基于嵌入式多網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、性能優(yōu)越的廣告機系統(tǒng)設(shè)計

引言

網(wǎng)絡(luò)廣告機俗稱digital signage system，是在網(wǎng)絡(luò)信息化飛速發(fā)展的時代背景下產(chǎn)生的一種新型網(wǎng)絡(luò)多媒體信息發(fā)布系統(tǒng)?；谶@種系統(tǒng)，用戶可以采用多種方式于公共顯示終端上發(fā)布公共信息內(nèi)容。目前，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化的多媒體網(wǎng)絡(luò)廣告機成為傳媒市場的一大亮點，然而單機版的廣告機以及單一的媒體發(fā)布形式已經(jīng)難以滿足日益增長的市場需求，國內(nèi)外正在積極投入基于多種媒體形式和多功能交互型網(wǎng)絡(luò)廣告機的研究。本文利用Linux嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)越性能，使用廣大Linux系統(tǒng)支持的開源軟件和工具集，構(gòu)建了成本低、功能健全和網(wǎng)絡(luò)分布靈活的網(wǎng)絡(luò)媒體廣告機系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)概述

如圖1所示，整個系統(tǒng)大體分為廣告機監(jiān)控終端、服務(wù)器控制中心、廣告機顯示終端3個部分。監(jiān)控終端通過Web瀏覽器控制頁面接收管理員輸入的控制命令，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)路由向服務(wù)器控制中心提交表單。服務(wù)器控制中心根據(jù)監(jiān)控終端提交的不同表單類別調(diào)用對應(yīng)的CGI例程來啟動相應(yīng)的Socket服務(wù)進程，建立與開發(fā)板Socket監(jiān)聽服務(wù)進程之間的網(wǎng)絡(luò)通信，同時傳遞對應(yīng)的控制命令和信息。廣告機顯示終端解析相應(yīng)的控制命令和信息，來控制顯示終端設(shè)備上的媒體信息播放形式。

1．1 硬件環(huán)境

廣告機監(jiān)控終端和服務(wù)器控制中心的設(shè)備為普通PC機。廣告機顯示終端采用的是芯勝嵌入式VT8430開發(fā)板。該開發(fā)板的處理器是芯晟科技推出的數(shù)字音視頻多標準多媒體處理芯片CSM1200。該芯片采用ARM9內(nèi)核，支持MPEG-2、H．264、AVS的高清和標清解碼／輸出，視頻輸出支持PAL／NTSC／480p／576p／720p／1080i。
同時，CSM1200是一個有著豐富的外圍設(shè)備和強大媒體能力的嵌入式平臺SoC，可以靈活地選擇多種LCD或者其他顯示設(shè)備，作為廣告機信息發(fā)布節(jié)點的媒體播放設(shè)備。

1．2 軟件環(huán)境

監(jiān)控終端和服務(wù)器控制中心的采用Linux系統(tǒng)平臺。監(jiān)控終端只需能夠提供正常的Web頁面瀏覽功能便可以借助瀏覽器實現(xiàn)信息的交互。服務(wù)器控制中心和顯示終端是多媒體信息發(fā)布的關(guān)鍵的部分，需要配置相關(guān)的環(huán)境如下：

①構(gòu)建CGI模塊。CGI用來設(shè)計基于Web瀏覽器的B／S(Browser／Serrer)系統(tǒng)架構(gòu)，可以在無客戶端(client)的情況下，廣泛地使用Web瀏覽器提供的按鈕、輸入框、字體和顏色等界面元素。通過不同平臺瀏覽器監(jiān)控終端遞交的表單就可以控制信息的交互。在官網(wǎng)下載源碼包li-bcgi-1．0．tar．gz后，解壓、編譯和安裝即可。?

②創(chuàng)建和配置httpd服務(wù)。官網(wǎng)下載httpd-2．2．4．tar.gz，解壓、配置、編譯和安裝后，設(shè)置相應(yīng)CGI程序以及html服務(wù)路徑和目錄，以提供Web瀏覽器監(jiān)控端不同的控制頁面目錄和CGI例程集存儲目錄。

③配置數(shù)據(jù)庫。安裝Sqlite3數(shù)據(jù)庫來提供對于各種媒體信息的查詢、插入和刪除等控制操作。SQLite是存儲在單一磁盤文件中的一個完整的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，尤其適合于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計。在Ubuntu10．04服務(wù)器系統(tǒng)平臺上，使用aptitude安裝libsqlite3-0、libsqlite3-dev、libs-qlite3和libsqlite3-doc開源軟件包即可。

