基于Gstreamer的服务机器人视听系统设计与实现

摘要

进入21世纪，服务机器人的研究和产业化进程不断深入，随着我国人口老龄化加剧，家庭服务机器人将会出现爆发式增长。视听系统作为服务机器人重要的组成部分，其既是命令的入口，也是功能的表象，对用户体验起决定性作用。而当前机器人视听系统平台化程度较差、完成度低，存在具体硬件绑定、灵活性欠佳、移植困难、可扩展性差等问题。 本文基于实验室自主研发的“大智”服务机器人平台，通过应用先进的软件设计方法，探讨异构机器人平台视听系统的设计与实现方式，解决视听系统中存在的灵活性、可扩展性和可移植性差的问题。在系统的设计中，应用分层模式将系统分为实现层和应用层。实现层侧重提高系统的灵活性和可扩展性，通过将复杂元件分解，简化Gstreamer的组织结构为简单的链式结构，进而设计了一套基于组成(composite)模式的节点体系用于组织Gstreamer元件，节点体系在保持统一外观的同时，内部可灵活组合与扩充，提高了系统的灵活性和可扩展性。应用层聚焦提高系统的可移植性，在设计中采用模块化设计的手段，应用抽象工厂(abstract factor)模式，通过为异构软硬件平台特化具体实现模块的方式，提高系统的可移植性。 在完成系统实现的基础上，对视听系统进行了功能测试和性能对比测试。功能测试中验证了系统的有效性和可靠性，系统整体表现符合设计需求。性能对比测试中，将视听系统与原生Gstreamer命令进行对比，量化系统为提高灵活性付出的设计代价，从测试结果来看，以较少的资源代价，有效提高了系统的灵活性、可扩展性和可移植性，达成了设计目标。

目录

声明

摘要

1．1研究背景及意义

1．2国内外研究现状

1．3研究内容及目标

1．4论文组织结构

2．1设计约束

2．1．1部署环境

2．1．2技术环境

2．1．3应用场景

2．2功能性需求

2．2．1用户需求

2．2．2产品需求

2．3非功能性需求

2．3．1可靠性需求

2．3．2有效性需求

2．3．3可扩展性需求

2．3．4可移植性需求

2．3．5可维护性需求

2．4本章小结

第三章系统架构设计

3．1限制条件

3．1．1硬件平台限制

3．1．2软件平台限制

3．2基础库选用

3．2．1音视频库简介

3．2．2 Gstreamer基本概念

3．2．3 Gstreamer的限制

3．3总体架构设计

3．3．1功能梳理

3．3．2总体架构设计

3．4实现层设计

3．4．1节点体系设计

3．4．2元件分解设计

3．4．3管道管理器设计

3．5应用层设计

3．5．1模块体系设计

3．5．2模块间通信设计

3．6本章小结

第四章实现层的实现

4．1节点体系

4．1．1基础节点类

4．1．2通用节点类

4．1．3组合节点类

4．1．4节点体系使用

4．2元件分解

4．2．1影子节点类

4．2．2基础元件类

4．3管道管理器

4．4功能实现

4．4．1语音合成节点

4．4．2混音器类

4．4．3资源获取类

4．5本章小结

第五章应用层的实现

5．1音频播放模块

5．2语音播放模块

5．3资源播放模块

5．4即时通信模块

5．5创建者体系

5．6本章小结

第六章系统测试

6．1功能测试

6．1．1资源播放测试

6．1．2语音合成测试

6．1．3即时通信测试

6．2性能对比测试

6．2．1测试方案

6．2．2资源播放测试

6．2．3即时通信测试

6．2．4结果分析

6．3本章小结

7．1论文工作总结

7．2后续工作展望

参考文献

致谢

硕士期间参加科研工作

硕士期间发表论文

硕士期间获得专利