摘要：為了能夠實現(xiàn)傳統(tǒng)的家電影音設備與網(wǎng)絡媒體服務的互連互通，滿足人們對數(shù)字媒體資源家庭網(wǎng)絡共享的要求，提出了一種基于DLNA標準的數(shù)字媒體適配器的系統(tǒng)設計方案，并完成了系統(tǒng)的軟硬件架構設計、以及基于UP-NP協(xié)議棧中間層的軟件設計。該系統(tǒng)的硬件部分采用Amlogic公司的AML 8726-M芯片，構成可組合的模塊化硬件平臺，軟件部分完成對內核的裁剪以及硬件驅動，中間層基于UPNP協(xié)議棧及UPNP AV架構，以嵌入式linux為操作系統(tǒng)進行編程，能夠實現(xiàn)DLNA設備間的零配置連接，實現(xiàn)媒體資源的輸出播放。
關鍵詞：數(shù)字媒體適配器；DLNA；UPNP協(xié)議；UPNP AV架構

    隨著數(shù)字媒體的流行，大量的媒體資源已出現(xiàn)在家庭之中。然而，它們并不能相互合作，更困難的是不能將電腦中的資源應用于其他設備。DLNA的出現(xiàn)，旨在連接有線和無線網(wǎng)絡，實現(xiàn)電腦、移動設備之間的媒體資源相互連通，實現(xiàn)任何時間，任何地點，無限制的分享音樂、照片以及視頻等。DLNA并不是創(chuàng)造了一種新的技術，而是制定了一種解決問題的辦法，一種大家都需要遵守的規(guī)則。
    數(shù)字媒體適配器的主要價值是可以連接計算機或手機中的音頻、視頻文件，經過數(shù)字媒體適配器的解碼，輸出到其他的展示設備。然而關鍵問題是各種設備之間如何使用一種公共的標準協(xié)議來實現(xiàn)互相連接，從而共享家庭網(wǎng)絡中的媒體資源。另一方面，如何在低成本的前提下，實現(xiàn)高速率低功耗。隨著數(shù)字媒體內容種類及數(shù)量的增多，人們迫切的等待著更加成熟的數(shù)字家庭技術方案，以更好地服務數(shù)字生活。

1 系統(tǒng)整體設計
    本系統(tǒng)整體上采用了ARM-Linux嵌入式體系，被廣泛的應用于數(shù)字媒體設備中。圖1表明系統(tǒng)整體整體框架，包含了系統(tǒng)軟、硬件兩大部分的層次結構。其中UPNP協(xié)議以及UPNP AV架構作為整個系統(tǒng)最重要的構成，實現(xiàn)了設備之間互通互控的主體功能，也是文中重要的研究部分。

2 數(shù)字媒體適配器的硬件設計
    數(shù)字媒體適配器實現(xiàn)的主要功能是網(wǎng)絡流媒體數(shù)據(jù)接收、流媒體解碼、音視頻流格式轉換以及對流媒體服務的控制(如媒體內容選擇、播放、暫停等)。硬件設計上，文中選用了Amlogic公司的AML 8726-M作為主控芯片，專為移動網(wǎng)絡互聯(lián)設備、平板電腦、機頂盒以及電視應用設備而設計。
    系統(tǒng)采用ARM Cortex-A9單核架構，主頻800 MHz，大容量緩存提高了系統(tǒng)性能。另外配有MedioCPU完成音頻解碼，雙DSP硬件解碼器可以解碼所有的視頻格式，包括H．264，MVC，MPEG-1／2／4，VC-1／WMV，AVS，RealVideo以及MJPEG。
    系統(tǒng)在主控芯片的基礎上，還配有豐富的輸出接口和外圍設備模塊。外圍存儲包括64 M字節(jié)的SDRAM，用來處理數(shù)據(jù)的外部緩存；通過NAND FLASH接口外接512 M大容量存儲芯片，用來存儲啟動引導程序、U-boot、內核以及文件系統(tǒng)；配有Mini SD接口，為媒體資源提供更大的存儲空間。網(wǎng)絡連接方面，總線連接網(wǎng)絡接口芯片，作為讀取接收流媒體的入口；WIFI無線網(wǎng)卡，實現(xiàn)無線上網(wǎng)功能；配有4個USB接口，讀入移動存儲設備中的媒體內容。此外，系統(tǒng)配有3．5-mm標準音頻輸出接口和HDMI高清接口，支持多格式的音視頻媒體輸出。