④定制顯示終端Linux系統(tǒng)。顯示系統(tǒng)采用基于ARM9的CSM1200處理芯片，因此使用arm-9tdmi-linux-gun交叉編譯工具，基于Linux2.6.2 7內(nèi)核源碼包定制針對顯示開發(fā)板環(huán)境平臺的Linux操作系統(tǒng)，詳見參考文獻。編譯好內(nèi)核之后進行u-boot的燒寫、根文件系統(tǒng)的制作，并設(shè)置相應(yīng)的啟動方式來加載制作的Linux內(nèi)核。詳細的步驟見參考文獻。

⑤搭建顯示終端Qt環(huán)境。顯示終端通過Qt圖形界面播放各種媒體信息，首先獲取Qt開源軟件包qtopia-core-opensource-src-4.2.2.tar. gz，解壓后設(shè)置arm-9tdmi-linux-gun為編譯器環(huán)境，編譯安裝Qt軟件包后，拷貝所需資源到開發(fā)板文件系統(tǒng)。

上述環(huán)境搭建的大部分內(nèi)容都可以從相應(yīng)的官網(wǎng)獲取開源源碼包和詳細的配置安裝信息。

2 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

系統(tǒng)功能模塊原理圖如圖2所示。監(jiān)控終端由Qt控制頁面、Mplayer控制頁面和文件更新控制頁面組成。在不同的監(jiān)控控制頁面觸發(fā)相應(yīng)的控制操作，將通過Web功能訪問服務(wù)器控制中心并向服務(wù)器遞交不同的表單?？刂浦行闹黧w部分由服務(wù)器Web httpd站點、CGI控制模塊、數(shù)據(jù)庫Sqlite3和TCP Socket Client端組成。根據(jù)監(jiān)控終端遞交的不同的表單，相應(yīng)的CGI控制程序?qū)?zhí)行，CGI程序進行的相應(yīng)的錄入、刪除和更新Sqlite3數(shù)據(jù)庫操作，同時調(diào)用并開啟對應(yīng)的Socket Client進程，將對應(yīng)的控制命令和數(shù)據(jù)庫信息通過網(wǎng)絡(luò)Socket遞交到顯示終端TCP Socket Server監(jiān)聽服務(wù)器。顯示終端的TCPSocket Server監(jiān)聽接收TCP Client端傳來的控制命令，通過解析控制命令的類別，將空控制命令和相關(guān)的信息寫入到Qt本地或者Mplayer本地套接字服務(wù)器，并存儲在本地Linux文件系統(tǒng)中。Mplayer播放器和Qt播放程序讀取文件系統(tǒng)中各自本地套接字的控制信息，調(diào)用相應(yīng)的音視頻驅(qū)動程序來控制音視頻文件在Qt界面和Mplayer端的顯示和播放。

3 關(guān)鍵算法設(shè)計

3．1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

根據(jù)廣告機監(jiān)控終端所監(jiān)控媒體種類的不同，使用Sqlite3數(shù)據(jù)庫維護媒體視頻播放、圖片背景和Qt字幕的信息。數(shù)據(jù)庫原理見參考文獻。對于廣告機監(jiān)控管理員以及管理者的身份，需要設(shè)計管理者的ID、登錄密碼和對應(yīng)的用戶名信息，以便對廣告機的監(jiān)控和管理。就視頻和圖片媒體而言，都涉及對相應(yīng)媒體對象的插入、刪除、更新和播放順序等控制操作，因此分別設(shè)置ID、文件名、加入時間和排序序號來進行相應(yīng)的維護和控制管理。對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計原理圖如圖3所示。

3．2 廣告機顯示終端

廣告機顯示終端的Qt圖形界面原理如圖4所示。Qt界面的設(shè)計原理見參考文獻。開發(fā)板通電之后，主程序程序開始執(zhí)行，Mplayer媒體播放器讀取存儲在開發(fā)板上的視頻文件進行循環(huán)播放，同時將監(jiān)聽自己的本地套接字。當網(wǎng)絡(luò)通信模塊將控制終端傳來的控制命令寫到Mplayer播放程序的本地套接字之后，Mplayer將根據(jù)控制命令執(zhí)行相應(yīng)的響應(yīng)，如暫停、播放下一首、重頭開始播放等。Qt圖形界面程序開始執(zhí)行時，先讀取本地圖片文件和文本文件，進行循環(huán)播放。同時，Qt圖形界面程序的監(jiān)聽命令線程將監(jiān)聽Qt圖形界面的本地套接字。當接到控制命令時，Qt圖形界面程序?qū)?zhí)行相應(yīng)的操作，如關(guān)閉、打開、更新滾動字幕等。

