（计算机软件与理论专业论文）基于arm的流媒体传输方法的研究.pdf

硕士论文 基于 八 r m 的流媒体传输方法的研究 abs tract wi ththe r 叩i d dev el opment o f c o n 1 p u t e r s c i enc e 田 l d i ll t e rne t ， th e n e wte c b n o l o gy o fstr e a m m e d i ac an s atis fy o u rr e q u ire m entswhic hwe c an getm u lt im e d ia i n fo rmatlo ni rnrn e d i at e l y . thet e c 1 1 1 1 o 1 o g yo fs t re am me d i ac an p 1 a yav i d e ob y s tream i n gt ran s p o rtb as e d o n rt p 月 汀c pa fl e r as h o rtt i me . i t c an b e 诚d e l yu s e din d i g i ta lvid e ob r o a d c asti n g ， vid e oc o ll fe re n c e ， d i s t anc ee d ucatio nands oo n . e rn b e d deds y s t e mi s o n e o f h o t spo t i n r e s e ar c h fi e 1 d . i t h a s s o me cha ract e ri s t i c s s uch a s l o wp o w e r，s m a l l ， 饭g h l yi nt e g r a ! c dande x p e rtis e . e mb e d d e dsys t e mwas mai n ly app l i e dfor m i l i t aryanda e r o 印a c ei ne arly . wi t hthe d e v e l o p n l e nto f i nte r net ， t h e e mb e d d e ds y s te m is即dwillb eu s e dinia ( in fo rmatio n app lianc e )and 3 c ( c o l l l p ut e r ， c o n l n l u ll l c atio n e mbe d d e d s y stem ; tr ams m is s i o n c o nt r o l ; rtp ;rtc p i i 声明 本学位论文是我在导师的 指导下取得的 研究成果，尽我所知，在本 学 位论文中，除了 加以 标注和致谢的部分外，不包含其他人已 经发表或 公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使 用过的 材料。 与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已 在论文 中作了明确的说明。 研 究 生 签 名 : 益丛互_ 曰 年 夕 月 丁 日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或 上网 公布本学位论文的部分或全部内容，可以向 有关部门 或机构送交并 授权其保存、 借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内 容。 对于保密 论 文， 按保密的有关规定和程序处理。 研 究 生 签 名 :株浓涛 甲年 7 月 犷 日 硕士论文 墓于人 r m的流媒体传翰方法的研究 1 绪论 1 . 1 选题的背景及意义 随着计算机网 络技术和通信技术的迅速发展， 传统的网络应用( 如文件传输 ( 盯p) 、电 子信箱(e 呱1 1) 、远程登录( t e l n et)等)已 经不能满足人们日 益增 长的需要， 集音频、 视频和共享数据于一身的多媒体网 络通信成为新型应用的热 点。多媒体网络通信中， 要求不仅能实时 传送声音和图 像， 而且也可以 传送文本、 图 表和相关实物等各种静止图像信息和相关的活动图 像信息。目 前，i nternet 上多媒体通信应用有多媒体电 视会议、 远程教育、 多媒体信息检索、 视频点播等。 多媒体网络通信具有实时性、 连续性、 集成性、 交互性及大数据量的 特点。 在pc机上，多媒体网络通信， 流媒体的传输，已 经有很多 人做了 很多工作，现 在技术也己比较成熟， 成果也比 较多。 但是基于a 明的嵌入式的流媒体的传输工 作， 现在涉及的 人还不多。 在今后， 消费电 子产品日 益小型化、 智能化的 趋势下， 嵌入式的 产品应用前景广阔。 人们对视频信息的追求， 也必然促进嵌入式环境下 流媒体传输与播放的进一步发展。 本课题来源于南京某公司的实际产品项目 : “ 电梯多 媒体项目” 。 该项目 要求建立一套完整的 嵌入式控制系统软件平台， 该平台建构于a 又 m 嵌入式硬件系统上， 包括嵌入式实时操作系统、现场总线通信软件、a r m平台 驱动程序、流媒体播放系统等。 