基于SMP8654的MKV播放器设计与实现

摘要：MKV封装格式是一种新的由开源组织制定的多媒体封装格式，具有可扩展，支持多种视频和音频编码格式等优点，是高清影片采用的主要封装格式之一。本文基于SMP8654平台设计与实现了一个MKV播放器，能够支持对高清MKV文件的播放，并针对嵌入式系统和高清媒体的特点做了进一步优化，具有一定的工程意义和市场价值。
关键词：MKV；多媒体封装；SMP8654；播放器；嵌入式系统

0 引言
随着电子技术和多媒体技术的进步，数字视频的分辨率逐步提高，开始由SD(标准清晰度)向HD(高清晰度)演变。伴随着大屏幕液晶显示技术的发展，高清影片开始逐步进入到广大消费者的视野。高清播放机由于支持众多的视频和音频编码格式，能够流畅播放1080i／p清晰度的高清影片，并且在输出方面支持模拟、数字、HDMI等多种方式。此外在价格和片源方面相对于蓝光播放机有很大优势，将逐步替代VCD、DVD等传统播放器，成为下一代家庭影音娱乐的主流产品。
MKV是一种新的多媒体封装格式，支持多种视频和音频编码格式，能够将多达16路不同格式的音频和不同语言的字幕流封装到一个文件中，在高清影片中得到了广泛的应用，越来越多的视频和影片采用MKV作为其封装格式。能否支持MKV封装格式是高清播放机性能的一个重
要指标。本文提出了一种基于SMP8654平台的MKV播放器设计与实现方案，并针对嵌入式系统和高清媒体的特点做了进一步优化，能够提供对MKV文件的流畅播放。

1 MKV封装格式
MKV全称为Matroska Video，是一种新的多媒体封装格式。多媒体封装格式也称多媒体容器(Multimedia Container)，它不同于H264、MPEG-2、MPEG-4这类编码格式，它只是为多媒体编码提供了一个“外壳”，本身不涉及编码。MKV是由开源组织Matroska Development Team制定的一个标准，总共包括三部分：MKV(Matroska Video)、MKA(Matroska Audio)和MKS(Matroska Subtitles)，后两种格式分别针对音频和字幕，应用较少。MKV的目的是代替AVI等传统封装格式。AVI是Microsoft于1992年推出一种封装格式。其含义是Audio Video Interactive，就是把视频和音频编码混合在一起储存。微软在1996年推出了AVI的改进版本AVl2．0。AVI格式上限制比较多，只能有一个视频轨道和一个音频轨道，还可以有一些附加轨道，如文字等。AVI格式不提供任何控制功能。总体而言，AVI为主的传统封装格式结构陈旧，只能包含少数几种音视频格式，并且不够开放，可扩展性差。正因为如此，才促成了Matroska这类新的多媒体封装格式的诞生。
MKV相对于传统的封装格式，有如下优点：支持可变比特率(VBR)，支持错误检测以及修复软字幕，支持流式传输，强大的开放性和跨平台兼容性，支持16路以上的音频流和字幕流等。Matroska最大的特点是能容纳几乎所有类型的视频、音频及字幕流，除H．264以外，也可包括MPEG4、MPEG2、Ac3、AAC等其他视频和音频格式，即使是非常封闭的RealMedia及QuicklTime也被它包括进去了，并将它们的音视频进行了重新组织来达到更好的效果。
由于MKV封装格式本身具有众多优点，随着互联网和高清影片的流行，MKV格式得到了广泛的应用，互联网上越来越多的高清影片采用MKV格式。然而，MKV是一个由开源组织制定和推广的标准，缺乏大商业公司的支持，导致MKV文件的播放缺乏一个完整和有效的设计实现。在性能和资源受限的嵌入式平台上，这个问题尤为严重。虽然目前有很多高清播放机都提供了对MKV格式的支持，但是大部分实现方案都存在支持不完善、播放效率比较低的问题，播放高码率的影片时会出现不流畅、画面卡顿等问题，影响观看效果。本文提出了一种基于SMP8654平台的MKV播放器的设计与实现方案，并针对嵌入式系统的特点做了优化，较好地达到了MKV文件流畅播放的要求。

2 硬件平台和软件总体设计
硬件平台以SMP8654芯片为核心，通过总线与RAM、SATA硬盘、Flash闪存、输入输出设备等外设相连。SMP8654是Sigma Design公司推出的多媒体播放SoC解决方案，集成了一个强大的多媒体处理器、强健的内容保障系统、新的DDR2内存控制器、多个片上CPU以及完备的系统外围设备接口。从媒体播放角度看，smp8654提供了一个完整支持高清晰度视频解码的先进解码引擎，能够支持对MPEGl、MPEG-2、MPEG-4、H．264、WMV9、VCl以及AVS等格式的硬件解码，支持高效能的图形加速，支持多标准音频解码和先进的显示处理能力。Siena Design公司为方便第三方厂商开发应用，提供了与芯片相关的开发工具包和开发框架。本文的工作也基于这个框架进行二次开发。软件平台方面，由于一个完善的播放系统已经相当复杂，不适合直接操纵底层硬件来完成功能，需要操作系统的支持。本项目中操作系统采用uclinux，文件系统采用Romfs。uclinux是专为嵌入式系统定制的一款Linux，它具有标准Linux操作系统的稳定性、强大网络功能等主要优点，但是却不像标准Li-nux那样复杂，主要针对没有MMU(内存管理单元)的微控制器。Romfs是一款专门为嵌入式系统设计的文件系统，体积小、可靠性好、读取速度快，是嵌入式系统常用的文件系统。