基于嵌入式Linux的数字系统设计 .pdf

仪器仪表与分析监测 2 0 1 2年第3期 基于嵌入式 L i n u x的数字系统设计 De s i g n o f Da t a s y s t e m B a s e d On Emb e d d e d L i n u x 薄 涛 唐山开元自 动焊接装备有限公司 河北唐山0 6 3 0 0 0 摘要 提 出了基 于嵌入式 L i n u x的音视频播放 系统设计与实现的系统方案 根据 实际需要对播放 器音视频解码库进行合理的选择 重新配置编译 L i n u x系统下通用播放器 M p la y e r 在 Q t 集成开发环境下 进行用户界面的开发 最后 将 Mp la y e r 可执行文件和 Q t 用户界面一并移植 到开发板 中 和操作 系统一 起 实现一个基 于友好用户界面的 集音乐和视频播放功能于一体的嵌入式多媒体播放 系统 关键词 嵌入式 L i n u x 音视频 播放器 Q t 中图分类号 T P 2 3 文献标识码 A 引言 嵌入式 系统是 一种 以应用为 中心 以计算机 技术为基础 软 硬件可裁剪 的设计 系统 适应 于对功能 可靠性 成本 体 积 功耗 等方面要 求较高的设计领域 随着技术 的不断发展 音 视频播放系统功能逐步完善 得到越来越多人们 的青睐 利用嵌 入式 L i n u x系统设计 音视频播 放 器 可以满足不同人群的需求 1 Mp la y e r 播放器系统的分析设计 在没有用户界面 的前提下 Mp l a y e r 可 以通过 命令行调用的方式进行音视频文件 的播放 从播 放器的整个播放流程角度 出发 可以把所要实现 的功能从结构上分解为 四大模块 音视频输入模 块 中心处理模块 解码库模块 音视频 输 出模 块 结构如图 1 所示 图1 Mp l a y e r 模块化结构框图 1 1 音视频输入模块 音视频输人模块任 务是通过在主机 串 口终端 下输人播放命令行进行 音视频文件输人操作 中 一 3 2 一 心处理模块利用该模块获得用户选择 的待播放文 件的文件路径和文件名 以及播放 音视频文件时 的播放参数 1 2 中心处理模块 中心处理模 块是整个播 放器 的核 心 它将输 入模块 输出模块和解码库模块紧密地联系在一 起 该模块完成 的工作包 括 通过输人 文件 的扩 展名和文件的头信息来判断该输入文件是否被播 放器所支持 对解码库模块 中 的所有解码器进行 注册 能够获取播放文件 的信息 能够 停止播放 文件 并做相应 的处理 能够调用解码 器对音频 采样数据进行读取 能够调 用解码器对视频 帧进 行读取等 中心处理模块在调用播放器 M p l a y e r 的 主程序来播放输入模块中提供的音视频文件前 需 要进行播放初始化操作 播放初始化流程见图 2 播放初始 化主要是检查播放器 当前是否 有文 件在播放 如果有 则调用停止播 放 函数 使 当前 文件停止播放并关 闭 已打开的解码库 同时清空 音频缓冲区 关闭对音频设备的引用 之后 可 判断是否存在 可用 的解码器 如果不存在 则结 束播放初始化 如果存在 则 再判断是否有 可用 的音频通道和视频通道 如果 有则 进行读取文件 长度 获取 比特率等一些基 本的处理 如果 没有 则结束初始化 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 基于嵌入式 L i n u x的数字系统设计薄涛 否 否 读取文件名 是否有可用 是l 是否有音频 通道 否 停 止播放 二二 二二 关闭解码库 二二 二 清空缓冲区 一 关闭音频 设备 是 喜 频 二 垦 通 道 L 否 叫竺 塞 图 2 播放初始化流程图 1 3 解码库模块 解码库模块 的作 用是为 中心处 理模块提供解 码器 对音频和视频 的 已压缩 数据进行 解码 该 模块采用统一 的接 口将所有解码器 的程序进行封 装 采用动态加 载的方式实现各种 数据格式 的解 码 解码库包含解码 器和分离 器 解码 器就是对 音视频数据流进行解 码 的组件 分 离器是把文件 流中的数据分离为音频数据流 和视 频数据流 的组 件 音频数据和视频 数据是分 开解码 的 所 以二 者缺一不可 J 1 4音视频输出模块 音视频输 出模 块是将通过解码 器解码之后 的 音频和视频数据送 到 L C D显示屏 扬声器 和耳机 等输出设备输 出 原始数据经过分 离器分成 了音 频数据 和视频数据 之后分别调用 音频解码器 和 视频解码器进行解码 对音频数据 就会进行重采 样 对视频数 据读取相应 的帧 逐帧解 码 最后 经过采样 的音频数据 和经过渲染覆 盖 的视频数据 会先进行音视频 同步 再分别通过 音频输 出设备 和视频输出设备输 出 因此 可 以将音 视频输 出 模块划分为音频输出和视频输出两个子部分 1 音频输出 在进行音频输 出时 首先要判断音 频输 出设 备是否已经就绪 如果没有就 绪 就不 进行音频 输出 如果已就绪 则要 检查音频缓 冲 区中是 否 有 已经经过解码的音频数据 如果没有则一直 等 待 如果有则调用函数打开音频输出设备 如果 音频输 出设 备成功被打开就会调用写人 函数把 音 频缓冲区内的数据发送到音频输出设备进行输 出 当所有数据输 出完毕后 程序将进行关 闭音频 输 出设备和清空音频缓冲区操作 2 视频输出 在进行视频 输 出时 首先 需要根据屏幕 的尺 寸构造两个 对象 一 个用于存放 当前 帧 一个 用 于旋转帧 然后 检查解 码后 的视频数据是 否 