在电梯中， 因为只能使用嵌入式设备，其内 存小，多数更是没有硬盘存储 介质， 不能播放稍微大一点的 视频文件， 因而只能采用流媒体方式. 其应用前景 广阔， 例如，多个广告， 小区、 公司的介绍， 或者是某一个酒店， 在电梯中播放 当 前酒店正在进行的 活动的介绍、 现场直播会议、 演讲等. 让视频资讯无处不在。 1 . 2 研究领域发展现状 流媒体技术是网 络和多媒体相结合的产物， 它的国际标准和基础研究正在成 为产业界和科研机构密切关注的焦点。 现在典型的流媒体系统有 m i croso ft w i n d 湃s m e d i a ， r e a 1 s y s t e m ， a p p l e q u i c k t i m e等。 但这些 软件的 大小都在几 十兆以 上， 不适合与嵌入式系统相结合。 目 前， 学术界和产业界已开始研发一 些嵌入式系统下的网络多媒体系统， 而其中基于 r t p / r t c p的实时视频传输方法 又是研究的一个热点。 从全球范围 看， 日 本、 韩国的嵌入式流媒体业务起步较早， 视频业务的发展 和推广一直保持领先的地位. 如韩国s kt的nate和j une 业务以 及日 本n ttd oco m 。 硕士论文 墓于冉 只 m的流媒体传输方法的研究 的1 ，。 d e 业务和f 以 认业务等。 这些业务包括视频电视、视频会议、 视频邮件、 远程教育、 视频点播等。 其他运营商如英国vodaf one 和美国s p rint公司也推出 了多种3 g视讯业务。 在国内市场， 比较有影响力的有联通的“ 视讯新干线” 系统， 广州富年公司 的fu ni n h a n d 系统等。 “ 视讯新 干线” 是中 国 联通专为c d 撇 lx移动智能终端用 户量身定制的移动流媒体。 它总体基于微软的. n 叮 技术体制， 移动智能终端使 用w i n d osc e 操作系统，实现了 在线电 视直播、 道路交通监视、视频点播等. punin hand采用新一代的h . 2 64技术. 可保证在2 . sg移动网络环境一下得到较为 满意的视音频质量和手机电 视直播的流畅性。 目 前该系统已经试运营， 同时支持 c d ma lx和g p rs 网 络， 业务发展方式也是通过播放器作为媒体门 户。 该系统支 持c d m alx制式的 三星1 5 1 9 手机观看在线直播电 视，点播音视频片段等不同应 用。 但是， 这些都还处于刚起步阶段， 仍存在不足， 特别是流媒体对带宽的巨大 需求上. 如杭州网 通的1 盯v 用户突破了2 万户。 但是随着用户数量的增多，原 本设计带宽为10m 共享的以太网， 在工 盯v 巨大的流量压力下宽带优势荡然无存， 甚至还影响到使用普通宽带服务的用户。目 前开通的手机电 视业务流量为 sok 左右/ 秒， 画面传送速度为10至12帧/ 秒， 画面流动会显得比 较慢， 这也在一定 程度上影响了收视效果。 1 . 3 研究的内 容 本文基于要在a 明上实现流媒体传输， 播放流媒体的目 地， 对当前流媒体传 输的一些关键技术和嵌入式系统做了 深入研究。 本文要研究的 主要内 容有: ( 1) .嵌入式设备及嵌入式操作系统。 熟悉所用的s t 2 4 10开发板， 交叉编译 工具链的使用， 嵌入式l i nux 操作系统的 裁剪与移植; (2 ) .用于流媒体传输的实时 传输协议r t p/盯cp。深入了 解rtp/r t c p 的规 则和结构，rtp分组头部格式中时间戮与序号对于流媒体实时传输的重要性， r t c p 的s r 分组与rr分组的反 馈信息， 对传输控制的重要性; (3 ) .实时 传输q os控制技术. 基于网 络层的 控制技术及基于应用层的 控制 技术; (4 ) .分析现有的流媒体网 络传输控制方法。 详细分析基于窗口的 拥塞控制 方法及基于速率的 拥塞控制方法的原理和适用范围， 并改进其中基于发送端速率 控制的 拥塞控制方法， 设计一种基于接收端缓存和发送端速率控制相结合的 流媒 体传输控制方法: 硕士论文 墓于冉 只 m的 ( 5).研究分析j 阶p ll b 库。 对j rtp l ib库进行详细的 解读， 分析rtp/rtcp 的实现模块，使之和本文研究相结合。 (6 ) .设计系统平台， 实现本文设计的流媒体传输控制方法。 1 . 4 论文组织结构 本文正文由六章组成，主要内容如下: 第一章， 介绍本文的研究背景及意义、 研究领域的发展现状、 研究内容及论 文各部分内容的组织结构。 第二章，介绍本文研究内 容所涉及的硬件平台和软件平台的相关知识及概 念。对比常见的嵌入式操作系统。 第三章， 介绍流媒体传输的相关技术。 详细阐述了 流行的 用于流媒体传输的 实时 传输协议以 及实时 传输q os控制 技术. 第四章， 分析流媒体传输的特点以 及嵌入式系统的特点。 分析流媒体服务器 端的调度算法及流行的网络拥塞控制方法， 在此基础上给出一种基于接收端缓存 和发送端速率控制相结合的流媒体传输控制方法. 第五章， 设计一个基于a r m的流媒体传输系统， 实现本文设计的流媒体传 输控制方法 第六章，总结了 本文的 研究工作，并提出 进一步的研究期望。 