本地套接字與本地TCP Socket Server端進行通信，并將相關(guān)控制命令最終上傳，而本地TCP Socket Server命令則是來源于控制中心TCP Socket Client端對控制命令的上傳。本地Socket Server套接字的部分控制代碼如下：

3．3 服務(wù)器控制中心

服務(wù)器控制中心通過傳遞管理員用戶的控制命令，來控制顯示終端圖片、視頻以及文字媒體的更新和播放狀態(tài)的改變。管理者用戶通過點擊Qt或者Mplayer控制頁面的各種控制按鈕和媒體更新文件操作，觸發(fā)監(jiān)控中心的各種CGI例程，因此監(jiān)控終端的各種控制操作便與相應(yīng)的CGI控制操作例程一一對應(yīng)。CGI例程通過TCP Socket網(wǎng)絡(luò)通信向顯示終端服務(wù)器遞交相應(yīng)的控制命令和相關(guān)控制信息，就可以完成對各種媒體信息的操作控制。Linux系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)套接字編程見參考文獻。

由圖2可知，顯示終端分為Qt和Mplayer模塊。其中，Qt模塊用來播放媒體圖片和字幕信息，Mplayer負責播放各種視頻文件。對于媒體視頻和圖片文件信息，控制的方式基本上分為兩種：一種是不帶上傳內(nèi)容的單純媒體運行方式的控制操作(如視頻文件的播放暫停、視頻播放調(diào)序等)，只需要點擊相關(guān)的控制按鈕即可完成；另一種是基于文件上傳的媒體更新的操作。例如視頻文件、圖片庫的更新等操作。因此，將結(jié)合上述不同的控制方式給出廣告機字幕滾動、純命令控制和文件上傳的關(guān)鍵算法設(shè)計。

Qt更新顯示終端滾動字幕的表單部分如下所示：

用戶通過Qt控制頁面添加更新的文字內(nèi)容，點擊更新字幕按鈕會觸發(fā)改變字幕的CGI例程。qt_change_list．cgi例程將創(chuàng)建從本地到顯示開發(fā)板上的TCP Socket Server端的TCP套接字連接，并將控制命令“更新文字”與文字內(nèi)容一起上傳到TCP Socket Server端服務(wù)器。

廣告機控制命令的控制表單部分設(shè)計如下：

對于單純的控制命令，廣告機終端的設(shè)計比較簡單，對于每一種控制命令均對應(yīng)有不同的CGI例程和命令宏定義，每個例程將對應(yīng)的控制命令通過Socket上傳就可以實現(xiàn)。

上傳文件關(guān)鍵表單部分設(shè)計：

文件上傳將根據(jù)Qt圖片和視頻文件的不同調(diào)用相應(yīng)的上傳例程。這里除了要將圖片或者視頻文件上傳到開發(fā)板顯示終端外，還要向服務(wù)器監(jiān)控中心的Sqlite3數(shù)據(jù)庫中添加相應(yīng)的資源信息和狀態(tài)信息，根據(jù)前面數(shù)據(jù)庫對不同媒體類別的設(shè)計屬性域添加相應(yīng)的相關(guān)信息，以便后續(xù)的插入、排序、刪除和更新操作。其中，使用多線程傳輸模型設(shè)計上傳程序my_scp實現(xiàn)對較大視頻和圖片文件的快速傳輸，關(guān)于多線程編程見參考文獻。上傳文件的部分代碼如下所示：

3．4 監(jiān)控終端

為了提升安全性能，需要設(shè)置用戶密碼功能。管理員通過用戶名和密碼的匹配輸入后，就可以獲得廣告機的控制權(quán)限。根據(jù)廣告機媒體類型的不同，分別設(shè)計了Qt控制頁面、Mplayer控制頁面和文件更新控制頁面。通過控制不同的控制頁面，即可控制廣告機的不同媒體播放操作。

結(jié)語

本項目設(shè)計使用Linux開源系統(tǒng)和軟件工具集，構(gòu)建了基于嵌入式多網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、性能優(yōu)越的廣告機系統(tǒng)，最終獲得了滿意的效果。本系統(tǒng)的設(shè)計不但涵蓋了Linux系統(tǒng)開發(fā)的軟件和硬件技術(shù)，也涵蓋了嵌入式產(chǎn)品設(shè)計的各種綜合素質(zhì)和多項技能，具有一定的實用價值。