基于DirectFB開發(fā)庫實(shí)現(xiàn)可分解的嵌入式播放器的設(shè)計(jì)方案

引言

隨著嵌入式與數(shù)字多媒體技術(shù)的發(fā)展，嵌入式播放器因其體積小、功能全、存儲(chǔ)量大、攜帶方便等特點(diǎn)，已成為當(dāng)前研究的一個(gè)技術(shù)熱點(diǎn)。開發(fā)支持各種音視頻格式和傳輸協(xié)議的嵌入式播放器，具有廣泛的市場前景。DirectFB作為一個(gè)輕量級的GUI開發(fā)庫，通過Framebuffer以及回調(diào)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)了對硬件設(shè)備的完全抽象，加速了圖形操作，成為開發(fā)嵌入式播放器的理想選擇。本文提出了一種基于DirectFB的嵌入式播放器解決方案，旨在降低嵌入式系統(tǒng)的資源消耗，適用于CPU頻率小于400MHz的中低端嵌入式系統(tǒng)。

DirectFB介紹

DirectFB是一個(gè)輕量級的提供硬件圖形加速、輸入設(shè)備處理特性和抽象的圖形庫，集成了支持半透明的視窗系統(tǒng)以及在Linux Framebuffer驅(qū)動(dòng)之上的多層顯示。它用軟件封裝當(dāng)前硬件無法支持的圖形算法來完成硬件加速的層，并集成了快速的支持半透明的視窗系統(tǒng)。DirectFB通過Framebuffer驅(qū)動(dòng)訪問硬件設(shè)備，提供了圖形設(shè)備的加速、輸入設(shè)備處理提取、透明窗口和多重顯示層的功能。

DirectFB的設(shè)計(jì)之初就充分考慮了嵌入式系統(tǒng)的固有特性，體積小巧、資源消耗低，是嵌入式系統(tǒng)中強(qiáng)大的圖形處理庫，成為Linux下一代處理的一個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)（CELF AVG1.0標(biāo)準(zhǔn)）。DirectFB提供了一套C接口來方便用戶進(jìn)行界面開發(fā)，例如IDirectFBSurface接口提供了對文本、BILT、畫線以及畫矩形的操作；IDirectFBFont接口提供了對字體的操作；而IDirectFBVideo接口提供了對多媒體進(jìn)行播放控制的操作。

嵌入式播放器設(shè)計(jì)方案

1. 總體架構(gòu)

本嵌入式播放器采用DirectFB開發(fā)的Lite作為圖形界面，與用戶進(jìn)行直接交互；調(diào)用DirectFB的Video實(shí)現(xiàn)了音視頻的插件接口和解碼器模塊。該接口將FFmpeg、xine、libmpeg3等多媒體庫封裝成統(tǒng)一接口，具備很強(qiáng)的擴(kuò)展性。基于Framebuffer的輸出，消除了對特定架構(gòu)的依賴，有效地增強(qiáng)了系統(tǒng)的可移植性。

2. 圖形界面開發(fā)

圖形界面以Lite為基礎(chǔ)開發(fā)，Lite是基于DirectFB開發(fā)的以box為基類的對話框。通過調(diào)用Lite可以編寫各種暫停、播放、音量等控件，用戶使用這些控件與播放器進(jìn)行直接交互。DirectFB本身并不提供窗口以及對話框管理功能，因而DirectFB更多地被用作底層圖形庫。上層API支持DirectFB的有XDirectFB、DirectFBGL、DFBTerm、DFBSee、DFBPoint、QT on DireelFB、SDL等。

采用Lite進(jìn)行開發(fā)的目的，主要是因?yàn)樗苯邮褂肈irectFB開發(fā)對話框，而且源代碼只有5MB左右，具有很快的響應(yīng)速度，能夠有效降低嵌入式設(shè)備資源的消耗。