硕士论文墓于冉 卫 m的流媒体传输方法的研究 2 研究平台及环境 2 . 1硬件平台介绍 嵌入式软件的开发， 不仅包含有软件系统的设计，还要有硬件系统的设计， 并且这两个部分的设计是相互关联、密不可分的。 本次实验采用优龙公司 s t 2 4 1 0 开发板，芯片为三星公司的5 3 c 2 4 1 0 ，主频可达2 0 3 栩2 。 2 . 1 . lst2 4 1 0 开发板的硬件构成 s t 2 4lo 开发板的硬件功能有: 1 .采用三星公司的5 3 c 2 4 1 0 芯片，主频可达2 0 3 mhz ; 2 .6 4m字节的sdr 胡，由 两片k 4 5 5 6 1632组成，工作在32位模式下; 3 .6 4 m字节 n a n df l a s h ，采用的是 k 9 f 1 2 0 8 ，可以兼容 1 6 h ，3 2 m或 1 2 8 m 字节，z m 字节的n o rf l a s h ，采用的是s s t 3 9 v f 1 6 0 1 ，工作在1 6 位模式: 4 .1 0m以 太网 接口 ，采用的是c s 8 9 0 0 q3， 带传输和连接指示灯; 5 .lcd 和触摸屏接口; 6 .2 个u s bh o s t ，5 3 c 2 4 1 0内置的，符合u s b i . 1 ; 7 .一个u s bd e v i c e ，5 3 c 2 4 1 0内置的，符合u s b i . 1 ; 8 ，支持音频输入和音频输出，音频模块由5 3 c 2 4 10的hs 音频总线接口和 u d a 1 341 音频编码解码器组成。板上还集成了一个m lc，用于音频输入; 9 ，2 路以rt 串 行口，波特率可高达 1 巧z o 0bp s ，并具有r s 2 32 电平转换电 路: 1 0 .s d 卡接口 ， 兼容s d m e 助r y c ard pro t o c o l l . 0和 s d 1 0 c a r d pro t o c o l 1 . 0 : 1 1 . e m b e d d e d 一 i ce( 2 0 脚标准j tag ) 接口 和并口 式j tag 接口 ， 支持ai)s 、 s d t 软件下载和调试以及f lash的烧写; 1 2 .串行e e p r 伽: at2 4 c 0 24 k b y t e se e p r o m， i i c 接口; 1 3 .蜂鸣器，4 个l e d 灯; 14.开关电源， 分布式电 源供电， 3v铿电 池， 提供c pu内置r tc保持电 源1 1 。 2 . 1 . 2地址空间分配及片选信号定义 5 3 c 2 4 1 0 支持两种启动模式: 一种是从nandf lash启动: 一种是从外部n gcso 硕士论文基于八 r m的流媒体传输方法的研究 片选的n orf l ash 启动。 在这两种启动模式下， 各片选的存储空间分配是不同的， 这两种启动模式的存储分配如图2 . 11 11 0 劝下全 荃 ， f 全 ，州 下 0 x 6 0 0 00 0 0 0 0 x 4 8 0 00 0 0 0 0 x 4 0 0 00 f f f o x 4 0 0 00 0 0 0 n o tu s 6 d s f rare s 0 x3 8 0 0 0 0 0 0 o x 3 0 0 0 0 0 0 0 0 业 8 0 0 0 0 0 0 0 业 0 0 0 0 0 0 0 0 x 1 8 0 0 0 0 0 0 0 x 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 8 0 0 0 0 0 0 b o o t s r a m ( 旅 b y t e s ) s d r a m ( b ank 7 ， n g c s 7 ) s d r a 幼 ( b a n k 6 ， n gcs 6 ) s r o m ( b a n k s ， n gcs s ) s r om ( b 助 忧 4 ， n gcs 4 ) s r om ( b ank 3 ， n 倪5 3 ) s r o 从 ( b a n k z ， n gcs z ) s r o m ( b a n k i ， n (;c5 1 ) s r om ( b a n k o ， n gcs o ) n o tu s e d s f ra r e a n o tu s e d s d r a m ( b a n k 7 ， n gcs 7 ) s d r 八 m ( b a n k 6 ， n gcs 6 ) s r o 幼 ( b 助 张5 ， n gcs s ) s ro m ( b ank 4 ， n gcs 4 ) s r o m ( b ank 3 ， n gcs 3 ) s r o m ( b ank z ， n 叱5 2 ) s r o 初 ( b ank i ， n gcs i ) 0 x 0 0 0 0 0 0 0 0 b o o t s r a m ( 4 kb y t e s ) om 1 : 0 二0 1 ， 1 0 a)notu s i n gn a n df l a s h f o rb o o t i n gr o m om 1 : 0 1 =0 0 b ) u s i n gn 月 叨f l a s hf o r b o o t i n gr o m 图2 . 