基于DirectFB開發庫實現可分解的嵌入式播放器的設計方案

引言

隨著嵌入式與數字多媒體技術的發展，嵌入式播放器因其體積小、功能全、存儲量大、攜帶方便等特點，已成為當前研究的一個技術熱點。開發支持各種音視頻格式和傳輸協議的嵌入式播放器，具有廣泛的市場前景。DirectFB作為一個輕量級的GUI開發庫，通過Framebuffer以及回調函數，實現了對硬件設備的完全抽象，加速了圖形操作，成為開發嵌入式播放器的理想選擇。本文提出了一種基于DirectFB的嵌入式播放器解決方案，旨在降低嵌入式系統的資源消耗，適用于CPU頻率小于400MHz的中低端嵌入式系統。

DirectFB介紹

DirectFB是一個輕量級的提供硬件圖形加速、輸入設備處理特性和抽象的圖形庫，集成了支持半透明的視窗系統以及在Linux Framebuffer驅動之上的多層顯示。它用軟件封裝當前硬件無法支持的圖形算法來完成硬件加速的層，并集成了快速的支持半透明的視窗系統。DirectFB通過Framebuffer驅動訪問硬件設備，提供了圖形設備的加速、輸入設備處理提取、透明窗口和多重顯示層的功能。

DirectFB的設計之初就充分考慮了嵌入式系統的固有特性，體積小巧、資源消耗低，是嵌入式系統中強大的圖形處理庫，成為Linux下一代處理的一個新標準（CELF AVG1.0標準）。DirectFB提供了一套C接口來方便用戶進行界面開發，例如IDirectFBSurface接口提供了對文本、BILT、畫線以及畫矩形的操作；IDirectFBFont接口提供了對字體的操作；而IDirectFBVideo接口提供了對多媒體進行播放控制的操作。

嵌入式播放器設計方案

1. 總體架構

本嵌入式播放器采用DirectFB開發的Lite作為圖形界面，與用戶進行直接交互；調用DirectFB的Video實現了音視頻的插件接口和解碼器模塊。該接口將FFmpeg、xine、libmpeg3等多媒體庫封裝成統一接口，具備很強的擴展性。基于Framebuffer的輸出，消除了對特定架構的依賴，有效地增強了系統的可移植性。

2. 圖形界面開發

圖形界面以Lite為基礎開發，Lite是基于DirectFB開發的以box為基類的對話框。通過調用Lite可以編寫各種暫停、播放、音量等控件，用戶使用這些控件與播放器進行直接交互。DirectFB本身并不提供窗口以及對話框管理功能，因而DirectFB更多地被用作底層圖形庫。上層API支持DirectFB的有XDirectFB、DirectFBGL、DFBTerm、DFBSee、DFBPoint、QT on DireelFB、SDL等。

采用Lite進行開發的目的，主要是因為它直接使用DirectFB開發對話框，而且源代碼只有5MB左右，具有很快的響應速度，能夠有效降低嵌入式設備資源的消耗。

3. 插件接口與解碼器

插件接口將對解碼器的操作放到了Video統一的開發式接口中，該接口實現了分離音視頻、解碼音視頻、播放、暫停、調節音量、調整播放速度等各種功能。通過該接口，播放器的擴展性得到了很大的提高，因此該接口是媒體播放器的核心。

DirectFB通過對FFmpeg進行封裝，形成一組統一接口方便用戶調用。FFmpeg是一個開源的多媒體框架，能夠解碼、編碼、轉碼、mux、demux、流、過濾和播放幾乎所有已知格式的音視頻文件。通過DirectFB對FFmpeg的封裝，播放器可以支持多種音視頻格式的播放。

具體的封裝過程包括以下幾個函數：

• Probe函數：通過檢查文件擴展名來確定播放器是否支持播放該文件，可以識別的擴展名有wav、au、snd、mp2、mp3、m2a、swf、wma、rm等。用戶可以通過添加新的解碼器來支持更多新的文件格式。

• Construct函數：通過調用FFmpeg的一些庫函數，首先將輸入的視頻文件頭信息讀取出來，接著把視頻文件分離成音頻和視頻流，并申請音頻和視頻流的緩沖區，然后識別出音視頻解碼器。該函數同時會將用戶寫的一些非標準函數指針賦給標準API函數，方便用戶的調用。

