段录平，李 锐，李 伦

（株洲南车时代电气股份有限公司技术中心，株洲412001）

车载多媒体应用非常广泛，例如车载导航系统、车载闭路电视等，都涉及到音频、视频的处理。虽然应用较多，但是基于流媒体技术的车载应用案例却不多见，原因在于实现流媒体技术的难度相对较大。但基于流媒体技术的播放系统有很多优点，如实时、可交互、易扩展等。为此，本文设计了一种适合车载的嵌入式流媒体播放解决方案。

1 流传输层设计与实现

1.1 RTP协议

1996年，由民间自发成立的互联网工程任务组（IETF）在RFC1889文档中制定并公布了一个网络实时传输协议RTP（Real-time Transport Pro-tocol）。它是专门为交互式音频、视频、仿真数据等实时媒体应用而设计的协议，已广泛应用于各种多媒体流传输系统中[1]。

RTP协议是进行实时流媒体传输的标准协议和关键技术。它位于UDP之上，是应用层的网络传输协议，适合通过组播和点播传送实时数据。但RTP本身不能提供任何传输可靠性的保证和流量的拥塞控制机制，这些服务需要依靠RTCP（RTP Control Protocol）来提供。

1.2 RTP流传输模型

实时流传输模型由流媒体服务器和解码终端构成，如图1。服务器端负责媒体文件的RTP打包、发送，实现媒体数据的流传输。解码终端负责RTP数据包接收和处理，并分析RTCP数据包得到当前网络状态，并向服务器端反馈接收质量。

1.3 RTP流传输实现

实现流传输可以利用一些开源免费的RTP库来实现，如JRTPLIB、LIBRTP、LiveMedia等。JRTPLIB是一个用C++语言实现的开源免费的RTP开发库，可运行在多个操作系统上。使用该库编程时可以不用关心RTCP数据包发送和接收的细节，这些都由JRTPLIB自动完成，因此可简化编程。

图1 RTP实时流传输模型

1.3.1 发送端

初始化会话：使用RTPSession类的构造函数创建一个会话对象实例，而后调用该类的Create()方法来该对象实例进行初始化。Create()方法有2个参数：（1）RTPSessionParams类型的参数，用于设置时间戳单元，其为必须设置的参数，不然创建会话对象失败；（2）设定传输规则的参数，默认情况下为UDPIPV4传输协议。

设置会话参数：RTP会话被成功创建后，首先需要设置数据发送的目标地址和目标端口。通过调用RTPSession类的AddDestination()方法为该会话加入一个目标地址和端口，允许同一会话存在多个目标参与者。调用DeleteDestination()和ClearDestination()方法来删除会话参与者。对于同一个RTP会话，负载类型、标识和时间戳增量通常都是相同的，可调用SetDefaultPayloadType()、SetDefaultMark()和SetDefaultTimeStamp-Increment()方法来设置这些默认参数。

发送数据：设置完会话参数后，调用RTPSession类的SendPacket()方法发送数据。若SendPacket()方法被成功调用，RTCP数据报将自动被发送。

结束会话：数据传输结束后，必须调用BYEDestroy()函数结束RTP会话过程。

1.3.2 接收端

初始化：初始化过程与发送端相似，不同的是不需要设定目标地址和目标端口。

遍历数据源：首先需要调用RTPSession类的PollData()方法接收所有源发送过来的RTP/RTCP数据报，再调用RTPSession类的GotoFirst-SourceWithData()和GotoNextSource-WithData()方法来遍历那些带有数据的源。

抽取数据：检测出有效的数据源之后，调用RTPSession类的GetNextPacket()方法返回一个RTPPacket类型的指针。通过这个指针调用Get-PayloadData()方法获取实际需要的数据。还有其他相关函数可从数据报中提取出SSRC、时间戳、CSRC以及负载类型等信息。数据提取完成之后必须调用DeletePacket()来释放RTPPacket内存。

2 播放终端硬件设计

2.1 硬件平台方案

Au1250有以下几个显著的优点：

（1）处理器工作频率较高。最高可达700 MHz。其自带的DDR SDRAM控制器最高支持DDR400和DDR2 533，为高速数据处理提供支持。（2）功耗低。提供2种休眠模式，降低了系统功耗，减少发热量。（3）集成多媒体加速引擎（MAE）。不需要外部DSP电路就能实现视频的硬件解码播放，可减少外部视频处理的复杂度。硬件上支持MPEG2、MPEG4、H.263、WMV9等多种视频解码。（4）集成的静态总线控制器，支持NorFlash、NandFlash、IDE、CF/PCMCIA等多种存储外设。只需要很少的外部器件即可方便扩展系统存储。（5）外围接口丰富。包括GPIO、USB、UART、VGA、LCD、Audio、SD以及摄像头等接口。

