一种基于DM6446的嵌入式P2P流媒体直播系统及其工作方法

摘要

本发明涉及一种基于DM6446的嵌入式P2P流媒体直播系统实现方法，具有设计合理、性价比高、播放效果良好等优点，它由若干个通过网络连接在一起的达芬奇数字平台组成，各达芬奇数字平台采用ARM+DSP双核架构，ARM模块为通用处理器运行主程序，DSP模块为协处理器负责音频和视频的解码；其中，ARM模块包含P2P引擎模块、播放器模块、UI模块和控制模块，P2P引擎模块与以太网连接，从网络中获取需要的音视频数据，播放器模块负责播放从P2P引擎模块获取的数据，UI模块负责为用户提供良好的界面，控制模块与UI模块、播放器模块和P2P模块连接，配合UI模块负责控制各个模块的运行状态并响应用户的遥控器按键操作；播放器模块分别与显示器和音频设备连接；UI模块与显示器连接。

说明书

技术领域

本发明属于网络多媒体技术领域，特别是一种基于DM6446的嵌入式P2P流媒体直播系统实现方法。

背景技术

随着计算机网络技术的发展，流媒体已成为音频、视频等多媒体文件流行的分发方式。流媒体与常规多媒体的不同主要在于，流媒体可以边下载边播放。流媒体直播系统可以广泛地应用于视频会议、远程培训、广播电视等领域。但是对于这些拥有大规模潜在用户的领域，传统C/S(客户端/服务器)架构的流媒体直播系统对服务器性能和网络带宽要求很高，因而服务器的处理性能和网络带宽会成为整个系统扩展的瓶颈。基于P2P(peer to peer)技术的流媒体直播系统应运而生。P2P流媒体直播系统具有非中心化、可扩展性、健壮性等特点，可以将服务器的压力(视频流化处理、网络分发传输等)向客户端转移，可以充分利用客户端的网络资源和存储资源。

但是，目前流媒体直播系统的客户端主要由PC(通用计算机)来承担，而嵌入式多媒体终端(如机顶盒、PDA、手机等)日益受到用户的青睐。基于嵌入式平台的P2P流媒体直播系统已经成为一种发展趋势。将在现有PC上运行的P2P软件直接移植到嵌入式平台，存在与嵌入式平台兼容性差、可移植性低、开发周期长、成本高等缺点。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的缺陷，提供一种基于TI的达芬奇平台DM6446的P2P流媒体直播系统实现方法，具有模块化设计、可移植性高、开发周期短等优点。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于DM6446的P2P流媒体直播系统，它由若干个通过网络连接在一起的达芬奇数字平台组成，各达芬奇数字平台采用ARM+DSP双核架构，ARM模块作为通用处理器运行主程序，DSP模块作为协处理器负责音频和视频的解码；其中，ARM模块包含P2P引擎模块、播放器模块、UI模块和控制模块，P2P引擎模块与以太网连接，负责从网络中获取需要的音视频数据，播放器模块负责播放从P2P引擎模块获取的数据，UI模块负责为用户提供良好的界面，控制模块与UI模块、播放器模块和P2P模块连接，配合UI模块负责控制各个模块的运行状态并响应用户的遥控器按键操作；播放器模块分别与显示器和音频设备连接；UI模块与显示器连接。

所述P2P引擎模块根据用户的需求，连接系统中的Tracker，获取相应节目的较好的节点列表，然后连接已知节点，如连接的节点数目不够，启动节点寻找算法寻找新的节点；与已连接的节点交互数据；周期性的向Tracker和已连接的节点报告自己的状态；周期性的检测已连接节点的状态并给其打分，断开分数最低的节点，并与新的邻居节点建立连接。

所述播放器模块从P2P引擎模块获取音视频数据，将获得的音视频混合数据解复用成音频数据和视频数据，将已分离的音视频数据分别送到DSP端让其解码，实现音视频的播放。

所述UI模块为基于Qt4的UI模块，它显示从控制模块获取的节目列表，并周期更新，或者用户主动更新；根据节目类别分类显示，并更改节目的分类依据；显示节目的受欢迎程度，并排序显示；显示节目的网络状态，并排序显示。

所述控制模块控制P2P引擎模块、播放器模块和UI模块的状态，处理各个模块的请求，实现模块间的相互通信，响应用户的遥控器请求，执行相应的命令，更新相应的UI模块界面。

一种基于DM6446的P2P流媒体直播系统的工作方法，它的步骤为：

1)控制模块首先启动，初始化各个模块需要的环境；

2)然后启动P2P模块，P2P模块连接Tracker服务器，获取最新的节目列表；

3)控制模块将获取的节目列表作为参数启动UI模块，UI模块在显示器上绘制用户界面，同时控制模块安装遥控器的各个按键的处理函数；此时，系统接受用户的按键交互；

4)用户按键时，控制模块处理按键请求，并产生相应的信号发送给UI模块，UI模块根据信号更新，当用户选择想观看的节目，按键后，控制模块处理按键请求，发送信号给UI模块，UI模块将想观看的节目参数传给控制模块，控制模块再将节目参数传给P2P模块，同时启动播放器模块；