    系統(tǒng)通過有線或無線連接網(wǎng)絡，與手機或電腦互聯(lián)提供控制端；通過HDMI高清接口連接電視，作為顯示端。外存中的多媒體文件通過SDRAM緩沖后，將視頻流和音頻流進行分解，在主控芯片解碼完成后，由音／視頻接口輸出。
[!--empirenews.page--]
3 數(shù)字媒體適配器軟件設計
    本系統(tǒng)作為DLNA產品，符合其開發(fā)標準。表1中列出了DLNA互操作架構下的關鍵技術，系統(tǒng)功能實現(xiàn)所需技術也如表1所列。軟件程序采用C語言編寫，利用Intel SDKfor UPNP Devices的庫文件代碼一起進行交叉編譯成ARM平臺Linux動態(tài)連接庫文件，供上層應用調用。開發(fā)主機采取在VMWare中安裝Linux虛擬機(Ubuntu11．10)，以及arm-linux-gcc 4．3．2編譯器作為開發(fā)工具鏈。

3．1 控制點軟件模塊設計
    數(shù)字媒體適配器作為數(shù)字家庭中的重要設備，能夠根據(jù)用戶提供的某項服務，在設備間實現(xiàn)互操作，包括設備間的通信能力以及交換有效信息的能力?？刂泣c(Control Point)作為UPNP AV網(wǎng)絡中最重要的節(jié)點，負責在網(wǎng)絡中搜索媒體服務器和媒體渲染器，發(fā)現(xiàn)用戶所需要的媒體信息，協(xié)調兩者之間的交互操作。軟件采用模塊化設計思想，全局分為4個模塊；設備列表模塊、主控管理模塊、交互通信模塊以及UPNP協(xié)議模塊。圖3為控制點軟件模塊結構圖。

    1)設備列表模塊
    設備列表模塊用來在網(wǎng)絡中實時監(jiān)聽、查找UPNP設備，對設備進行添加和刪除，對設備表述的XML文件進行解析，列表與設備之間一一對應。此模塊的設計實現(xiàn)了設備信息的緩存處理。在設備列表中，包含所有控制點需要的設備信息和設置參數(shù)；設備唯一的識別名稱、XML文件描述的網(wǎng)絡地址、基礎URL以及設備超時時間等。
    2)主控管理模式
    作為軟件模塊中的中樞部分，主控模塊基于UPNP協(xié)議模塊，與設備列表模塊與交互通信模塊均相連，完成的主要功能包括：管理設備緩存、處理客戶端命令、響應設備請求、解析設備回應。定義CtrlPointCallbackEventHandlel()函數(shù)注冊UPNP消息回調函數(shù)；接收到SSDP發(fā)現(xiàn)消息后，管理列表中的UPNP設備，如使用CtrtPointAddDevice()添加設備；調用CtrlPointHandleEvent()函數(shù)接收客戶端的消息，對消息進行處理；使用CtrlPointHandleSubscribeUpdate()和StateUpdate()更新訂閱和狀態(tài)列表；調用CtrlPointSendAction()和CtrlPointSendActi onNumeiicArg()給網(wǎng)絡中的UPNP設備發(fā)送消息。
    3)交互通信模塊
    交互通信模塊連接了主控模塊與UPNP客戶端，實現(xiàn)設備與控制點之間的交互控制，負責與客戶端的通訊流程，完成服務端、渲染器以及控制點之間的交互操作。模塊首先確定了與UPNP客戶端的通信方式，定義Upnp Get ServerIpAddress()設定IP地址、UpnpGetServerProt()設定端口，使用CtrlPoinHandleGetVar()處理主控模塊發(fā)送過來的數(shù)據(jù)包，完成對命令的解析，調用CtrlPointCommandLoop()函數(shù)連續(xù)發(fā)送指令，使用CtrlPointProcessCommand()函數(shù)將指令傳送給主控模塊，完成對命令的解析和處理。
    4)UPNP協(xié)議模塊
    負責所有與UPNP協(xié)議有關的內容。系統(tǒng)采用libupnp開發(fā)包、以UPNP庫作為底層協(xié)議，涵蓋UPNP協(xié)議所需要的API接口及庫函數(shù)。
    5)UPNP客戶端
    UPNP客戶端即系統(tǒng)輸出展示設備，包括電視、音響等。[!--empirenews.page--]
3．2 系統(tǒng)軟件工作流程
    根據(jù)DLNA產品開發(fā)標準中的關鍵技術，其中“設備發(fā)現(xiàn)與控制”和“媒體管理”是系統(tǒng)實現(xiàn)的重要功能，軟件開發(fā)基于UPNP協(xié)議與UPNP AV協(xié)議架構。下文分別說明了兩主要功能的具體實現(xiàn)。
3．2．1 設備發(fā)現(xiàn)與控制工作流程
    設備在發(fā)現(xiàn)與控制技術部分，采用了UPNP協(xié)議棧架構。設備在此部分主要完成初始化以及異步操作處理兩大主要功能。其軟件工作流程如圖4所示。