1 . is 3 c 2 4 1 0 存储分配图 n gcso片选的空间在不同的启动模式下， 映射的器件是不一样的。 由图2 . 1 . 1 可以知道: 在n and fla sh启动模式下， 内部的4kb y t e s b oot sraln被映射到n gcso 片选的空间。在n o rf l a s h 启动模式( 非n a n df l a s h 启动模式) 下，与n g c s o 相 连的外部存储器n or f l ash 就被映射到n g c s o 片选空间11 。 地址空间的分配和其片选定义如图2 . 1 . 2 硕士论文 鉴于a 侧 m的流媒体传翰方法的 研究 地址范围说明 片选信号 0 x 480() 0 0 0()0 x 600 00 0 0() s pr漪殊寄存器) 地址空间 o x 4 0 0 00 0 (x)0 x40 0() 0 f ff n 材 伯f l 八 s h 启动模式下，该 空间没有被使用 非n andf las h 启动模式下， 该空间为b ootsr am 0 x 3 0 0 00 0 0()0 x 3 4 0() 0 0 00s d r a m 空间 n 优5 6 0 x1 9 0 00 3 0() cs8 9 0 0 的1 0 基址fi gcs 3 0 x0 0 0 00 0 0 0 0 x0 o 2 00 0 0 0 n andf las h 启动模式下， boots r a m 的有效地址: 0 x 0 0 0 00 0 0 0 0 x0 0 0 00 p f f n gcs o 非n a n df lash启动模式下， n o rf l a s h ( s s t 3 9 vf1 6 0 1 ) 的 有效地址空间为: 0x0 0 0 00 0 0 00 x 0 0 2 00 0 0 0 图2. l 2 地址空间分配及其片选定义 2 . z a r m 体系结构概述 嵌入式系统一般是由 嵌入式处理器、嵌入式系统软件和嵌入式应用软件组 成。 嵌入式处理器是嵌入式系统的 最核心部分， 而嵌入式处理器自 身的 功能也从 根本上制约着嵌入式系统的应用。 r l s c ( r e d u c e dl n s t r u c t i o ns e t c o m p u t e r ) 型处理器具有结构简单、 处理速度快和处理功能强等优点， 新型的嵌入式系统大 多数都采用 r l sc 型处理器作为核。如 a rm 公司的 a rm，h i t achi 公司的 s h ， m i p s / l s i l o g i c /al d e n y 公司的m i ps和m o t o r o l a 公司的材 c o r e 等都是新型 嵌入式系统常用的r isc 型处理器。 其中， a 阴架构的r l sc处理器数量最大. 2 . 2 . i a 叫简介 a r m 即a d v a n c e dr i s cmac h i n e s 的 缩写.1 9 5 5 年4 月2 6日 ， 第一个a rm 原型在英国 剑桥的a com 计算机有限公司诞生，由 美国 加州s an j osev lsi 技术 公司 制造. 10世纪80年代后期， a 明很快开发成a com 台式机产品， 形成英国计 算机教育的基础。1 9 9 0 年成立ta d v a n c e d r i s c 腼c h i n e s l i m i t e d ( 后来简称为 a rmli mited ， a rm公司 ) ， 其作为 设 计公 司， 是知识产权( i p)供应 商， 本身并不 生产芯片， 靠转让设计许可由 合作伙伴来生产各具特色的芯片。 20世纪90年代， a 明32位嵌入式r i sc 处理器扩展到世界范围，占 据了 低功耗、 低成本和高性能 的 嵌入式系统应用领域。目 前， 采用a rm技术ip核的处理器己 经占 据了32位 硕士论文墓于a rm的流媒体传输方法的研究 risc芯片75%的市场 份额。 可以 这样说， a 朋技术几乎无处不在。 采用a 心ip核的 处理器芯片具有r i sc体系处理器的一般特点， 如: 具有大 量的寄存器;绝大多数操作都在寄存器中进行，通过l oad / s t ore 的体系结构在 内存和寄存器之间 传递数据; 寻址方式简单; 采用固定长度的指令格式。 除此之 外，八 明体系采用了 一些特别的技术，在保证高性能的同时尽量减少芯片体积、 降低芯片的功耗。 这些技术包括: 在同一数据处理指令中包含算术逻辑单元处理 和移位处理; 使用地址自 动增加( 减少) 来优化程序中循环处理; load/ s t ore指 令可以 成批量传输数 据， 从而提高数据传输的效率; 所有指令都可以 根据前面指 令执行结果，决定是否执行，即 所有指令都可以条件执行，以提高执行的效率。 迄今为止， a rm系统结 构共定义了6 个版本， 版本号为1 一6 。 从版本1 到版本6 ， a rm 体系的指令功能不断扩大。