5)播放器模块通过socket线程通信的方式获取P2P模块的音视频数据，处理后通知控制模块，控制模块通知UI模块显示媒体的播放；

6)当用户切换频道时，控制模块将新的节目参数传递给P2P模块，P2P模块主动断开与现有节点的连接，清空节点列表，告诉Tracker自己已经切换频道，同时向Tracker请求新的节目的节点列表，然后返回步骤3)。

所述步骤3)中，UI模块启动后，周期性的更新节目列表，更新节目列表的请求通过控制模块转发给P2P模块，P2P模块将更新后的节目列表通过控制模块再转发给UI模块，UI模块根据需要自己更新UI界面。

所述步骤2)中，P2P模块向Tracker请求相应节目的节点列表，Tracker应答并传送给P2P模块节点列表。P2P模块测试已知节点的的RTT，连接RTT相应较小的4个节点。之后，P2P模块与已连接的节点交互数据，同时周期性的执行以下动作：告诉Tracker自己的状态；告诉已连接节点自己的状态；评测已连接的节点，断开评价最低的一个节点并重新选择节点连接；与已连接的用户交互更新节点链表。

所述步骤5)中，播放器模块获取的音视频是混合的TS格式，播放器模块首先解复用音视频，然后通过调用DMAI的接口，分别将编码的音频数据MP3和视频数据H.264传送给DSP端的解码器，通过调用DMAI库接口，控制/dev/dsp播放解码后的音频数据，控制/dev/fb/1播放解码后的视频数据。

本发明引入跨平台的图像库Qt4，用以开发良好的UI界面；引入TI的DMAI(DavinciMultimedia Application Interface)库，用于提供音视频的解码接口和硬件设备接口；引入Gstreamer多媒体框架，用于播放器的实现。

本发明设计了一种基于DM6446的P2P流媒体直播系统实现方案。系统基于TI公司的达芬奇数字平台TMS320DM6446开发，达芬奇平台采用ARM+DSP双核架构，ARM端作为通用处理器运行主要的程序，DSP作为协处理器负责音频和视频的解码。本系统包含P2P引擎模块、播放器模块、用户界面(UI)模块和控制模块。P2P引擎模块负责从网络中获取需要的音视频数据，播放器模块负责播放从P2P引擎模块获取的数据，UI模块负责为用户提供良好的界面，控制模块配合UI模块负责控制各个模块的运行状态并响应用户的按键操作。

P2P引擎模块负责从P2P网络中获取需要的音频和视频数据，主要部分包含：

(1)根据用户的需求，连接系统中的Tracker，并按照以下策略来获取相应节目的较好的节点列表：较大比例(80％)的较近的IP地址(从高位到低位匹配较多)，较近的IP地址节点之间拥有较好的带宽和RTT(Round-trip Time)值的几率较高；较小比例(20％)的随机的IP地址，这些地址用以保证节点的多态性

(2)检测节点状态并连接已知节点，如连接的节点数目不够，启动节点寻找算法寻找新的节点

a从已连接的节点请求节点列表

b如步骤a获取的节点仍不够，等待一段时间，请求Tracker

c若步骤b仍不够，等待一段时间，转到步骤a

(3)与已连接的节点交互数据

(4)周期性的向Tracker和已连接的节点报告自己的状态

(5)周期性的检测已连接节点的状态并给其打分(计算节点间的RTT，RTT的值较小的为较好的节点，可以获得较高的分数)，断开分数最低的一个节点，并重新连接一个节点。

播放器模块基于开源的Gstreamer多媒体框架，Gstreamer是一个跨平台的基于管道的多媒体框架，采用Gstreamer使本系统具有更好的可移植性。播放器模块完成的主要功能包括：

(1)采用线程通信的网络通信(socket通信)的方式，从P2P引擎模块获取视音频数据

(2)将获得的音视频混合数据(TS封装)解复用成音频数据(MP3编码)和视频数据(H.264编码)

(3)调用DMAI接口，将已分离的音视频分别送到DSP端，控制DSP端的解码器，解码音视频数据，其中，视频被解码成YUV数据。

(4)通过DMAI库提供的接口，控制硬件处理已经解码的音频数据和视频数据，实现音视频的播放

用户界面(UI)模块，包含：

(1)基于Qt设计UI模块

(2)显示从控制模块获取的节目列表，并周期更新，或者用户主动更新

●UI请求控制模块

●控制模块将请求传递至P2P模块

●P2P模块将节目列表传递给控制模块

●控制模块将节目列表传递给UI模块

(3)根据节目类别分类显示，可更改节目的分类依据。

(4)显示节目的受欢迎程度，并可排序显示

(5)显示节目的网络状态，并可排序显示

控制模块负责整个程序的运行状态，完成的主要功能有：

(1)控制P2P引擎模块、播放器模块和用户界面(UI)模块运行状态

(2)控制整个程序的流程

(3)处理各个模块的请求，实现模块间的相互通信

(4)相应用户的遥控器请求，执行相应的命令，将产生的信号发送给UI模块，更新相应的UI界面

本发明的有益效果是：本发明基于达芬奇DM6446平台上设计一种嵌入式P2P流媒体直播系统的实现方法，可充分利用闲置的用户资源，有效地降低服务器压力，提高可容纳用户的数量。本方法采用模块化设计，模块之间分工明确，耦合性低，从而具有较好的可维护性和可扩展性，可以有效地缩短开发周期，降低开发成本。本方法虽然基于DM6446平台设计，但可提供良好的可移植性，根据各平台的不同修改相关模块(如若解码器不同，可只修改播放器模块)即可方便地移植到其他平台。