    初始化操作包括初始化UPNP協(xié)議棧、注冊根設備以及初始化設備。系統(tǒng)調用函數(shù)UpnpInit()初始化協(xié)議棧，制定模塊根目錄，通過注冊根設備，實現(xiàn)設備與UPNP庫的關聯(lián)。設備以多播方式發(fā)布存在消息，進入事件循環(huán)過程。當監(jiān)聽器接收到設備發(fā)出的事件請求后，創(chuàng)建時間處理線程，回調UPNP事件處理函數(shù)進行處理，隨后開始異步操作處理過程。
    設備運行期間，控制點會發(fā)送各種請求指令，處理這些異步請求就是設備最主要的工作。這些異步請求包含訂閱請求、取值請求和操作請求。訂閱請求訂閱了UPNP設備中服務狀態(tài)改變事件，訂閱成功后，一旦控制點的訂閱信息發(fā)生改變，系統(tǒng)都會得到及時的通知。取值請求用于返回服務狀態(tài)變量的當前值，設備監(jiān)聽到控制點的取值請求后，會激活事件處理回調函數(shù)，將返回的當前值提供給接口發(fā)送給控制點。操作請求用于改變服務狀態(tài)變量值，設備從請求文檔中得到操作所需的相關參數(shù)，建立響應文檔后通知控制點設備。
3．2．2 媒體管理工作流程
    系統(tǒng)媒體管理部分基于UPNP AV架構，設備用來連接一個或多個媒體服務器，允許控制點在家庭網(wǎng)絡內對媒體資源(例如音頻、視頻、圖片等)進行控制。

    圖5為媒體管理工作流程。系統(tǒng)進程開始于控制點對媒體服務器的發(fā)現(xiàn)，當選擇好媒體內容進行播放控制時，首先要對媒體資源進行數(shù)據(jù)分析，控制點確定以何種傳輸協(xié)議以及數(shù)據(jù)格式進行數(shù)據(jù)傳輸，所有傳輸參數(shù)建立后，控制點通過調用Connection Manager：：PrepareFor Conection()發(fā)布通知，控制媒體流。隨后服務器或渲染器將向控制點返回一個AVTransport InstanclID，用來控制媒體內容的傳輸，例如播放、暫停等。同樣，當媒體渲染器返回一個渲染控制ID，就可以用來對媒體進行控制，例如音量調節(jié)、亮度調節(jié)等。實際上，媒體內容的傳輸是媒體服務器和渲染器之間的操作UPNP本身并不參與。控制點利用UPNP協(xié)議建立設備間的連接，而媒體傳輸采用的則是具體的傳輸協(xié)議。

4 結束語
    系統(tǒng)作為DLNA產品的開發(fā)，完成了數(shù)字媒體適配器軟、硬件的設計與實現(xiàn)。通過測試，系統(tǒng)實現(xiàn)了媒體資源共享及設備間的互控，能夠對媒體內容進行傳輸控制和渲染控制。系統(tǒng)作為數(shù)字家庭媒體的中心產品之一，很好的實現(xiàn)了DLNA家庭網(wǎng)絡的娛樂功能，也預示了電腦與家電產品互聯(lián)互通的美好前景。