同时各版本还有一些变种， 这些变种定义了该版 本指令集中的不同功能。 a 踢处理器系列中的各种处理器， 其采用的实现技术各 不相同，性能差别很大，应用场合也有所不同，但是只要它们支持相同的 a 伽 体系版本， 基于它们的 应用软件将是兼容的ts。 2 . 2 . za 哪的体系结构 a rm设计实现了 外型非常小但是性能高的结构。 处理器结构的简单使a 朋的 内 核非常小，这样也 使器件的功耗变得很低。它集成了典型的r i sc结构特性: . 一个大而统一的寄存器文件: . 转载/ 保存结构， 数据处理的操作只针对寄存器的内容，而不直接对存储 进行操作: . 简单的寻址模式，所有装载/ 保存的地址都只由寄存器内 容和指令域决 定; . 统一和固定长度的指令域，简化了指令的译码; 此外， a 明体系结构还提供: . 每一条数据处理指令都对算术逻辑单元(a lu) 和移位器控制，以实现对 a lu和移位器的 最大利用; . 地址自 动增加和自 动减少的寻址模式实现了程序循环的 优化; . 多寄存器装载和存储指令实现最大数据吞吐量: . 所有指令的条件执行实现最快速的代码执行。 2 . 2 . 3a r m 处理器系列 a 既提供一系列内核、体系扩展、微处理器和系统芯片方案。目前应用的比 硕士论文 荃于人 r m的流媒体传翰方法的研究 较多的是a 圈7 系列、 a 明9 系列、 a 明g e 系列、 a rm10系列、 s ecurc ore 系列和 in te l 的s t r o n g a rm、 xsc ale 系列。 其中 每一 类又根据 其各自 包含的 功能 模块而 分为多种构成。 在a 明内核中有四个功能模块可供生产厂家根据不同的用户的不 同 要求来配置生产。 这四 个模块分别用t 、 d 、 幼 、1 来表示。 t :表示thu . b ，该内核可从16位指令集扩充到32位a rm指令集; d : 表示 d eb ug， 该内 核中 放置了 用于调 试的结构， 通常它是一 个边界扫描 链j t a g ，可使c pu进入调试模式， 从而可方便地进行断点设置、单步调试; m : 表示mul t i p l i e r ，是8 位乘法器; 1 : 表示 e mbed d edl ce log ic， 用于实 现断点 观测及变量 观测的 逻 辑电 路部 分， 其中的t a p 控制器可接入到边界扫描链。 1 ， a 哪7 系列 a rm7系列包括 a 明7 t d m i 、a rm7 tdm i 一 5 、带有高速缓存处理器宏单元的 a 明720t和扩充了jazene 的a rm7ej-s 等。它采用a r mv4t(n e w m a n ) 结构，分为 三级流水，空间 统一的指令与数据c ache。 广泛应用于多媒体和嵌入式设备。 2 .a 明9 系列 a 朋9 系列包括a 明g t 服工 讯r m 9 2 0t和带有高速缓存处理器宏单元的a rm940t。 它采用a 朋v 4t(h arvard) 结构， 五级流水处理以 及分离的c ache结构。 所有的a r m g 系列处理器都具有t humb编码指令集和基于emb edd edl cej t a g 的软件调试方式。 a r m g 系列兼容a 哪7 系列，而且能 够比八 叫7 进行更加灵活的设计。 主要应用于 引 擎管理、仪器仪表、 机顶盒、 p d a 、带有mp3 音频和淤e g 4 视频多媒体格式的 智能电话中。 3 .a 明ge系列 a 明g e 系列为综合处理器， 包括a 明9 2 6 e j 一 5 、 带有高速缓存处理器宏单元的 a 朋9 6 6 e 一 5 / a rm9 4 6 e 一 5 。同样为五级流水处理以及分离的c ache 结构。该系列强 化了 数字信号处理功能， 可应用于需要d sp与微控制器结合使用的情况， 将thu m b 技术和dsp 都扩展到a rm指令集中，并具有e m b e d d edlce-rt逻辑，更好地适应 了 实时 系统的开发需要。 同时 其内 核在a 明9 处理器内 核的 基础上使用了jazene 增强 技术，支持一种新的j ava 操作状态， 允许在硬件中执行j a v a 字节码。 4 . a 明10系列 人 rm10系列包括a rm1 0 2 0e和a rm1 0 2 0e微处理器核。 它采用a 只 m v s t 结构， 六级流水处理，指令与数据分离的c ache结构。其核心在于使用向 量浮点( vpp) 单元v f p 10提供高性能的浮点 解决方案， 从而极大的提高了 处理器的 整型和浮点 运算 性能。 v f p 10采用七级流水结构. 此系列应用于下一代高性能手持式网络设 备以 及数字式消费类应用。 硕士论文墓于人 只 m的流媒体传输方法的研究 5 .s e c u r c o r e 系列 s e c u r c o r e 系列包括s c 1 0 0 、 s c l l o 、 s c 2 0 0 和s c z 1 0 处理核。该系列处理器 主要针对安全市场，以 一种全新的安全处理器设计为智能卡和其他安全 ic开发 提供独特的32位系统设计，并具有特定的反伪造方法，有助于防止对硬件和软 件的盗版。 