Linux下多媒体播放器的开发研究

　　摘要：针对市面多数多媒体播放器软件自身体系庞大、系统资源占用率高、加载耗时、速度慢等方面的不足以及捆绑其他插件, 设计一种嵌入式Linux系统的多媒体播放器。设计以QT基础类库为前端界面, 套用Phonon多媒体框架, 使用GStreamer解码器, 从而实现多媒体资源的加载、播放、字幕视频显示、基本播放控制等功能。测试证明, 该播放器界面友好, 运行稳定, 能够实现媒体文件的有效播放和控制。

　　关键词：媒体播放器; 解码库; 媒体流图; 嵌入式;

　　Abstract：For the lack of the majority of multimedia players in the market with huge and high resource occupancy, slow loading speed, time-consuming and binding other plug-ins, the multimedia player is designed based an embedded Linux system. Through using the QT basic class library as the front interface, applying the Phonon multimedia frame and the GStreamer decoder to decode the media files, this design realizes loading and playing multimedia resources, caption and video display, basic play control and so on. The test proves that the player can achieve effective play and control media files with friendly interface and stable operation.

　　Keyword：multimedia player; decoding library; media flow diagram; embedded system;

　　随着计算机多媒体技术和网络技术的飞速发展, “嵌入式”已经成为计算机领域诸多研究者密切关注的学术方向, 在支持嵌入式硬件平台的主流操作系统中, Linux因出于自身的优越而成为嵌入式开发的最佳选择[1-2]。同时越来越多的用户对多媒体播放器也提出更高的要求, 由最初的支持更多类型的音频、视频, 即实现“能”播放, 到对音质保真、画面清晰, 再到对播放器本身系统资源占用、加载启动速度的追求等, 使得多媒体播放器的设计者必需不断改进完善、追求完美。当前网络可供下载的多媒体播放器软件品种繁多、功能齐全, 但是普遍性存在捆绑插件、加载速度慢等不足, 甚或界面使用不便。因此在嵌入式Linux系统上开发一款克服上述缺点的多媒体播放器已经成为必需, 不仅满足基本视听需要, 而且功能实用、操作方便、加载速度快、占用资源少、移植性强等[3-4], 这应该具有很好的应用前景及价值。

　　1、基于Linux下多媒体播放器的整体架构

　　1.1、系统的工作流程

　　Linux下多媒体播放器的整体工作流程:用户通过图形界面控制, 添加媒体文件 (音频或视频) 到播放列表, 软件自动关联媒体源 (媒体文件) 与媒体对象, 然后建立媒体对象和音频汇点 (虚拟渲染设备) /视频汇点的连接。开始播放后, 汇点将音频和视频分流处理到系统后端解码插件, 解码处理后, Phonon的后端对音频和视频进行同步处理。最终, 音频通过连接在计算机的默认声卡输出, 视频画面渲染到播放器界面对应部件上。这样, 就完成了一个媒体文件从加载到完成播放的整个流程[5-8]。

图1 多媒体播放器主流程

　　1.2、多媒体播放器文件加载

　　多媒体播放器中, 用户可以添加一个或多个媒体文件到播放列表。程序对所有被添加的文件遍历处理, 检查每个文件的合法性, 然后将所有的有效媒体源保存在一个媒体源队列中, 并显示在播放器列表中。添加成功后, 用户可以选择对播放列表中的某个媒体文件进行播放、暂停、停止、上一个、下一个、音量调节、拖动进度条播放等基本播放控制[9]。

　　1.3、多媒体播放器音频播放功能

　　音频文件在开始播放时, 媒体解析器自动在媒体文件同级目录下加载字幕文件, 解析后保存到内存中[10]。中央屏幕的字幕是固定显示的, 用户可以选择是否显示桌面字幕。多媒体播放器的音频播放功能模块如图2所示。