附图说明

图1基于DM6446的P2P流媒体直播系统终端的功能框图；

图2系统运行流程框图；

图3P2P流媒体网络拓扑图；

图4播放节目时主要模块时序图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

本发明设计的系统如图3所示，它由若干个通过网络连接在一起的达芬奇数字平台组成，各达芬奇数字平台采用ARM+DSP双核架构，如图1所示，ARM模块1作为通用处理器运行主程序，DSP模块2作为协处理器负责音频和视频的解码；其中，ARM模块1包含P2P引擎模块8、播放器模块6、UI模块5和控制模块7，P2P引擎模块8负责从网络中获取需要的音视频数据，播放器模块6负责播放从P2P引擎模块8获取的数据，UI模块5负责为用户提供良好的界面，控制模块7与UI模块5、播放器模块6和P2P模块8连接，配合UI模块5负责控制各个模块的运行状态并响应用户的遥控器按键操作；播放器模块6分别与显示器3和音频设备4连接；UI模块5与显示器3连接。

P2P引擎模块8根据用户的需求，连接系统中的Tracker，获取相应节目的较好的节点列表，然后连接已知节点，如连接的节点数目不够，启动节点寻找算法寻找新的节点；与已连接的节点交互数据；周期性的向Tracker和已连接的节点报告自己的状态；周期性的检测已连接节点的状态并给其打分，断开分数最低的节点，并与新的邻居节点建立连接。

播放器模块6从P2P引擎模块8获取音视频数据，将获得的音视频混合数据解复用成音频数据和视频数据，将已分离的音视频数据分别送到DSP模块2让其解码，实现音视频的播放。

UI模块5为基于Qt4的UI模块，它显示从控制模块7获取的节目列表，并周期更新，或者用户主动更新；根据节目类别分类显示，并更改节目的分类依据；显示节目的受欢迎程度，并排序显示；显示节目的网络状态，并排序显示。

控制模块7控制P2P引擎模块8、播放器模块6和UI模块5的状态，处理各个模块的请求，实现模块间的相互通信，响应用户的遥控器请求，执行相应的命令，更新相应的UI模块界面。

下面介绍本系统运行的流程，如图2所示。

控制模块7首先启动，初始化各个模块需要的环境。然后启动P2P引擎模块8(整个P2P网络的拓扑结构如图4所示)，P2P引擎模块8连接Tracker服务器，获取最新的节目列表。控制模块7将获取的节目列表作为参数启动UI模块5，UI模块5在显示器3上绘制用户界面，同时控制模块7安装遥控器的各个按键的处理函数。这时，系统可以接受用户的按键交互。

用户按键时，控制模块7处理按键请求，并产生相应的信号发送给UI模块5，UI模块5根据信号更新，当用户选择想观看的节目，按键后，流程如图4所示，控制模块5处理按键请求，发送信号给UI模块5，UI模块5将想观看的节目参数传给控制模块7，控制模块7再将节目参数传给P2P引擎模块8，同时启动播放器模块6。

P2P引擎模块8向Tracker请求相应节目的节点列表，Tracker应答并传送给P2P引擎模块8节点列表。P2P引擎模块8测试已知节点的的RTT，连接RTT相应较小的4个节点。之后，P2P引擎模块8与已连接的节点交互数据，同时周期性的执行以下动作：告诉Tracker自己的状态；告诉已连接节点自己的状态；评测已连接的节点，断开评价最低的一个节点并重新选择节点连接；与已连接的用户交互更新节点链表。

播放器模块6通过socket线程通信的方式获取P2P引擎模块的音视频数据，这时音视频是混合的(TS格式)，播放器模块6首先解复用音视频，然后通过调用DMAI接口9，分别将编码的音频数据(MP3)和视频数据(H.264)传送给DSP解码器10，通过调用DMAI库接口，控制/dev/dsp播放解码后的音频数据，控制/dev/fb/1播放解码后的视频数据。当播放器模块6可以播放时，通知控制模块7，控制模块7通知UI模块5显示媒体的播放。

UI模块5启动后，周期性的更新节目列表。更新节目列表的请求通过控制模块7转发给P2P引擎模块8，P2P引擎模块8将更新后的节目列表通过控制模块7再转发给UI模块5，UI模块5根据需要自己更新UI界面。当用户切换频道时，控制模块7将新的节目参数传递给P2P引擎模块8，P2P引擎模块8主动断开与现有节点的连接，清空节点列表，告诉Tracker自己已经切换频道，同时向Tracker请求新的节目的节点列表，此后的步骤与上述节目播放相同。