6 .s t r o n garm系列和x s c a l e 系列 stron 幼朋处 理 器 将工 ntel处理器技术和a 双体系结 构融为 一体， 致力于为 手提式通信和消费电 子类设备提供理想的解决方案。 它采用五级流水结构，目 前 有s a l l o 、s a l l 0 0 以 及s a l l l o 等。 int e1 x s c ale 微体系结构则提供全性能、高性价比 和低功耗的解决方案， 支持16位t h u 口 b 指 令 和d sp指令11 0。 2 . 2 . 4 嵌入式系统的发展 事实上， 在很早以前， 嵌入式这个概念就已经存在了。 在通信方面，嵌入式 系统在20世纪60年代就用于电子机械电 话交换的控制， 当时被称为“ 存储式程 序控制 系 统”( s t o r e d p r o g r 潮c o n t r o l ) 1 5 . 嵌入式计算机的 真正发展是在微处理器问世之后。1 9 71年n月，i ntel成 功推出了第一款微处理器 i nte14004，其后各个厂家陆续推出了许多 8位、16 位的微处理器，包括i n t e l 8 0 8 0 / 8 0 8 5 、 8 0 8 6 ， m o t o r o l a的6 8 0 0 、6 8 0 0 0 ，以 及 2 1 1 o 9的2 8 0 、280 00等.以 这些微处理器作为核心所构成的系统， 广泛地应用 于仪器仪表、医疗设备、机器人、家用电器等领域。 此时，为灵活兼容考虑，出 现了系列化、 模块化的单板机。 它使人们可以不必从选择芯片开始来设计一台专 用的嵌入式计算机， 而是只要选择各功能模块， 就能够组建一台专用计算机系统。 如i n t e l 的i s b c 系列、 2 1 1 0 9 公司的mcb 等。 用户希望从不同厂家购买的产品可以互相兼容， 工业控制微机系统总线因此 单身。 1 9 7 6年， i n t e l 推出mul t i b u s ，1 9 8 3年扩展为带宽达 4 0 mb/ 5的 m u l t i b u s ll 。 1 9 7 8 年由pro l o g 设计的简单s t n 总线更是广泛应用于小型嵌入式 系统中。 20世纪80年代， 随着微电 子工艺水平的提高， 集成电 路制造商开始把嵌入 式应用中所需要的 微处理器、 工 /0接口、 a/d 、 d /a转换、串行接口以及r a 朋 、 r om 等部件统统集成到一个v l si中，从而制造出面向1 /0设计的 微控制器，即单片 机。 其后发展的d sp产品则进一步提升了嵌入式计算机系统的 技术水平， 并迅速 渗透到消费电子、 医用电子、 智能控制、 通信电子、 仪器仪表、 交通运输等各个 领域。 硕士论文墓于a r m 的流媒体传输方法的研究 2 0 世纪90年代， 在分布式、 柔性制造、 数字化通信和信息家电 等巨 大需求 的 牵引 下， 嵌入 式系统进一步 加速发展。 t exas推出 的 第三代d sp芯片t ms3 2 o c 3 0， 引导着微控制器向32位高 速智能化发展【 1 习。 21 世纪无疑是一个网络的时代， 使嵌入式计算机系统应用到各类网络中去 也必然是嵌入式系统发展的重要方向。嵌入式设备与hite m e t 的结合将代表嵌入 式系统的未来。 2 . 3软件平台介绍 2 . 3 . 1常见的嵌入式操作系统 1 . 嵌入式linux lin u x 是一个发展最快，应用最广泛的操作系统. l i nux 本身的种种特性使 其成为嵌入式开发中的首选。 嵌入式l i n u x 协会( e l c ) 在2 0 0 2 年底发布te l c 产品规范版本1 . 0 ( e l c p s ) ， 它给我们提供了一下好处: . 嵌入式l i nux 发布可以 很清楚的显示自 身的功能 特性; . 第三方类库和中间程序在很少或没有额外接口的条件下就可以运行不同 的嵌入式l i nux 配置: . 软件开发人员可以将程序段写入一个现成的a pi 中，并相信这一代码段 可为其他的嵌入式l i n ux环境提供接口。 p cli n u x 是一个完全符合g nu/ g pl 公约的操作系统， 完全开放代码，现在 由l i n e o 公司支持维护。它由l i n u xz . 0 / 2 . 4内核派生而来，沿袭tl i n u x的 绝大部分特性。 它是专门 针对没有m m u的c pu， 并且为嵌入式系统做了许多小型 化的工作。 适用于没有虚拟内 存或内 存管理单元的处理器， 例如 a 朋7 t d m 工 ，它 通常用于具有很少内 存或f l ash的嵌入式系统。由于 p c linux 在标准的l i nux 基础上进行了适当的裁剪和优化，形成了一个高度优化的、代码紧凑的嵌入式 l i n u x ， 虽然它的体积很小， p c l i nux 仍然保留了l i nux 的大多数的优点: 稳定、 良 好的移植性、 优秀的网络功能、 对各种文件系统完备的支持，以及标准丰富的 a p i 等。 2 .w i n d o ， sc e windows ce是微软公司开发的一个开放、 可升级的32位嵌入式实时操作系 统， 是基于掌上型电脑类的电子设备操作系统。 