2.2 硬件设计

Au1250的主电路由处理器、电源、存储器、外设接口等组成。

（1）处理器：采用Alchemy Au1250，这是一款MIPS架构的低功耗、高性能处理器，支持Win CE，Linux等操作系统，主频可达700MHz功耗低于400 mw，集成媒体加速引擎MAE，支持多种媒体格式。

（2）电源：解码板使用4种电压，5 V，3.3 V，1.8 V和1.2 V。5 V是解码板的输入电压，采用3颗TPS62040开关电源芯片将5V转为3.3 V，1.8 V和1.2 V，最大输出电流为1.2 A。

（3）存储器：主要是内存储器。内存由Flash和DDR2共同组成，主要功能是存储并运行BootLoader、驱动程序以及应用程序等。

（4）外设接口：采用的接口有RS232串口、10/100M、VGA，Audio以及USB口。串口主要用于底层程序调试和下载等。

3 播放应用软件设计

3.1 软件开发环境

整个软件开发是基于Linux操作系统。RTP传输层实现采用第三方开源库JrtpLib v3.4.0，它完全遵循RFC标准设计，支持Linux、Windows等多个操作系统平台。播放应用软件开发需要 RMI官方提供的MAI Engine SDK支持，它为音频、视频软硬件解码提供接口支持。

3.2 图形用户界面设计

Au1250芯片集成了硬件解码单元MAE，视频数据经过MAE硬解码后被直接输送到VGA显示。车载应用需借助GUI来显示。嵌入式GUI设计有多种开发工具可选，如Qt、MiniGUI等。

3.3 软件模块设计

基于MAE的播放系统主要包括4个基础模块：File Reader模块、Demux模块、Decoder模块和Render模块。为实现RTP流播放，需要在原播放系统的基础上增加一个RTP接收处理模块。除RTP模块外，其它模块都以共享库的方式加载，装载后以线程的形式独立运行，而模块与模块之间共用一块缓冲区，通过PV操作模式进行数据流的传输，由MAI Engine负责协调。

（1）RTP模块

该模块是利用JRTPLib库开发，主要实现RTP流的接收和处理，并将处理后的数据写入文件缓冲区供Reader模块使用。

（2）Reader模块

该模块主要实现从文件缓冲区读取RTP模块处理过的数据，按照Demux模块的数据缓冲区大小要求写入该缓冲区，并对流媒体数据类型进行检测，依据检测结果调用相应的库文件进行解复用。提供的接口主要有MAICompSetStream()设定数据源，MAICompReadBuffer()读缓冲区和MAICompWriteBuffer()写缓冲区。调用MAIengine_AutoConnect()引擎接口可以自动完成Demux、Decoder和Render功能。

（3）Demux模块

该模块从缓存区读到数据后根据多媒体文件的类型动态加载相应的Demux库文件对数据进行解析复用，分解后的音频流送Audio decoder进行解码，视频流则送VideoDecoder进行解码。支持库包括Libmaimpeg2demux.so和Libmaimpeg4demux.so。Demux模块内部调用MAIDemux_GetBuffer()读缓冲区数据，并调用Demux-Thread()函数对数据进行解复用，最后调用MAIDemux_PutBuffer()写缓冲区。

（4）Decoder模块

该模块根据解码复用后的音频、视频格式装载相应的解码库文件。对于音频数据的解码由Audio-Decoder模块完成，音频解码后直接送往Audio-Render模块驱动硬件发出声音。视频数据则由Video-Decoder模块初步解码后送到MAE的前端进行处理，前端处理不支持的视频格式(如H.264)须经软件解码形成YUV数据，再将YUV数据输送到MAE的后端做处理。

（5）Render模块

该模块主要实现对音频、视频数据进行渲染并实现同步。音频数据渲染后送到音频输出设备，视频数据渲染由MAE的前端处理完成后，再送到MAE的后端进行解码播出。渲染操作由MAIEngine自动完成，它没有提供用于渲染的上层接口函数。支持渲染的库文件有Libmaiaudrend.so和Libmaividrend.so。

4 结束语

本文提出了一种基于Au1250处理器的嵌入式车载流媒体播放终端设计与实现方案，该方案在硬件方面具有功耗低、支持硬件解码的优点，不需要外围DSP电路即可实现视频数据的硬件解码，从而简化了电路设计；软件方面，利用外部免费开源的JRTPLIB库来实现流媒体传输和接收，在MAI Engine SDK支持的基础上实现对RTP流媒体数据的解码播放功能。

[1] 张占军，韩承德，杨学良. 多媒体实时传输协议RTP[J] .计算机工程与应用，2001（4）：9-11