已经 准备就绪 若就绪则 要判断 当前 帧是否 可见 若 不可见则直接等待输 出下一 帧 若可见 则 获取 视频画面 的长和宽 以便来设置输 出画面的长宽 比 紧接着 检查是否设置 了帧旋转标志 若 是 就把长宽数据进行 相应的变换后再进行 处理 然 后把 待 输 出 的 区域 上 的 内容 清 空 并 在 F r a me B u ff e r 中为上面创建 的对象分配空间 最后 将准 备输出的帧发送 到上面分配好 的空 间 并输 出到 显示设备上进行显示 2 播放器用户界面设计 Q t 是一个功能全 面 跨平 台的 c 图形用 户界面应用程序框架 由挪威 T r o l l T e e h公司出品 它给开发者进行 图形用户界 面应用 程序开发提供 所需的所用功能 Q t 是完全面 向对象 的 很容易 扩展 并且允许真正地组件编程 J 2 1 用户界面的总体设计 基于用户界面 的音视频播 放器 除了能播放 音视频之外 从 用户界面外观上需 要实现 的最基 本功能就是停止 暂停 播放 静音 显示 播放 进度条 音量大小 控制条 显 示文件播放 的 当前 时间和文件总 时长 等 但从 总体上 可 以把这些 所要实现 的功能从 结构上分解为 四大模 块 音视 频输 入模 块 音 视频播 放模 块 用 户控 制模 块 音视频输出模块 其模块化结构框图如图 3所示 图 3 播放器模块化结构框 图 音视频输入模 块是响应用户通 过图形界面操 一 3 3 一 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 仪器仪表与分析监测 2 0 1 2年第 3期 纵的文件 打开命令 它将获得用户选择 的待播放 文件的文件路 径和文件名 之后 它将判 断所选 路径下的文件 是否成功打开 如果打开失败 则 退出重新选择 如果打开成 功 将调用音 视频播 放模块播放打开的音视频文件 音视频播放模块是调用音视频播放器 M p l a y e r 来播放用户选择 的合法文件 在这个模块里将要 实现播放器程序 的一些初始化操作 包括播放界 面比例 播放模式 播放视频时的缓冲模式等 用户控制模块是用户通过 Q t 图形界面来操作 播放器的打开 关 闭 暂停 播放 停止 快进 快退 静音等基本功能 音视频输 出模块 主要就是实现播放器播放 界 面在 L C D液晶屏上的输出显示功能 2 2 用户界面功能设计 从播发器的外观上可以看 出 本文设计的播发 器具有如下功能 文件 打开 播放 暂停 停止 快进 快退 静音启动和关闭 音量控制 进度条 控制 下面分别介绍各个功能的详细设计过程 1 音视频文件打开功能 文件打开操作是播放器文件 播放的初始化操 作 在选择要播 放 的音视频 文件前 需要 先判断 当前是否有 文件正在播 放 如果有 则 需要先调 用停止功能程序使 当前文件停止 播放 如果没有 就可以进行音视频文件 的选择 2 播放功能 播放功能在调用播放程序进行音视频播放前 需要对界 面的播放 进度条 音量控制条 的位 置及 时间显示文本框 的显示时间进行初始化 还要 对 播发 器各 功能按 钮 如 播 放 暂停 静音 等 等进行状态使 能的初始化操作 另外 还需 要设 置播放器在播 放音视频时 的后 台模式 播 放 比例 及指定视频缓冲模式等参数 3 时间格式转换功能 时间格式转换功能实现 由播 放器程序获得 的 时间总秒 数 到标 准 的 时分 秒格 式 即 h h m m S S 的转换 4 播放和暂停功能 播放和暂停功能的实现通过播放标志 i s P l a y 来 判断 当 i s P l a y为 1时表示正在播放文件 所 以按 下该按钮时需要 向播放器程序写入 p a u s e 命令使其 一 3 4 一 暂停播放 同时 i s P l a y 置 0 而当 i s P l a y为 0时表 示播放文件处 于暂停状 态 所以按下该按钮时需 要向播放器程序写入 p a u s e 命令使其由暂停状态变 为播放状态 同时 i s P l a y置 1 5 停止功能 停止功能是通 过停止计时器后 向播放程序输 入命令 q 和换行符 n实现的 6 快进和快退功能 在文件播放 的过程 中 如果 用户按下快进或 者快退按钮 系统都会做 出相应的功能 响应 当 按下快进按钮时 系统就会 以当前 时间为参 考计 算到文件结 尾的时间 间隔 即剩余时 问秒 数 如 果剩余时间秒数大于 1 0 s 则系统使播放进度条向 后移动 1 0 s 的距离 显示 的时间也进行加十显示 相应 的 播放器从 1 0 s 后的位置进行播放 如果剩 余时间秒数小于或等于 1 0 s 则播放器直接停止播 放 然后退出 7 静音开启和关闭功能 静音开启 和关 闭功能 的实现方法类似 于播放 和暂停功能 实现方法 通 过标志 i s Mu t e的值来 进 行状态切换 当 i s Mu t e为 1时表示 当前 是静音状 态 所以按 下 该 按钮 时需 要 向播 放 器程 序 写 入 m u t e 0 命令使其关闭静音 同时 i s M u t e置 0 而 当 i s M u t e为 0时表示当前不是静音状态 所以按下 该按钮时需要向播放器程序写入 m u t e 1 命令使 其静音状态由关闭变为开启 同时 i s M u t e置 1 8 音量控制功能 音量控制首先要计算 移动音量控制条之后 的 音量值所 占最大音量 的百分 比 然后 向播放器进 程写入这个百分 比 之后 音量被设 置为相应 的音 量值大小 同时还需要 重新设置静音按