它的图形用户界面相当出众。 其 中c e中的c 代表袖珍( c o 叩a c t ) 、消费( c o n s ume r ) 、 通信能力( c o n n e c t i v i t y ) 和伴侣( c o m p a n l o n ) ，e 代表电 子产品( e l e c t r o n i c s ) 。 w i n d 湃sc e 是由微软自 硕士论文基于冉 只 m的流媒体传翰方法的研究 行开发的 嵌入式新型操作系统， 但它是基于w i n32 a pi重新开发的、 新型的信息 设备平台。 具有模块化、 结构化和基于w i n 32应用程序接口以 及与处理器无关等 特点。 而且基于贾 i ndows 操作系统的绝大多数的 应用软件至需要简单的修改和移 植就可以 在w i nd佣s ce平台上继续使用。它具有可靠性、实时性、可裁剪性。 w i n d osc e . n e ts . 0 是其最新版本。 3 .v x w o r k s v x w o rks 操作系统是美国俄ndr i ver 公司于1 9 8 3 年设计开发的一种嵌入式 实时操作系统( rtos) ， 是嵌入式开发环境的关键组成部分。 以 其良好的持续发展 能力、 高性能的内核以 及友好的用户开发环境， 在嵌入式实时操作系统领域占据 一席之地。 并以 其良 好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用于通信、 军事、 航 天航空等高精尖技术及实时性要求极高的领域中。 它具有可靠性、 实时性、 可裁 剪性。 4 .p c / 0 5 一 1 1 p c/os一 n 通过了 美国联邦航空局(f 从) 商用航行器认证， 符合航空无线电技 术委员会( rtc a)的do一1 7 8b标准，该标准是为航空电 子设备所使用软件的性能 要求而制定的。 自1992年问世以来， p c/os一 n己经被应用到数以百计的产品中。 它具有可移植 性， 它的 源码绝大部分是使用移植 性很强的ans lc编写1 10。 基于以上各系统的特点， 考虑到通用性、 使用方便性， 以及未来的发展趋势。 本文决定采用嵌入式linux 。 2 . 3 . 2嵌入式 l i n u x linux 从 1 9 91年问 世到现在，短短的十几年时间己 经发展成为功能强大、 设计完善的操作系统之一， 不仅可以与各种传统的商业操作系统分庭抗争， 在新 兴的嵌入式操作系统领域内也获得了飞速发展。 根据i dc 的报告， linux 已经成 为全球第二大操作系统。 预计在服务器市场上， l i nux 在未来几年内将以每年2 溅 的 速度增长， 中国 的l i nux 市 场更是保持4 0%左右的 增长速度i3) 。 嵌入式l i nu x 是指对标准l i nux 经过小型化裁剪处理之后， 能够固化在容量只有几百k 或者几 m 字节的存储器芯片或者单片机中， 适合于特定嵌入式应用场合的专用l i nux 操 作系统。 嵌入式l i mix 的开发和研究是操作系统领域中的一个热点，目 前己 经开 发成功的嵌入式系统中，大约有一半使用的是l i nux 。l i nux 之所以能在嵌入式 系统市场上取得如此辉煌的成果，与其自 身的优良 特性是分不开的. .广泛的 硬件支持。 l i n u x 能够 支持x s 6 、 a 踢、 m i p s 、 a l p h a 、 p o 份 e r p c 等 多种体系结构，目 前已 经成功移植到数十种硬件平台， 几乎能够运行在所有流行 的c p u 上。 linux 有着异常丰富的驱动程序资源， 支持各种主流硬件设备和最新 硕士论文 墓于冉 只 m的流媒体传物方法的研究 的 硬件技术，甚至可以 在没有存储管理单元伽侧 ) 的处理器上运行，这些都进一 步促进了l i nux 在嵌入式系统中的应用。 . 内 核高效稳定。 l i nux内 核的高效和稳定已 经在各个领域内 得到了 大量 事实的验证， l i nux 的内 核设计非常精巧， 分成进程调度、内 存管理、 进程间 通 信、 虚拟文件系统和网 络接口 五大部分， 其独特的 模块机制可以 根据用户的需要， 实时地将某些模块插入到内 核或从内核中移走。 这些特性使得linux 系统内核可 以裁剪得非常小巧，很适合于嵌入式系统的需要。 . 开放源码，软件丰富。linux是开放源代码的自由 操作系统，它为用户 提供了最大限度的自 由 度。 由于嵌入式系统千差万别， 往往需要针对具体的应用 进行修改和优化， 因而获得源代码就变得至关重要了。 l i nux 的软件资源十分丰 富， 每一种通用程序在 l i nux上几乎都可以 找到，并且数量还在不断增加。 在 lin u x 上开发嵌入式应用软件一般不用从头做起， 而是可以 选择一个类似的自 由 软件作为原型， 在其上进行二次开发。 . 优秀的开发工具。开发嵌入式系统的关键是需要有一套完善的开发和调 试工具。 传统的 嵌入式开发调试工具是在线仿真器( in一i rcuit e m u l ator， i c e)， 它通过取代目 标板的 微处理器， 给目 标程序提供一个完整的 仿真环境， 从而使开 发者能够非常 清楚地了 解到程序在目 标板上的 工作状态， 便于监视和调试程序。 