基于UPnP網絡收音機的設計與實現

韓云龍

(中國礦業大學(北京)機電與信息工程學院，北京100083)

網絡收音機的主要功能是播放因特網上的直播或者點播的音頻流，可以支持WMA、Real Audio、MP3等多種音頻格式[1-3]。可以支持的流媒體協議有：實時流媒體協議 RTSP、流媒體傳輸協議 RTP、Real Works數據傳輸協議RDT、超文本傳輸協議HTTP等。可以支持根據國家、數據速率和年齡來選擇直播或者點播的節目。通用即插即用 UPnP（Universal Plug and Play）主要用于實現設備的智能互聯互通，使用UPnP協議不需要設備驅動程序，因此使用UPnP建立的網絡是介質無關的，它可以運行在幾乎所有的操作系統平臺之上，可以使用 C、C++、JAVA和VB等開發語言，使得在辦公室、家庭和其他公共場所方便地構建設備相互聯通的網絡環境[4-6]。UPnP媒體播放器及網絡收音機是一個內置UPnP協議的嵌入式音頻流媒體播放器。它可以連接任何內置UPnP服務器的設備，比如PC或者MHG等。通過局域網連接UPnP服務器時，設備的功能是作為UPnP媒體播放器；當通過因特網連接網絡電臺的多媒體服務器時，此時該設備作為網絡收音機工作。圖1所示為UPnP媒體播放器及網絡收音機的兩種工作模式。

圖1 UPnP媒體播放器及網絡收音機兩種工作模式的關系

1 硬件設計

硬件系統主要由以下幾部分構成：主芯片Frontier Silicon 的 FS1020、WiFi模塊 muRata SP-8HGC-D、電源和音頻管理單元AS3654、前面板控制和顯示芯片CY8C21434、三波段雙模射頻接收器FS1110以及32 MB的Flash和32 MB的SDRAM。硬件結構如圖2所示。

圖2 硬件框架圖

主控芯片FS1020主要針對數字音頻播放器設計，內置一顆 64 bit的 DSP和一顆 16 bit的 RISC，可以支持4個獨立硬件線程。FS1020有以下一些主要功能：On-chip CXO只需要非常低的外部晶振；DAB信道解碼(1.8 Mb/s)無需外置SDRAM；可選的針對內核的片上電源供應切換模式 SMPS（Switched-Mode Power Supply)；通過整合混合信號組件（ADC、PLL、Power-on reset、DCXO、SMPS和stereo DAC）獲得最小數量的系統組件；通過高配置SPI或者并行DVB-SP接口，無縫連接媒體處理器，從而獲得DMB-T的全解碼；通過串行口可以把服務數據傳送到主控端(SCP、SPI、UART)。前面板按鍵采用電容式按鍵CapSense技術。這種技術在便攜式播放器中大量使用(如iPod)，使用靈活、壽命長且外觀美觀。WiFi模塊 muRata SP-8HGC-D支持 802.11b/g，封裝小,性能穩定。電源控制采用高度集成電源供應和監控，電池管理和充電的解決方案AS3654整合了系統電源管理所需的一切資源，如時鐘、中斷、電壓和溫度監控等。

2 軟件設計

網絡收音機軟件設計中含有UPnP控制點模塊、UPnP播放器模塊和一個網絡電臺門戶網站接口模塊（Portal Interface）。這樣，網絡收音機實際上就是一個以網絡電臺門戶網站（Portal）為服務器的UPnP播放器。圖3為網絡收音機的系統結構圖。

網絡電臺門戶網站接口模塊提供UPnP控制點和系統控制模塊對網絡電臺門戶網站的接口，主要提供設備注冊、登錄、認證、目錄服務器的瀏覽和搜索以及報告門戶網站各種狀態的功能。流媒體傳輸控制模塊可以支持全球10 000多個網絡電臺所使用的絕大部分的流媒體傳輸協議。工作流程如下：(1)UPnP控制點通過網絡電臺門戶網站接口登錄門戶網站，認證通過后，門戶網站會把預先定義好的設備描述文檔回傳給UPnP控制點，設備發現工作完成；(2)網絡收音機通過預先定義好的接口在目錄服務器中瀏覽和搜索網絡電臺。目錄服務器是一個包含全球10 000多個電臺詳細信息的數據庫，包括URL、編碼類型、帶寬、流媒體服務器類型等；(3)如果選定播放某一個電臺，網絡電臺門戶網站會把電臺URL等相關信息回傳給UPnP控制點；(4)UPnP控制點根據回傳的信息，啟動帶外傳輸，UPnP媒體播放器開始解碼播放網絡電臺傳來的音頻流媒體數據。下面重點介紹幾個模塊的軟件實現。

