放主程序代码，常量表以 及一些在系统掉电后需要保存的用户数据等。本系统采用的k 9 f 1 2 0 8 u o m y c b o 为 n a n df l a s h 存储器。它的存储容量为6 4 m ，数据总线宽度为8 位，工作电压 2 7 v 一3 6 v ，采用4 8 脚t s o p 封装。仅需3 3 v 电压即可完成系统的编成与擦除操 作。 c s 8 9 0 0 a 是用于嵌入式设备的低成本以太网控制器。c s 8 9 0 0 a 为1 0 0 引脚的 t q f p 封装的芯片，是适合细小板型、对成本变化敏感的以太网应用产品的理想 产品。c s 8 9 0 0 a 包括片上r a m 、 0 b a s e t 传输和接收滤波器，并提供8 位和1 6 位两种接口。其独特的p a c k e tp a g e 结构可自动适应网络通信量模式的改变和现 有系统资源，从而提高系统效率。该芯片的突出特点是使用灵活，其物理层接口、 数据传输模式和工作模式等都可以根据需要动态调整。通过内部寄存器设置来适 应不同的环境。 u d a l 3 4 1 是p h i l i p s 公司推出的一款经济型音频芯片，用于实现模拟音频信 号的采集和数字音频信号的模拟输出，并通过i i s 数字音频接口，实现音频信号 的数字化处理。i i s 总线专门用于音频设备之触的数据传输，为立体声音频序列 提供了一个标准解码器的连接。具有正常传输、d m a 、传输接收三种工作模式。 2 5 本章小结 本章简单介绍了网络化公共广播系统的系统结构和工作原理着重讨论了公 共广播主控服务器子系统的体系结构和工作原理。 广东工业大学工学硕士学位论文 第3 章流媒体通信中的相关技术 3 1 流媒体技术 3 1 1 流媒体的定义 流媒体是从英语s t r e a m i n gm e d i a 中翻译过来的“，一般来说，流媒体包 含蹲种含义：广义上的流媒体是使音频、视频等多媒体内容形成稳定、连续的传 输流和回放流的一系列技术、方法，协议的总称，我们习惯上称之为流媒体系统； 狭义上的流媒体是相对于传统的下载一回放模式而言的一种新的媒体播放模式， 在这种模式中，用户不必等待漫长的下载时间，就能快速地从网络上获取音频、 视频等连续的多媒体内容，边下载边播放。传统的下载一回放模式与流式播放的 对比如图3 1 所示。 图3 1 两种播放模式的对比图 f i g 3 一ic o m p a d s o no ft w op a l ym o d e l 1 4 3 1 2 流式系统的基本结构 流式系统一般由采集源、处理模块，发布模块，网络和客户端五部分组成n “。 其基本结构如图3 - 2 所示。 图3 - 2 流式系统基本结构 f i g 3 2t h eb a s i cf r a m eo fm e d i as t r e a m i n g 处理模块通过对节目源( 如各种音视频数据) 内容的采集，再经过各种编码 软件( 如，r e a l p r o d u c e r 、m sm e d i ae n c o d e r 等) 将实时捕获的信息或其它现 有的多媒体文件编码转换为媒体流格式，实现对媒体的流化处理，以及相关媒体 流的编辑、合成等，最后以媒体流的存储格式存储于服务器中。 服务器可以是标准w e b 服务器也可以是专用的媒体流服务器如 r e a l s e r v e r 或m sm e d i as e r v i c e 等。主要用来存储和控制媒体流数据，为客户 端提供各种媒体流服务。 网络则是适合多媒体传输协议甚至实时传输协议的网络，通常采用i p 网。 客户端则是相应可接收流格式数据的播放终端。 3 1 3 流媒体文件格式 从不同的角度看，流媒体数据有三种格式，压缩格式、文件格式以及发布 格式。压缩格式描述了流媒体文件中媒体数据的编码、解码方式；流媒体文件格 式是指服务器端等待传输的流媒体组织形式：流媒体发布格式是一种呈现给客户 端的媒体安排方式“。 1 流媒体压缩格式 压缩格式有时被称为压缩媒体格式，包含了正常描述段声音和图象的同 样信息，尽管它的文件大小被处理得更小。很明显，压缩过程改变了数据位的编 排。在压缩媒体文件再次成为媒体格式前，其中的数据需要解压缩。文件压缩过 程如图3 3 所示。 1 5 广东工业大学工学硕士学位论文 l a r g e f i e s i z e s t a n d 叠r d m e d l af l e f o r m a t c o m p r e s s | o n s o f l w a r e o r h 8 r d w a r e 图3 - 3 文件压缩过程圈 s m a l i e r f l i e s i z e c o m p r e s s e d m e d i af i l t p o r m a t f i g 3 - 3c o m p r e s s e dm e d i af i l ef o r m a t 2 流式格式 流式文件格式经过特殊编码，使其适合在网络上边下载边播放。将压缩媒 体文件编码成流式文件，必须在其中加入一些附加信息以定义各流的属性，如码 率，流文件的时间长度，媒体内容的类型、压缩方法及版权等。文件压缩过程如 图3 4 所示。表3 一l 列举了常用的流文件存储格式。 表3 - i 常_ 睡j 流式文件格式 t a b3 - 1u s u a ls t r e a m i n gm e d i af o r m a t 文件格式扩展媒体类型与名称 r mr e a lv i d e o a u d i 0 ( r e a l n e t w o r k s ) r ar e a la u d i 0 ( r e a l n e t w o r k s ) r p r e a lp ix ( r e a l n e t w o r k s ) r tr e a lt e x t ( r e a l n e t w o r k s ) s w fs h o c kw a v ef l a s h ( m a c r o m e d i a ) a s fa d v a n c e ds t r e a m i n gf o r m a t ( m i c r o s o f t ) l a r g e