3. 插件接口與解碼器

插件接口將對解碼器的操作放到了Video統(tǒng)一的開發(fā)式接口中，該接口實(shí)現(xiàn)了分離音視頻、解碼音視頻、播放、暫停、調(diào)節(jié)音量、調(diào)整播放速度等各種功能。通過該接口，播放器的擴(kuò)展性得到了很大的提高，因此該接口是媒體播放器的核心。

DirectFB通過對FFmpeg進(jìn)行封裝，形成一組統(tǒng)一接口方便用戶調(diào)用。FFmpeg是一個(gè)開源的多媒體框架，能夠解碼、編碼、轉(zhuǎn)碼、mux、demux、流、過濾和播放幾乎所有已知格式的音視頻文件。通過DirectFB對FFmpeg的封裝，播放器可以支持多種音視頻格式的播放。

具體的封裝過程包括以下幾個(gè)函數(shù)：

• Probe函數(shù)：通過檢查文件擴(kuò)展名來確定播放器是否支持播放該文件，可以識(shí)別的擴(kuò)展名有wav、au、snd、mp2、mp3、m2a、swf、wma、rm等。用戶可以通過添加新的解碼器來支持更多新的文件格式。

• Construct函數(shù)：通過調(diào)用FFmpeg的一些庫函數(shù)，首先將輸入的視頻文件頭信息讀取出來，接著把視頻文件分離成音頻和視頻流，并申請音頻和視頻流的緩沖區(qū)，然后識(shí)別出音視頻解碼器。該函數(shù)同時(shí)會(huì)將用戶寫的一些非標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)指針賦給標(biāo)準(zhǔn)API函數(shù)，方便用戶的調(diào)用。

• FFmpegInput函數(shù)：該函數(shù)管理將對解碼出的音視頻包送入各自的FIFO隊(duì)列，同時(shí)設(shè)置了一些標(biāo)志位來管理FIFO隊(duì)列，例如音視頻隊(duì)列當(dāng)前的狀態(tài)，當(dāng)用戶拖動(dòng)進(jìn)度條進(jìn)行偏移時(shí)用戶需要有一個(gè)拖動(dòng)標(biāo)志位，拖動(dòng)的長度用來重新計(jì)算播放時(shí)間。

• FFmpegVideo以及FFmpegAudio函數(shù)：這兩個(gè)函數(shù)主要用于播放音頻流和數(shù)據(jù)流，同時(shí)有一些用于音視頻的同步控制。

• FFmpeg_PlayTo函數(shù)：該函數(shù)是給用戶提供的接口函數(shù)，該接口函數(shù)在DirectFB中為PlayTo。在函數(shù)中，PlayTo同時(shí)啟動(dòng)了3個(gè)線程，這3個(gè)線程分別調(diào)用了FFmpegInput、FFmpegVideo、FFmpegAudio函數(shù)，用于將音視頻送入FIFO隊(duì)列，從FIFO隊(duì)列取出數(shù)據(jù)并播放。

4. 數(shù)據(jù)流程與控制函數(shù)

音視頻處理過程是同步進(jìn)行的。此外還有一些控制函數(shù)，例如文件播放PlayTo、播放停止Stop、按時(shí)間跳轉(zhuǎn)SeekTo、調(diào)整音量SetVolume、獲取音量GetVolLume、調(diào)整播放速度SetSpeed、獲取播放速度GetSpeed等函數(shù)，這些函數(shù)在construct函數(shù)中被封裝成標(biāo)準(zhǔn)接口便于用戶使用。

Video接口通過調(diào)用FFmpeg對音視頻解碼進(jìn)行了有效的封裝。通過Lite，用戶與播放器實(shí)現(xiàn)有效交互。Lite彌補(bǔ)DirectFB在工具箱以及窗口管理上的不足，相比于其他的GUI，它在提供對話框和按鈕的同時(shí)，資源消耗較小，適合嵌入式開發(fā)。