在线仿真器的价格非常昂贵， 而且只适合做非常底层的调试。 如果使用的是嵌入 式l i nux ， 一旦软硬件能够支持正常的串口 功能时， 即使不用在线仿真器也可以 很好地进行开发和调试工作，从而节省了 一笔不小的开发费用。嵌入式 l i nux 为开发者提供了 一套完整的工具链( t oo1 c hai n)， 能够很方便地实现从操作系统 到应用软件各个级别的调试。 . 完善的网络通信和文件管理机制。 l i nux 从诞生之日 起就与i nternet 密 不可分， 支持各种标准的工 nternet 网络协议， 并且很容易移植到嵌入式系统当 中. 此外， l i nu x 还 支持e xtz 、f at32、 r o 田 f s 等文件 系统， 这些都为开发嵌入 式系统应用打下了很好的基础。 荃于人 r m的流媒体传物方法的研究 3 流媒体传输相关技术研究 3 . 1流媒体技术概述 随着互联网的飞速发展， 流媒体技术的应用越来越广泛， 从网上广播、 电影 播放到远程教学及在线的新闻网站等都用到了 流媒体技术。 3 . 1 . 1流媒体的 概念 所谓流媒休( s t re柳med i a)是指采用流式传输的方式在网络中播放音频、 视 频或多媒体文件。 流媒体在播放前并不下载整个文件， 只是将开始部分内容存入 缓存， 在计算机中对数据包进行缓存并使媒体数据正确的输出， 不需要在最终用 户的磁盘上有固定的存储空间。 流媒体的数据流随时传送， 随时播放， 只是在开 始的时候有一些延迟。 一个以流式传输的媒体文件数据包在开始装入后， 只需几 秒或几十秒的启动延时就能利用计算机上的解压设备( 硬件或软件) 对编码的媒 体数据包进行解压、 重组、 排序， 然后进行播放。 而此时， 后台就会接连不断的 边收取多媒体文件的剩余数据， 边进行连续的播放。 用播放一系列连续的媒体片 段来代替传统的等待一个完整的媒体文件下载后再播放。 前一个片段播放后就从 缓存空间丢弃， 以空出更多的空间来接收下一个片段的数据包。 这种流式传输方 式不仅使启动延时大幅度地缩短， 而且对系统缓存容量的需求也大大的降低， 极 大的减少用户的等待时间。 而且由于采用此方式来播放多媒体文件并不会在最终 用户的计算机上留有副本，这一机制也有效的 起到了保护作品版权的作用。 3 . 1 . 2流媒体传输的 方式 流媒体传输有特定的 传输方式: 流式传输. 它的定义很广泛， 现在主要是指 通过网络传输多媒体技术的总称。其传输方法有两种:顺序流式传输 ( pro g r e s s i v es t r e ami n g ) 和实时 流式传输( r e a l 一 t i me s t r e ami n g ) 。 1 . 顺序流式传输 顺序流式传输是顺序下载， 在下载文件的同时用户可以 观看已下载的部分， 不能跳到还未下载的 部分。 标准的h 竹p 服务器可以 发送这种形式的文件，也不 需要其他特殊的协议，因此它也经常被称为h 竹p 流式传输。 由 于采用此种传输方式， 文件在播放前部分是无损下载的， 这样可以 保证媒 体播放的最终质量。 但这也意味着用户在观看前， 必须经历延迟。 顺序流式传输 比较适合高质量的短片段，如片头，广告等. 硕士论文 塞于冉 只 m的流媒体传翰方法的研究 2 . 实时流式传输 实时流式传输是指实时传送， 保证多媒体信号带宽与网络连接匹配， 使媒体 可被实时播放。 它可以 在传输期间 根据用户连接的 速度实时 做出 调整。 支持随机 访问，用户也可快进或后退来欣赏任意点的媒体内容。 实时流式传输必须匹配连接带宽， 因此在低速连接时图像的质量较差， 而且， 由于出错和丢失的数据会被忽略， 当网络出 现拥塞时会严重影响视频质量。 它的 传输必须要基于实时流协议 rts p ( r e a 1 t i me s t r e ami n gpro t o c o l ) 。实时流式 传输也需要专门的 流媒体服务器支持， 并且要以 一定的速率持续传送. 流媒体服 务器可以 根据网 络状况， 实时调整发送速率，实现智能传输。 3 . 2实时传输协议 国际标准化组织 i t u t专门为语音、视频、仿真等实时数据传输制定了 r t p /r c tp协议 ( 孙c 1 8 89 ) ， 使l a n和in t e m et具有多 媒体实时 数 据传输的 能 力。 r t p 沁al t 如 e tr an sp ortp ro t o co l) ， 实 时 传 输 协 议 ， 提 供点 到 点 通 信 田苗 c ast) 和多 播( m u l t i c ast) 网 络上实时 传送流媒体数据. r t c p ( r e altimet 烧 口 5 卯rt c o n tr o i p r o t o c o l) ， 实时 传输 控制协 议， 通过rtc p 携带的信息， 实时检测音频、 视频数据包的延时、 抖动、 丢包状况， 为应用程序 提供当前网络的动态信息， 由 此再对数据发送源的发送参数做出调整， 适应网络 变化。使最大限度地利用网络资源，以提高网络服务质量. rts p ( r e alt