基于网络的音视频信息发布系统

沈煌辉

（中国电子科技集团公司第三研究所，北京 100015）

基于网络的音视频信息发布系统

沈煌辉

（中国电子科技集团公司第三研究所，北京 100015）

为满足音视频信息发布的需求，提出了基于网络的音视频信息发布系统。系统设计采用二级网络架构，实现了多节点独立音视频播放、公共音视频发布等功能。在系统架构设计的基础上，进一步对子系统硬件平台、软件架构、音视频发布策略等进行详细设计。最后针对具体应用，提出一种音视频信息发布系统的部署方案。

音视频；嵌入式系统；信息发布

随着网络技术和音频视频编解码技术的发展，音频视频在网络上实时传输成为可能[1-2]。嵌入式处理技术特别是SoC技术也有了突飞猛进的发展，目前嵌入式多媒体处理器大多集成硬件音视频编解码器，可以满足高质量的音视频编解码的需要[3]。由于音频视频蕴含的信息量非常丰富，更加直观，因此信息发布系统越来越青睐于音频视频内容的直接发布[4-5]。

本文结合音视频信息发布系统的需求，提出一种基于网络的音视频信息发布系统，是完全基于网络的多媒体和流媒体应用系统的专业级系统平台。该系统能够在同一平台上编辑、处理和发布视频、图片、音频等多种媒体格式文件和播放，可以做到对不同终端的分别控制，同时可以在多种显示终端（如液晶、等离子电视机、视频监视器、拼接墙等）播放视频，还支持特定用户选择查询和播放特定的音频视频信息内容，实现交互式按需发布。

1 系统架构

本系统是一个通过以太网络构成的局域网，系统中所有的设备均通过此网络直接或间接发送和接收信息。音视频信息发布系统的构成如图1所示。

音视频信息发布系统的网络从结构上分为两个子网：公共音视频发布子网和独立音视频发布子网。不同功能区域可以部署相对应的子网。

图1 音视频信息发布系统的构成

公共音视频发布子网的主控者是音视频信息发布管理平台，通过局域网向各个子服务器（子服务器A、主控机）发送音视频信息进行播放。

独立音视频发布子网的主控者是主控机，负责全部订制信息的音视频信息分发和用户查询服务的管理，此外还是网络浏览的服务器。

2 子系统设计

2.1 音视频信息发布管理平台

采用工业嵌入式平板PC，提供极其丰富的接口，如网口、USB、串口、并口等，满足应用需求。安装嵌入式Linux系统，开发音视频信息发布管理软件。通过网络接口连接到公共影视子网。

1）维护管理：节目源进行上传，停止上传，更新发布列表等。

2）多媒体监视：对发布的多媒体内容进行监视，有画面预览功能。

3）多媒体同步：对网络上各节点的子服务器发布多媒体进行同步。

4）多媒体播控：如上一节目、下一节目、播放/暂停、停止、快进，快退，音量调节等。

5）多媒体发布模式：顺序发布、定时发布和应急插入发布。

6）用户权限管理。

2.2 子服务器设计

子服务器用于公共音视频发布控制，也是通过网络接口连接到公共音视频发布子网。用户只能收看和收听音视频信息，无法对其进行控制。因此子服务器提供的接口有电源接口、网络接口、USB、灯控、前面板控制接口、视频伴音输出接口和视频输出接口（见图2）。USB用于音视频发布资源的下载和上传，而前面板控制接口提供给管理员用于手动控制信息播放，如调整音量。视频伴音输出接口直接连接到扬声器，视频输出接口则连接到显示器。

图2 子服务器的硬件平台

硬件平台采用ARM+FPGA架构，FPGA主要负责时钟，通路控制，按键等处理；ARM处理器是核心处理单元，负责音视频编解码，存储设备管理，网络通信及其他各种外围设备接口等。嵌入式ARM核心处理板采用韩国Telechips公司的ARM SOC（系统级）芯片TCC8900，其主要特色是系统稳定性强，执行速度快，功能多，音质优秀，支持格式丰富，采用65 nm工艺制造，视频解码最高支持1 980×1 080分辨率、视频编码最高支持1 280×720分辨率，支持JPEG/MPEG1/MPEG2/ MPEG4-SP/ASP/H.264/VC-1/RV等编码格式，同时也支持MP3/AAC/MPEG4-AAC/MPEG4-BSAC等音频编码格式。同时具有RTC、Nand Flash（支持SLC/ MLC）、DDR2 SDRAM、SDIOWiFi、USB Host/OTG、音频codec、TF卡接口、SATA硬盘接口、LCD接口等丰富外设接口。

子服务器A、主控机、点播终端都采用同样的硬件平台，只不过在硬件接口上有所区别，方便系统移植和更新，使得设计开发相对容易些。

2.3 软件架构

嵌入式软件开发主要包含3部分（见图3）：操作系统移植（Boot Loader、内核和文件系统的移植）、底层驱动程序开发和用户应用程序开发。

图3 软件总体架构

系统中采用的操作系统是Linux-2.6.28，编译环境：arm-linux-gcc4.3.2。根据具体要求，首先必须先搭建好ARM-Linux交叉开发环境，然后进行内核的配置，增减系统中所要用到的功能模块进行编译，接着编译Boot Loader和制作文件系统，最后将编译好的Boot Loader、内核和文件系统镜像烧录到Flash中[6]。

