基于嵌入式處理器實現(xiàn)TS流處理系統(tǒng)的應用方案

中國地面電視傳輸標準的強制實施和直播星的開通，將極大地促進數(shù)字電視的發(fā)展。現(xiàn)在國內已經有多個省市開播了移動數(shù)字電視。對終端接收設備軟件而言，數(shù)字電視的處理主要是對經過解碼后的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)目由一個或多個原始流和其他一些流復合在一起，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，如實際應用中的音視頻流、數(shù)據(jù)流、控制流等。一個TS包的長度是固定的，以同步字節(jié)（sync_byte）Ox47打頭，后跟數(shù)據(jù)包識別號PID和分組負載數(shù)據(jù)等，總長為188字節(jié)。從PID可以判斷其后面負載的數(shù)據(jù)類型是視頻流、音頻流、PSI，還是其他數(shù)據(jù)包。節(jié)目特定信息流（PSI）用來描述傳送流的組成結構，由特定的PID構成，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)壓縮格式進行相應的解碼工作，然后將解碼后的視頻數(shù)據(jù)送到顯示設備輸出；Audio-Decoder模塊是音頻解碼模塊，將TS流內的音頻流解碼，輸出到音頻設備。

2 基于AU1200的TS流處理系統(tǒng)組成

本設計的數(shù)字電視接收設備的硬件選用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（或其他設備）進行內容的代碼轉換。采用AU1200作為嵌入式數(shù)字電視播放設備的主芯片，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處理器內置的片上硬件，它承擔了視頻解碼、縮放、顏色空間轉換和過濾的功能。MAE硬件上被分為前端和后端，各自執(zhí)行特定的任務。 MAE的前端獨立執(zhí)行最為復雜和繁重的解碼任務，包括反向量化、反向余弦轉換、運動補償和Windows Media Video 9覆蓋平滑處理。MAE后端執(zhí)行縮放、顏色空間轉換和過濾功能。高效地利用MAE前后端可以減輕CPU的負載，提供更友好的人機交互。

以Linux系統(tǒng)為平臺，利用其多線程處理的優(yōu)勢，結合AU1200硬件組成的數(shù)字電視播放系統(tǒng)可以方便地實現(xiàn)數(shù)字電視TS流的播放。數(shù)字電視播放系統(tǒng)結構如圖2所示。

3 數(shù)字電視播放軟件的設計

播放軟件采用模塊化設計，多線程并行處理。各模塊并通過MAI（Media Application Interface）Engine完成相互問的數(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增加播放數(shù)字電視的功能。

3．1 已有播放軟件結構

已有的媒體播放軟件結構：播放軟件內各模塊通過MAI Engine將相應模塊組裝起來，完成特定格式的媒體文件的播放或格式轉換。

模塊類型分為：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。模塊裝載后以線程的形式獨立運行，模塊間通過數(shù)據(jù)緩沖區(qū)進行數(shù)據(jù)交換，并由MAI Engine負責協(xié)調，以確保模塊運行正常。

3．2 播放軟件內的TS流處理

在播放軟件內實現(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且確定的，因此需要相應的Decoder模塊進行處理?；贛AE的TS流處理模塊結構如圖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)大小要求寫入該緩沖區(qū)。主要實現(xiàn)打開TS流數(shù)據(jù)接口、關閉接口和讀取TS流數(shù)據(jù)3個功能，分別對應3個主要函數(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模塊是進行TS流解析的模塊，它是處理數(shù)字電視TS流的關鍵。TS-Demux從緩沖區(qū)中取到數(shù)據(jù)后，需要對TS流進行解析，然后返回 MAI當前TS流的節(jié)目信息，供應用程序選擇。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)，供相應的Decoder解碼。

（3）Audio-Decoder模塊

在MAI開始鏈接各模塊時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已確定下來。此時的音頻解碼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模塊驅動硬件發(fā)出聲音。

（4）Video-Decoder模塊

視頻解碼Video-Decoder模塊也是進行確定編碼格式的解碼工作。對于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。對于其他不能使用MAE前端進行處理的視頻格式（如H264等），必須由軟件進行解碼，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

需要對搭建起的數(shù)字電視播放系統(tǒng)進行測試。通過測試，數(shù)字電視設備接口的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)需要設置為256KB，如果存儲容量允許采用512 KB到1 MB更好。在數(shù)字電視模塊采用USB接口進行播放時，播放流暢，音視頻同步，數(shù)字電視的實際播放達到了預期的效果。

3．4 增加對其他媒體格式的支持

對于其他常見的媒體文件格式，如flv和rmvb等，也可以通過增加該格式的 Demux和Decoder實現(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，將當前幀的時間戳一并提交給MAE，即可由MAE內部實現(xiàn)音視頻同步。當然也可以自己在程序中進行音視頻同步，這需要在提交YUV前從MAE取得音頻播放的時間戳，然后與當前視頻幀的時間戳比較，進行必要的延時操作。

結語

本文詳細介紹了數(shù)字電視播放系統(tǒng)的建立過程。該系統(tǒng)基于AU1200芯片，結合軟硬件優(yōu)勢，實現(xiàn)了數(shù)字電視TS流的播放功能。通過對媒體播放程的擴展，還可以實現(xiàn)如flv和rmvb等多種媒體格式的解碼播放。

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