5. 音頻處理

Fusionsound是一個(gè)DirectFB的子庫，它基于oss或者alsa驅(qū)動(dòng)。Fusionsound將音頻數(shù)據(jù)輸出到了揚(yáng)聲器上，該函數(shù)庫能夠支持一些基本操作，例如WAV格式文件的播放，同時(shí)它也提供一系列的聲音播放、調(diào)節(jié)播放速度、調(diào)高音量、聲音緩沖區(qū)管理等接口。

主控芯片型號(hào)及其作用

在嵌入式播放器的設(shè)計(jì)中，主控芯片的選擇至關(guān)重要。以下是幾種常見的主控芯片型號(hào)及其在設(shè)計(jì)中的作用：

1. STM32F103ZE

   STM32F103ZE是一款高性能、低功耗的ARM Cortex-M3內(nèi)核微控制器，適用于各種嵌入式應(yīng)用。它具有豐富的外設(shè)接口，如USB、USART、SPI、I2C等，能夠滿足嵌入式播放器與外部設(shè)備通信的需求。STM32F103ZE的主頻高達(dá)72MHz，具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，能夠高效地運(yùn)行DirectFB圖形庫和音視頻解碼算法。

2. Intel CE3100

   Intel CE3100是一款專為支持互聯(lián)網(wǎng)連接的消費(fèi)類電子設(shè)備開發(fā)的高度集成的媒體處理器。它集成了強(qiáng)大的圖形處理單元和音視頻解碼器，能夠支持高清視頻的播放。CE3100還支持Linux操作系統(tǒng)，為開發(fā)嵌入式播放器提供了良好的開發(fā)環(huán)境。在基于CE3100的嵌入式播放器設(shè)計(jì)中，可以利用DirectFB開發(fā)圖形用戶界面，并通過FFmpeg等多媒體庫實(shí)現(xiàn)音視頻解碼和播放。

3. 其他主控芯片

   除了STM32F103ZE和Intel CE3100外，還有許多其他類型的主控芯片可供選擇，如ARM9、ARM11、DSP等。這些芯片各有優(yōu)缺點(diǎn)，具體選擇應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求和預(yù)算進(jìn)行權(quán)衡。在選擇主控芯片時(shí)，需要考慮其處理能力、功耗、外設(shè)接口、價(jià)格等因素。

在主控芯片的作用下，嵌入式播放器能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：

• 音視頻解碼：通過主控芯片內(nèi)置的音視頻解碼器或外部解碼庫（如FFmpeg），實(shí)現(xiàn)對各種音視頻格式的解碼。

• 圖形處理：利用DirectFB等圖形庫，實(shí)現(xiàn)圖形用戶界面的開發(fā)，提供美觀易用的用戶界面。

• 外設(shè)控制：通過主控芯片的外設(shè)接口，實(shí)現(xiàn)對外部設(shè)備（如USB存儲(chǔ)設(shè)備、紅外遙控器等）的控制。

• 網(wǎng)絡(luò)通信：如果主控芯片支持網(wǎng)絡(luò)通信功能，還可以實(shí)現(xiàn)嵌入式播放器的網(wǎng)絡(luò)視頻播放和遠(yuǎn)程控制等功能。

結(jié)論

本文提出了一種基于DirectFB的嵌入式播放器解決方案，通過詳細(xì)的方案設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了資源消耗少、可移植性強(qiáng)、系統(tǒng)各個(gè)模塊間依賴度小的嵌入式播放器。該播放器采用DirectFB開發(fā)的Lite作為圖形界面，與用戶進(jìn)行直接交互；調(diào)用DirectFB的Video實(shí)現(xiàn)了音視頻的插件接口和解碼器模塊，具備很強(qiáng)的擴(kuò)展性。通過選擇適合的主控芯片，實(shí)現(xiàn)了音視頻解碼、圖形處理、外設(shè)控制和網(wǎng)絡(luò)通信等功能。該方案適用于CPU頻率小于400MHz的中低端嵌入式系統(tǒng)，具有廣泛的應(yīng)用前景。