　　1.4、多媒体播放器视频播放功能

　　针对视频媒体, 可以调整视频画面的宽高比以及视频画面的色彩模式 (色调、对比度、亮度等) , 可以全屏播放, 支持屏幕截图。

　　视频播放功能模块如图3所示。

　　2、多媒体播放器的详细设计

　　2.1、解码库模块

　　Phonon多媒体框架从本地读入媒体源, 传输至后端插件解码, 最后输出到声卡和负责渲染视频画面的部件。从逻辑上来说, 它可以分为4部分:在Phonon库支持下编写的应用程序、Phonon库 (由逻辑路径相连接的媒体对象和汇点) 、Phonon的后端插件、系统的后端插件[11-12]。

图2 音频播放功能模块

图3 视频播放功能模块

　　Phonon的API被前台程序所调用, 它不需要知道自己输入的媒体流由哪套程序去解码, 最后在哪个设备上去播放。它只需要将对媒体流的指定操作发送给后端, 最后由后端实现并回馈给Phonon, 从而实现目的。因此, 实现多媒体播放, Phonon后端和系统的解码后端二者缺一不可。Phonon后端的准备:编译QT库中的的phonon库文件生成后端链接库文件, 复制到开发路径调用。系统后端的准备:Linux下安装phonon-backend-gstreamer, 采用GStreamer作为系统后端。

　　2.2、播放器界面设计

　　多媒体播放器的主界面包括窗口图标、菜单栏、Push Button按钮、Widget部件QList Widget列表、进度条等。使用水平布局管理器和垂直布局管理器, 以便在编写代码时对界面上每个部件进行固定的布局管理, 自动控制部件的大小变化。在显示/隐藏播放列表、全屏播放等操作中, 对每个部件的大小位置进行整体调整, 以适应界面的美观性和体验感[13]。

　　在多媒体播放器的主界面类MPlayer中, 实例化了一个ui类的堆对象, 主界面所有部件的图标、大小、信号关联、style Sheet等属性都在代码中通过这个指针去访问对应部件进行控制。

　　播放进度条部件通过Phonon::Seek Slider::set Media Object () 函数初始化, 关联到专门用于播放的Phonon::Media Object媒体对象中, 使得可以通过该滑块来对媒体对象进行控制。媒体对象在播放过程中, 也会通过向滑块发射信号达到同步显示的效果。在每个媒体源播放即将结束时, Phonon会自动发射结束信号, 滑块通过Phonon::Media Object::seek () 函数, 将显示值设置为当前媒体的总时间。

　　声音控制滑块通过Phonon::Volume Slider::set Autio Output () 函数与音频输出节点Phonon::Audio Output相关联, 通过移动滑块对音频输入对象进行控制, 从而实现了音量高低的调整。滑块值每次发生变化时, 会发射volume Changed信号, 信号参数中携带了变化后的值。通过关联这个信号, 在对应的槽中设置每次音量变化时, 实时在播放界面用QLabel部件显示出当前音量的百分比值。

　　2.3、媒体流图的实现

　　多媒体播放器实现播放媒体文件, 需要创建Phonon媒体流图来实现。本地媒体文件的源数据是一个媒体源, Phonon中有一个Media Objects类用来实现媒体对象。媒体源要实现播放, 需要和专门负责播放任务的媒体对象绑定在一起。汇点相当于Phonon中的一个虚拟节点, 它的功能是从媒体对象获取媒体流数据, 通过后端解码、同步处理后, 输送到声卡或者视频渲染部件中。创建一个媒体流图, 就是分别创建媒体对象和汇点 (音频汇点和视频汇点) 的实例, 通过Phonon::create Path () 函数创建一条虚拟的路径, 将二者连接起来[3,12]。

图4 视频媒体流图

　　音频媒体流相对来说比较简单, 只需要建立媒体对象和音频汇点之间的一条路径。后端对媒体流解析后由音频节点直接输送到系统的默认音频设备, 即声卡中实现声音播放。而视频媒体流需要建立两条虚拟路径, 如图4所示, 分别是媒体对象和音频汇点的连接和媒体对象和视频汇点的连接。前者与音频媒体流图的处理原理完全一致, 后者通过解码、处理后的视频画面通过Phonon::Video Widget类的部件对象在主界面上进行渲染。因为Video Widget类是继承自QT的Widget部件类, 它可以像普通的Widget部件一样, 设置大小、背景等属性。