设备驱动程序提供应用访问物理设备的接口，在此系统中设备驱动主要提供的功能有：音频芯片、网络接口芯片、LCD显示和触摸屏设备接口、必要的输入输出管理（通用输入输出口的控制，键盘检测）等。

应用程序开发包含中间件组件和用户界面应用程序开发。中间件组件主要有流媒体管理、媒体传输、通信控制、用户界面控制等模块。用户界面应用程序主要是播放器的管理界面。

流媒体管理模块用于管理各种多媒体流，包括播放状态管理、文件输入输出管理、解码库管理、编码库管理、效果管理、采样率转换、混音管理等。

媒体传输模块的主要功能是从网络中接收媒体数据存储至数据缓存区，配合通信控制模块与其他终端进行数据共享以及提供顺序数据给播放器，可分为缓冲区、传输调度和网络传输子模块。缓存区负责保存从网络接收的数据，传输调度包括对等节点（其他终端）之间以及与主控服务器之间的数据传输及调度，包括数据的发送和接收，接收的媒体数据存储到缓存区。网络传输子模块负责数据连接的建立、释放以及数据的收发，主要与网络编程相关。

通信控制模块主要功能是与网络中其他实体（主控、对等节点如其他终端）进行信息交互，更新资源信息，维护节点列表，负责解析发布列表文件，与主控服务器交互，广播监听以更新节点列表，并选择节点开放数据传输。

用户界面控制的主要功能是为应用提供一套GUI管理机制，一套图形化的基本控件集。本项目采用Qt/ Embedded开发用户界面。

用户界面的应用程序主要是播放器的管理界面，实现音视频文件的播控和监视，负责响应用户的操作，提供友好的人机界面。

2.4 音视频发布策略

首先，信息发布终端开机时自动加载最近更新的信息发布列表，该信息发布列表对应此时存储在终端外接的CF卡中的媒体内容。

接着，主控向各个终端广播下发信息发布列表，信息发布终端通过网络接收主控下发的信息发布列表，在通信控制模块与现有的信息发布列表进行比较，如果新的信息发布列表与现有的信息发布列表相同，则向主控反馈发布列表相同的信息，同时按照信息发布列表的顺序，通过流媒体管理和媒体传输控制模块读取CF卡内的媒体内容，在播放器上播放；如果新的信息发布列表与现有的信息发布列表不相同时，则向主控反馈发布列表差异的信息，主控根据发布列表差异的播放时间节点准备好节目源，同时终端按照信息发布列表的顺序播放媒体内容。这时分为两种情况，如发布列表差异的内容，从主控下载，采取流媒体播放方式播放；发布列表相同的内容直接从CF卡读取播放。

对于插播的媒体内容，主控向播放终端发送命令，终端解析命令，查询插播内容是否在CF卡中，如在的话，则直接调取播放；如不在，则从主控下载，流媒体播放。

订制发布终端则需要通过分控与主控进行通信，过程类似。

3 系统应用部署

基于网络的音视频信息发布系统可用于楼宇、银行、酒店、政府/企业、卖场、连锁机构、交通、营业厅、户外传媒等多种行业的多媒体信息发布。以5层大型商场的信息发布系统应用为例，按功能大致可以划分为以下区域：室外广告区、室内公共区、室内休息体验区等。不同区域对应不同的设备终端，顾客可以享受不同的服务。每个区域都有信息发布系统控制器，内含电源、功放和交换机，子服务器或主控机。音视频信息发布系统管理平台在于主控室。主控机、子服务器和系统管理平台都是通过交换机进行连接。如图4所示。

图4 基于网络的音视频信息发布系统应用示例

4 结束语

基于网络的音视频信息发布系统采用嵌入式ARM和Linux开源操作系统架构实现，充分利用嵌入式ARM处理器单片集成度高、接口丰富和可移植性强等优势，发挥Linux开源特性，深入源码研究，内核容易客制化，可扩展性强。主要的子系统（子服务器、子服务器A、主控机和点播终端）采用统一的硬件平台进行模块化设计，易于系统升级扩展。

[1] 司徒涨勇，孟利民，黄成君.网络监控系统中多媒体同步控制的研究与实现[J].电声技术，2013，37（1）：85-88.

[2]张永刚.网络型多媒体信息发布系统设计方案[J].电脑知识与技术，2011，7（8）：1783-1785.

[3]张忠亮，傅志中，张翰进，等.嵌入式网络信息发布系统设计[J].现代电子技术，2011（8）：29-32.

[4] 谢海啸，王强，邱建.智能中控技术在视频信息发布系统中的新应用[J].电视技术，2009，33（8）：106-108.

[5] 张慧鹏，卢晴，周丛竹.信息发布系统的实现及应用[J].电视技术，2011，35（18）：51-54.

[6]孟祥涛，鄢萍，吴文娟.基于嵌入式linux的多媒体信息发布系统终端设计与实现[J].机电一体化，2008（11）：66-69.

AV Information Release System Based on Network

SHEN Huanghui
（The Third Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation，Beijing 100015，China）

The AV（audio video）information release system based on network is presented for the demand of information release.The two-level network architecture is used to implement AV information release system.Based on the system architecture design，the system hardware platform，software architecture，and audio video publishing strategies are illustrated in detail.Finally，according to specific application，a scheme of AV information release system is taken as an example.

audio video；embedded system；information release

TN919

A

�� 雯

2014-08-21

【本文献信息】沈煌辉.基于网络的音视频信息发布系统[J].电视技术，2014，38（18）.