基于AU 1 200的TS流處理設(shè)計(jì)

    中國(guó)地面電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)制實(shí)施和直播星的開(kāi)通，將極大地促進(jìn)數(shù)字電視的發(fā)展。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)有多個(gè)省市開(kāi)播了移動(dòng)數(shù)字電視。對(duì)終端接收設(shè)備軟件而言，數(shù)字電視的處理主要是對(duì)經(jīng)過(guò)解碼后的TS流分析和解析。

1 TS流及一般處理流程
1．1 TS流
    TS流，即傳送流(Transport Stream)，是根據(jù)ITU-TRec．H．222．O | ISO／IEC 13818-2和ISO／IEC 13818-3協(xié)議而定義的一種數(shù)據(jù)流。它由一道或多道節(jié)目組成，每道節(jié)目由一個(gè)或多個(gè)原始流和其他一些流復(fù)合在一起，包括視頻流、音頻流、節(jié)目特定信息流(PSI)和其他數(shù)據(jù)包。在數(shù)字電視廣播中傳送的就是TS流。TS流可以承載多種信息流，如實(shí)際應(yīng)用中的音視頻流、數(shù)據(jù)流、控制流等。一個(gè)TS包的長(zhǎng)度是固定的，以同步字節(jié)(sync_byte)Ox47打頭，后跟數(shù)據(jù)包識(shí)別號(hào)PID和分組負(fù)載數(shù)據(jù)等，總長(zhǎng)為188字節(jié)。從PID可以判斷其后面負(fù)載的數(shù)據(jù)類(lèi)型是視頻流、音頻流、PSI，還是其他數(shù)據(jù)包。節(jié)目特定信息流(PSI)用來(lái)描述傳送流的組成結(jié)構(gòu)，由特定的PID構(gòu)成，其中最重要的是PAT表和 PMT表。
1．2 TS流的處理
    數(shù)字電視接收設(shè)備在收到TS流后的一般處理流程如圖1所示。TS-Reader是TS流讀取模塊，用于檢測(cè)TS流并讀??；TS-Demux模塊是TS流分拆模塊，用于將TS流中的音視頻數(shù)據(jù)分檢出來(lái)供后面模塊處理；Video-Decoder模塊是視頻解碼模塊，依照TS流承載的視頻數(shù)據(jù)壓縮格式進(jìn)行相應(yīng)的解碼工作，然后將解碼后的視頻數(shù)據(jù)送到顯示設(shè)備輸出；Audio-Decoder模塊是音頻解碼模塊，將TS流內(nèi)的音頻流解碼，輸出到音頻設(shè)備。

2 基于AU1200的TS流處理系統(tǒng)組成
    本設(shè)計(jì)的數(shù)字電視接收設(shè)備的硬件選用AU1200作為主芯片。AU1200是RMI公司推出的一款MIPS架構(gòu)的高性能、低功耗、高集成度的嵌入式處理器。AU1200所具有的媒體加速引擎(Media Acceleration Engine，MAE)可以在沒(méi)有DSP的條件下流暢播放MPEG-1、MPEG-2、DivX和Xvid等多種流媒體，而不需要PC(或其他設(shè)備)進(jìn)行內(nèi)容的代碼轉(zhuǎn)換。采用AU1200作為嵌入式數(shù)字電視播放設(shè)備的主芯片，在媒體播放性能上能充分利用其低成本、低功耗和高性能的特性。
    MAE是AU1200處理器內(nèi)置的片上硬件，它承擔(dān)了視頻解碼、縮放、顏色空間轉(zhuǎn)換和過(guò)濾的功能。MAE硬件上被分為前端和后端，各自執(zhí)行特定的任務(wù)。 MAE的前端獨(dú)立執(zhí)行最為復(fù)雜和繁重的解碼任務(wù)，包括反向量化、反向余弦轉(zhuǎn)換、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償和Windows Media Video 9覆蓋平滑處理。MAE后端執(zhí)行縮放、顏色空間轉(zhuǎn)換和過(guò)濾功能。高效地利用MAE前后端可以減輕CPU的負(fù)載，提供更友好的人機(jī)交互。[!--empirenews.page--]
    以L(fǎng)inux系統(tǒng)為平臺(tái)，利用其多線(xiàn)程處理的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合AU1200硬件組成的數(shù)字電視播放系統(tǒng)可以方便地實(shí)現(xiàn)數(shù)字電視TS流的播放。數(shù)字電視播放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3 數(shù)字電視播放軟件的設(shè)計(jì)
    播放軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，多線(xiàn)程并行處理。各模塊并通過(guò)MAI(Media Application Interface)Engine完成相互問(wèn)的數(shù)據(jù)傳遞和同步。軟件要求在保持流暢播放MPEG(1，2，4)，DivX，WMV和XviD等格式多媒體文件的同時(shí)增加播放數(shù)字電視的功能。
3．1 已有播放軟件結(jié)構(gòu)
    已有的媒體播放軟件結(jié)構(gòu)：播放軟件內(nèi)各模塊通過(guò)MAI Engine將相應(yīng)模塊組裝起來(lái)，完成特定格式的媒體文件的播放或格式轉(zhuǎn)換。
    模塊類(lèi)型分為：File Reader模塊、Demux模塊、De-coder模塊、Render模塊和File Writer模塊。模塊是否需要載人、如何進(jìn)行鏈接由MAI Engine根據(jù)播放的媒體格式而定。模塊裝載后以線(xiàn)程的形式獨(dú)立運(yùn)行，模塊間通過(guò)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并由MAI Engine負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)，以確保模塊運(yùn)行正常。
3．2 播放軟件內(nèi)的TS流處理
    在播放軟件內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)字電視TS流的播放，需要在原有的播放系統(tǒng)上增加TS流的Reader、Demux和Decoder模塊。由于數(shù)字電視的音視頻編碼格式都是公開(kāi)且確定的，因此需要相應(yīng)的Decoder模塊進(jìn)行處理。基于MAE的TS流處理模塊結(jié)構(gòu)如圖3所示。

