基于達芬奇技術的流媒體系統實現

王延家，劉知貴

（西南科技大學 信息工程學院，四川 綿陽 621010）

0 引言

流媒體技術正處在迅速發展的階段。因其具有實時性和連續性的特點，被廣泛用于多媒體新聞發布、視頻點播、實時視頻會議等互聯網信息服務的方方面面。H.264縮標準具有更高的壓縮率和質量,同時還引入了面向包的機制，特別適合IP網絡傳輸，支持視頻的流媒體傳輸。借助TI's Davinci技術實現H.264編碼，利用開源的LiveMediaServer作為視頻流媒體服務器通過網絡實現多播，在不同地點通過運行在PC機上的播放器實現視頻流的播放。

1 系統總體結構實現

系統使用 DM6446數字視頻評估板（DVEM）[1]做硬件平臺,DM6446SOC迎合了嵌入式設備網絡連接和音視頻編解碼的需求。其系統框如圖1所示。CCD圖像傳感器采集的視頻信號經過DM6446的VPSS解碼成YUV格式的數字信號，通過CodecEngine在DSP側實現視頻的H.264標準壓縮，壓縮后的視頻信號與運行在ARM上的LiveMediaServer流媒體服務器交互,LiveMediaServer響應運行在遠程客戶端 PC上的播放器軟件的請求，將數據通過網絡輸送到客戶端播放器，在客戶端可實現播放、暫停、存儲等相關功能。

圖1 系統框

2 音視頻處理的Davinci技術

Davinci技術是一種數字音視頻協同解決方案。其采用了一種開放式的模塊化架構，其各個組件都是可配置的，利于實現軟件的升級和各模塊的重用。主要有以下幾個大模塊組成[2]：

①DSP子系統：主要實現各種格式的音視頻編解碼算法，算法實例可配置為不同的優先級，由DSP/BIOS調度運行。

②ARM子系統：包括ARM9或Cortex-A8及各種外設。主要完成包括 DSP的初始化、引導,應用程序、圖形用戶界面的實現等功能。

③VPSS（視頻處理子系統）：主要實現音/視頻的采集、各種預處理、顯示和提供圖形用戶界面等。

CodecEngine是處理器間通信的橋梁[3]。實現過程如圖2所示。

圖 2 算法調用用過程

首先調用 Engine API VIDENC_p_process(a,b,c)；通過OSAL將參數和調用信息打包發送給處理器間通信協議DSPLink；DSPLink中轉給DSP側低優先級的RMS（基礎服務程序)，RMS根據傳遞來的信息調用DSP本地的算法創建算法實例；而后將句柄返回給ARM端的應用程序完成調用過程。應用程序線程使用信號量同步于RPC調用。DSP可以運行多個算法實例，執行調用的應用程序線程間通過 FIFO方法實現同步。

3 流媒體服務器及實時傳輸協議

LiveMediaServer是一個完善的RTSP程序,支持MPEG、H.264、WAV、ACC等多種格式的音視頻文件，使用RTP、RTSP等流媒體傳輸協議[4-5]?？赏瑫r實現多個不同格式的流傳輸并支持多播，默認使用 RTP/UDP包傳輸。MediaServer采用“源-目的”模式。源者為數據的生產者，即數據源。目的為數據的消費者，即如把接收到的數據存儲到文件就是一個FileSink，而通過RTP打包傳輸就是1個RTPSink。服務器主類為 liveMedia庫下的 RTSPServer；mediaServer下的liveMediaServer為主程序的入口類，DynamicRTSPServer是RTSPServer的實現類。

RTP（實時傳輸協議）：支持實時數據的端到端多播或單播網絡傳輸。它沒有交付機制，必須和UDP一起使用。RTP的主要貢獻是：時間戳、序號、有效載荷等，所有的有用信息都包含在其分組固定和擴展首部中。

RTSP(實時流傳輸協議）[6]：作為MediaServer的傳輸控制協議。在PC播放器與MediaServer間建立并控制流信息，它充當了“網絡遙控器”的角色[7]。RTSP客戶端維護多個連接，通過與控制通道無關的獨立協議發送的流，因此服務器需要維護“會話狀態”以便使 RTSP請求和流相互關聯。常用的命令有OPTIONS、DESCRIBE等。