• FFmpegInput函數：該函數管理將對解碼出的音視頻包送入各自的FIFO隊列，同時設置了一些標志位來管理FIFO隊列，例如音視頻隊列當前的狀態，當用戶拖動進度條進行偏移時用戶需要有一個拖動標志位，拖動的長度用來重新計算播放時間。

• FFmpegVideo以及FFmpegAudio函數：這兩個函數主要用于播放音頻流和數據流，同時有一些用于音視頻的同步控制。

• FFmpeg_PlayTo函數：該函數是給用戶提供的接口函數，該接口函數在DirectFB中為PlayTo。在函數中，PlayTo同時啟動了3個線程，這3個線程分別調用了FFmpegInput、FFmpegVideo、FFmpegAudio函數，用于將音視頻送入FIFO隊列，從FIFO隊列取出數據并播放。

4. 數據流程與控制函數

音視頻處理過程是同步進行的。此外還有一些控制函數，例如文件播放PlayTo、播放停止Stop、按時間跳轉SeekTo、調整音量SetVolume、獲取音量GetVolLume、調整播放速度SetSpeed、獲取播放速度GetSpeed等函數，這些函數在construct函數中被封裝成標準接口便于用戶使用。

Video接口通過調用FFmpeg對音視頻解碼進行了有效的封裝。通過Lite，用戶與播放器實現有效交互。Lite彌補DirectFB在工具箱以及窗口管理上的不足，相比于其他的GUI，它在提供對話框和按鈕的同時，資源消耗較小，適合嵌入式開發。

5. 音頻處理

Fusionsound是一個DirectFB的子庫，它基于oss或者alsa驅動。Fusionsound將音頻數據輸出到了揚聲器上，該函數庫能夠支持一些基本操作，例如WAV格式文件的播放，同時它也提供一系列的聲音播放、調節播放速度、調高音量、聲音緩沖區管理等接口。

主控芯片型號及其作用

在嵌入式播放器的設計中，主控芯片的選擇至關重要。以下是幾種常見的主控芯片型號及其在設計中的作用：

1. STM32F103ZE

   STM32F103ZE是一款高性能、低功耗的ARM Cortex-M3內核微控制器，適用于各種嵌入式應用。它具有豐富的外設接口，如USB、USART、SPI、I2C等，能夠滿足嵌入式播放器與外部設備通信的需求。STM32F103ZE的主頻高達72MHz，具備強大的數據處理能力，能夠高效地運行DirectFB圖形庫和音視頻解碼算法。

2. Intel CE3100

   Intel CE3100是一款專為支持互聯網連接的消費類電子設備開發的高度集成的媒體處理器。它集成了強大的圖形處理單元和音視頻解碼器，能夠支持高清視頻的播放。CE3100還支持Linux操作系統，為開發嵌入式播放器提供了良好的開發環境。在基于CE3100的嵌入式播放器設計中，可以利用DirectFB開發圖形用戶界面，并通過FFmpeg等多媒體庫實現音視頻解碼和播放。

3. 其他主控芯片

   除了STM32F103ZE和Intel CE3100外，還有許多其他類型的主控芯片可供選擇，如ARM9、ARM11、DSP等。這些芯片各有優缺點，具體選擇應根據實際需求和預算進行權衡。在選擇主控芯片時，需要考慮其處理能力、功耗、外設接口、價格等因素。

在主控芯片的作用下，嵌入式播放器能夠實現以下功能：

• 音視頻解碼：通過主控芯片內置的音視頻解碼器或外部解碼庫（如FFmpeg），實現對各種音視頻格式的解碼。

• 圖形處理：利用DirectFB等圖形庫，實現圖形用戶界面的開發，提供美觀易用的用戶界面。

• 外設控制：通過主控芯片的外設接口，實現對外部設備（如USB存儲設備、紅外遙控器等）的控制。

• 網絡通信：如果主控芯片支持網絡通信功能，還可以實現嵌入式播放器的網絡視頻播放和遠程控制等功能。

結論

本文提出了一種基于DirectFB的嵌入式播放器解決方案，通過詳細的方案設計，實現了資源消耗少、可移植性強、系統各個模塊間依賴度小的嵌入式播放器。該播放器采用DirectFB開發的Lite作為圖形界面，與用戶進行直接交互；調用DirectFB的Video實現了音視頻的插件接口和解碼器模塊，具備很強的擴展性。通過選擇適合的主控芯片，實現了音視頻解碼、圖形處理、外設控制和網絡通信等功能。該方案適用于CPU頻率小于400MHz的中低端嵌入式系統，具有廣泛的應用前景。