    (1)TS-Reader模塊
    TS-Reader模塊是讀取TS流的模塊。它從硬件設(shè)備獲取TS流數(shù)據(jù)，按照TS-Demux的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)大小要求寫(xiě)入該緩沖區(qū)。主要實(shí)現(xiàn)打開(kāi)TS流數(shù)據(jù)接口、關(guān)閉接口和讀取TS流數(shù)據(jù)3個(gè)功能，分別對(duì)應(yīng)3個(gè)主要函數(shù)一TSstreamopen()、_TSstreamclose()和 _TSstreamread()。由于數(shù)字電視不支持回放，因此不具備定位搜索(即Seek)的功能。
    (2)TS-Demux模塊
    TS-Demux模塊是進(jìn)行TS流解析的模塊，它是處理數(shù)字電視TS流的關(guān)鍵。TS-Demux從緩沖區(qū)中取到數(shù)據(jù)后，需要對(duì)TS流進(jìn)行解析，然后返回 MAI當(dāng)前TS流的節(jié)目信息，供應(yīng)用程序選擇。在確定節(jié)目流PID后，TS-Demux將根據(jù)音視頻PID分檢TS流，獲取Video和Audio數(shù)據(jù)，供相應(yīng)的Decoder解碼。[!--empirenews.page--]
    (3)Audio-Decoder模塊
    在MAI開(kāi)始鏈接各模塊時(shí)已確定了音視頻的解碼格式，因此音視頻的解碼模塊在鏈接時(shí)已確定下來(lái)。此時(shí)的音頻解碼Audio-Decoder模塊就是處理音頻解碼的模塊，依據(jù)不同的數(shù)字電視格式，該音頻解碼格式可能是mp3或ac3等。音頻解碼后，音頻數(shù)據(jù)送往Audio-Render模塊驅(qū)動(dòng)硬件發(fā)出聲音。
    (4)Video-Decoder模塊
    視頻解碼Video-Decoder模塊也是進(jìn)行確定編碼格式的解碼工作。對(duì)于MPEG2的編碼格式，Video-Decoder將數(shù)據(jù)交給MAE的前端處理，由MAE送到顯示屏上顯示。對(duì)于其他不能使用MAE前端進(jìn)行處理的視頻格式(如H264等)，必須由軟件進(jìn)行解碼，形成YUV數(shù)據(jù)，然后將YUV數(shù)據(jù)輸入到MAE的后端處理。
3．3 數(shù)字電視播放效果
    需要對(duì)搭建起的數(shù)字電視播放系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。通過(guò)測(cè)試，數(shù)字電視設(shè)備接口的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)需要設(shè)置為256KB，如果存儲(chǔ)容量允許采用512 KB到1 MB更好。在數(shù)字電視模塊采用USB接口進(jìn)行播放時(shí)，播放流暢，音視頻同步，數(shù)字電視的實(shí)際播放達(dá)到了預(yù)期的效果。
3．4 增加對(duì)其他媒體格式的支持
    對(duì)于其他常見(jiàn)的媒體文件格式，如flv和rmvb等，也可以通過(guò)增加該格式的 Demux和Decoder實(shí)現(xiàn)播放。由于視頻Decoder解碼后得到的是YUV數(shù)據(jù)，因此直接將該數(shù)據(jù)交給MAE-BE端處理。音視頻同步方面，需要在提交YUV數(shù)據(jù)給MAE-BE端處理時(shí)，將當(dāng)前幀的時(shí)間戳一并提交給MAE，即可由MAE內(nèi)部實(shí)現(xiàn)音視頻同步。當(dāng)然也可以自己在程序中進(jìn)行音視頻同步，這需要在提交YUV前從MAE取得音頻播放的時(shí)間戳，然后與當(dāng)前視頻幀的時(shí)間戳比較，進(jìn)行必要的延時(shí)操作。

結(jié) 語(yǔ)
    本文詳細(xì)介紹了數(shù)字電視播放系統(tǒng)的建立過(guò)程。該系統(tǒng)基于AU1200芯片，結(jié)合軟硬件優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字電視TS流的播放功能。通過(guò)對(duì)媒體播放程的擴(kuò)展，還可以實(shí)現(xiàn)如flv和rmvb等多種媒體格式的解碼播放。