2.1 瀏覽

瀏覽(Browse)是網絡收音機最重要的功能之一。其功能是從網絡電臺門戶網站上按照UPnP標準格式下載特定的節目列表。瀏覽功能的執行順序圖如圖4所示。

2.2 搜索

搜索的動作與瀏覽的動作類似，都需要以一個ContainerID開始。搜索請求通過HTTP GET來實現，其使用格式如下：

GET http：//Portal.pure.com/ContentDirectory/Control?action=Search&ContainerID={value}&SearchCriteria={value}&Filter={value}&StartingIndex ={value}&RequestedCount ={value}&SortCriteria={value}

這個命名需要以下參數：

ContainerID：開始搜索的包容器的ID，如果是0就從根目錄開始搜索。

SearchCriteria：一個描述要搜索什么的字符串。特定的搜索標準是所能支持的搜索標準的一個子集。服務器所支持的搜索集合可以通過GetSearchCriteria請求獲得。

濾波器：一個逗號分割的屬性列表，描述決定什么數據會在反饋中被返回。強制域是總被返回的(如標題)。

StartingIndex：一個以零開始的偏移，描述結構中第一個返回值在搜索結構中的偏移量。

RequestedCount：返回結果的數目。0表示全部。

SortCriteria：一個逗號分割的屬性列表，描述如何排列結果。

盡管UPnP AV提供了廣泛的標準字符串，但Portal只支持其中有限的一部分。

2.3 喜好節目管理

喜好節目管理主要有增加、刪除和清除喜好節目列表功能，具體功能實現如下：

(1)增加喜好節目（Add Favorite）

這個命令可以在服務器上喜歡節目列表中增加喜歡的節目。

X_AddFav要求用HTTP POST命令，形式如下：

POST http：//Portal.pure.com/ContentDirectory/Control

參數如下：

action=X_AddFav&pure：Bookmark={value}&ParentID={value}

(2)刪除喜好節目（Remove Favorite）

這個命令可以在服務器上喜歡節目列表中刪除喜歡的節目。

X_RemoveFav要求用HTTP POST命令，一般的命令格式如下：

POST http：//Portal.pure.com/ContentDirectory/Control

參數如下：

action=X_RemoveFav&pure：Bookmark={value}&ParentID={value}

(3)清除喜好節目列表（Clear Favorite List）

這個命令可以在服務器上清除喜歡節目列表。

X_ClearFav要求用HTTP POST命令，形式如下：

POST http：//Portal.pure.com/ContentDirectory/Control

參數如下：

action=X_ClearFav

3 測試結果

測試環境如下：本地無線路由器：Belklin Wireless G Router；因特網連接類型：ADSL(帶寬 2 Mb/s)。

測試結果：可以鏈接播放全球絕大部分的網絡收音機電臺。但是個別電臺聲音不連續 (如英國的Purple Radio)，大概每10 s就有一個斷音。初步分析是因為這個電臺碼率較高(比特率是 128 kb/s)，而電臺所在位置較遠，時延太大(大約 500 ms)，因此導致接收端緩存器下溢。需要進一步加以改進。

圖5所示為英國BBC廣播電臺的網絡收音機測試示例。

[1]黃興嘉.基于ARM嵌入式系統的電子移動視聽板的開發與研究[D].長春：吉林大學，2004.

[2]卓碧華，陳良銀，胡大裟，等.基于 ARM內核的網絡收音機的設計與實現[J].西南民族大學學報(自然科學版)，2007，33(4)：188-191.

[3]袁海林.基于ARM的嵌入式網絡收音機的設計[J].微計算機信息，2007，23(20)：129-131.

[4]謝國.基于UPnP協議的AV體系架構的研究與實現[D].上海：華東師范大學，2007.

[5]張群哲.基于 UPnP的數字家庭研究[D].長沙：國防科學技術大學，2004.

[6]范新運.基于UPnP的家庭智能系統研究與實踐[D].西安：西北工業大學，2005.