　　2.4、播放列表的实现

　　播放器的播放列表主要实现文件添加、从播放列表删除、清空播放列表、从播放列表控制播放、循环模式等功能。

　　添加文件:将文件打开对话框中选择的媒体源路径保存在字符串列表中。对这个字符串列表进行解析, 为每个媒体文件创建媒体源, 保存到媒体源列表中。解析每个媒体源的合法性, 使用媒体对象的meta Data () 、total Time () 函数获取媒体源的文件名和总时长, 作为播放列表的条目值。只有将前一个媒体源加入播放列表后, 才开始后一个媒体文件的解析。通过这样的加载方式, 媒体源列表和播放列表相互对应, 方便后续播放处理。

　　从播放列表删除:要删除的媒体是在播放列表中被选中的条目, current Row () 函数可以获取正在选中条目的索引值, 它和对应媒体源在媒体源列表中的索引值完全一致。文件加入播放列表后, 删除前不会对两个列表中的数据进行任何操作。通过QList Widget::take Item () 和QList::remove At () 函数分别将对应媒体从播放列表和媒体源列表中删除。QT中的列表结构会在删除某节点后, 动态地调整后续节点。删除成功后, 如果播放列表没有被清空, 优先设置后一个媒体源为当期媒体源。

　　清空播放列表:由于播放列表和媒体源列表之间的同步管理关系, 在清空播放列表时, 需要使用两个对象的clear () 函数同时清空两个列表。停止当前正在播放/暂停的媒体, 断开媒体对象和所有媒体源的连接。

　　循环模式:利用全局的枚举对象, 保存顺序播放、列表循环、随机播放、单个播放、单个循环模式状态。设计一个播放模式控制函数player Mode () , 判断当前设置的模式 (默认为顺序播放) 。在与媒体对象结束信号相关联的槽函数中, 设置当前模式下的下一个媒体源为当前媒体源, 开始播放。

　　2.5、媒体字幕的实现

　　多媒体播放器的字幕显示, 是针对于播放MP3类的音乐文件时, 匹配本地下载好的歌词文件, 进行解析处理。在播放过程中, 根据播放时间动态地显示出对应字幕内容。多媒体播放器的字幕实现主要分为3个模块:字幕文件解析、桌面字幕显示、播放器界面中央字幕显示。

　　字幕文件解析。目前常用歌曲字幕文件是LRC格式的文本文件, 字幕文件内容主要分为两种类型。一种是文件主要标识, 包括歌曲名、歌手名等信息。另一种是歌曲的歌词, 是时间 (分:秒:毫秒) 和歌词的数据对。按照这样的规律, 对LRC格式的字幕文件的解析, 只需要用一个合适的数据结构来保存 (时间, 字幕内容) 数据对, 而且时间不可重复[16]。

　　使用设置更新播放时间的槽函数中来完成对QMap<qint64, QString>对象中字幕键值对的匹配, 可以根据播放时间动态显示对应字幕的效果, 实现字幕的单行显示。

　　播放器界面中央字幕显示。中央字幕显示在播放器显示视频画面的部件位置上层, 在这个部件上层覆盖一个QList Widget部件, 控制该部件条目数量为十个。在解析字幕完成时, 一次性从QMap<qint64, QString>对象中读取十条数据, 并使用全局迭代器记录读取位置。之后, 在更新播放时间显示槽中, 每次有字幕更新时, 动态地将需要更新的一行字幕加入到中央字幕部件尾部, 同时删除掉首行字幕, 保证了屏幕中字幕的显示为固定十行。为了显示出字幕的动态效果, 将播放时间对应的字幕条目设置为绿色 (其余字幕为白色) 。

图5 播放主界面中央字幕显示

图6 视频画面色彩调节后效果图

　　3、结束语

　　经实验测试 (如图5、6所示) , 该播放器可播放当前绝大多数的主流多媒体文件类型, 基本功能均已实现达到预期的目的。该设计具有存储空间小, 速度快, 功能简单, 移植性良好等特点, 可以供媒体播放器开发设计者的参考。不足之处暂时没有添加Wi Fi功能模块, 这将在进一步解码器优化、支持高清视频H.264的播放时一并改进。

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