4 系統設計與實現

4.1 視頻采集實現

Linux運行后處于保護模式，不能直接對硬件進行操作，需要借助系統提供的驅動程序模塊通過標準Linux API完成操作。既可以使用標準的Linux API（open、ioctl、poll等）也可以使用 TI開發的與標準 Linux API兼容 EPSI API(VFPE_open、VFPE_control等）實現采集。采集視頻信號經過A/V接口輸送到CCDC將視頻解碼數字化后送到視頻處理前端的視頻輸入口,DM6446視頻前端再將視頻信號進行一些可選的預處理操作,將視頻數據的緩存地址提供給應用程序。緩存地址應分配物理連續的地址，流程如圖3所示。

圖3 采集流程

4.2 媒體服務器MediaServer實現

MediaServer是采用“源—目的”模式基于事件驅動實現的。TaskScheduler∶doEventLoop()開始事件循環?；具^程如下：

對源代碼進行修改交叉編譯，實現服務器在基于 ARM的達芬奇平臺上的運行。在子目錄有演示例程，修改其源碼使其從傳遞線程緩存中不斷讀取壓縮編碼的H.264視頻數據傳輸到網絡。程序片段如下。

修改配置文件config.armlinux。執行genmakefiles在主目錄及子目錄下生成Makefile,執行make編譯即可。

4.3 系統主程序的實現及測試

整個系統采用多線程機制，充分利用了系統資源提高系統的性能[8]。系統由4個POSIX線程（pthreads）組成,分別為主線程、采集線程、編碼線程、傳遞線程。線程之間使用條件信號量同步，只有當所有的線程都完成初始化之后才能開始各自的循環。它們使用由Memory_contigAlloc()分配的緩存交換數據。MediaServer作為一個獨立進程執行。編碼線程從采集線程獲取數據進行壓縮編碼；將編碼后的數據送到傳遞線程；傳遞線程與 MediaServer交互經網絡傳送出去。線程間交互如圖4所示。

圖4 線程間數據交互

對系統進行了測試。使用CCD圖像傳感器采集D1(720*480)格式的視頻信號序列，速率25幀/s,時間35 s左右。經網絡傳輸后由遠程 PC機上的兼容播放器進行播放、控制。測試結果表明，視頻傳輸實時性良好、畫面質量清晰。系統測試如圖5所示。

圖5 系統測試

5 結語

使用達芬奇技術和開源媒體 Live555StreamingMedia實現了一種嵌入式流媒體系統并對系統進行了驗證?？蛻舳酥恍枰褂貌シ牌骷纯蓪h程場景進行實時查看控制。各種新媒體格式及算法標準不斷涌現，采用達芬奇技術的開放架構便于軟件模塊的重用和升級，加上無線模塊以后可容易的實現無線傳輸功能，具有良好的應用前景。

[1] Texas Instruments.TMS320DM6446 DVEVMv2.0Getting Started Guide[EB/OL]. (2008-11-06) [2011-02-15] .http://www.ti.com/lit/SPRUE66E.

[2] 彭啟琮.達芬奇技術—數字圖像/視頻信號處理新平臺[M].北京:電子工業出版社,2008:36-85,98-99.

[3] STEVE Preissig. Programming Details of Codec Engine For DaVinci Technology[EB/OL]. (2006-08-23) [2011-01-25].http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/tms320dm6446.html.

[4] LiveMediaServer[EB/OL]. (2001-07-08) [2011-01-09]. http://www.live555. com/mediaServer.

[5] 宋融融,陳惠民,凌勇. 流媒體播放器實時傳輸協議的實現[J].通信技術,2005(S1):86-88.

[6] SCHULZRINNE H, RAO A, LANPHIER R.Real Time Streaming Protocol.[EB/OL] (1998-08-23)[2010-12-26].http://www.ietf.org/rfc/rfc2326.txt.

[7] 胡曉,高鷹, 余群,等. 移動數字化校園中流媒體的實現[J].通信技術,2008,41(12):399-401.

[8] Texas Instruments.Encode Demo for the DVEVM/DVS DK1.2[EB/OL].(2007-07-08) [2011-01-19].http://www.ti.comSPRAA96.