摘要：隨著嵌入式設備應用越來越普及，其對圖形處理功能提出了更高的要求。因此輕量、高效的基于Framebuffer的DirectFB庫的實現方案受到越來越多的嵌入式工程師的青睞。本文首先對DirectFB進行了介紹，接著提出了一種新的基于DirectFB的嵌入式播放器設計方案。該方案相比于其他嵌入式GUI開發的播放器能夠有效地降低資源的消耗，適用于各種中低端的場合，同時具備良好的可移植性。
1 概述
隨著嵌入式的普及和發展，嵌入式設備的功能越來越強大，用戶對嵌入式設備的要求也越來越高。各種多媒體應用程序被移植到了嵌入式系統中，是否能夠播放音視頻是人們衡量和購買嵌入式設備的基本要求之一。本文提出了一種基于DirectFB嵌入式播放器解決方案，有效地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是一個輕量級的GUI開發庫，它通過Framebuffer以及回調函數，實現了對硬件設備的完全抽象，加速和簡化了圖形操作。
本文首先對DirectFB進行了詳細的介紹，接著提出了一種寬松的、可分解的嵌入式播放器設計方案。該方案資源消耗少、可移植性強、系統各個模塊間依賴度小，使得用戶能夠根據自己的系統需求快速設計滿足自己要求的播放器。
2 DirectFB簡介
2.1 DirectFB的整體框架
DirectFB必須通過Linux下Framebuffer驅動來訪問硬件設備，它在Framebuffer的基礎上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。另外DirectFB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。作為嵌入式系統中強大的圖形處理庫，DirectFB成為Linux下一代處理的一個新標準（CELF AVG1.0標準）。圖1是DirectFB的整體框架。
2.2 DirectFB接口描述
DirectFB提供了一套C接口來方便用戶進行界面開發，例如IDirectFBSurface接口提供了對于文本、BILT、畫線以及畫矩形的操作。IDir ectFBFont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。表1對DirectFB接口進行了詳細的描述。
3 播放器的框架
嵌入式播放器的架構如圖2所示。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，消除了對于特定架構的依賴，有效地增強了系統的可移植性。
圖形界面是以Lite為基礎開發的。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。參考文獻中選擇以DirectFB為后端的Cairo圖形庫進行2D圖形開發；參考文獻中選擇基于GTK+on DirectFB進行嵌入式開發。如今，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5 MB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。
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。
3.1 插件接口以及編解碼
DirectFB通過對FFmpeg進行封裝，形成一組統一接口方便用戶調用。插件接口通過以下方法來控制解碼器：
①Probe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。
②Construct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。
③FFmpegInput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。
④FFmpegVideo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。
⑤FFmpeg_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FFmpegInpuIt、FFmpegVideo、FFmpegAudio函數，用于將將音視頻送入FIFO隊列，從FIFO隊列取出數據并播放。
播放器的數據流程如圖3所示。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涮用。
3.2 Lite和fusionsound
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。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。
3.3 播放器的流程
程序運行流程如圖4所示。程序首先初始化Lite以及DirectFB庫，然后初始化對話框并設置回調函數；接下來初始化一系列的按鈕，例如播放、暫停、快進、聲音、放大、縮小等，并設置消息觸發響應函數。接著調用DirectFB接口中的video接口播放視頻文件，然后會進入消息循環，來響應用戶各種各樣的按鍵消息。
4 實驗結果
在本實驗中，采用TI公司OMAP-L138處理器、64M的內存開發板做實驗，內存占用約為5M左右。通過內核設置，將CPU的主頻設置為300 MHz,播放器在運行期間CPU的占用率為70%,播放畫面十分流暢。DirectFB開發的播放器如圖5所示。
結語
DirectFB是一個輕量、高效的庫，但是由于缺少必要的窗口系統導致其開發效率低。搭配由DirectFB開發出的Lite窗口系統，能很有效地進行基于對話框的程序開發。因為Lite和DirectFB本身占用的資源極少，所以十分適合嵌入式開發。本文提供了一套嵌入式開發播放器的新思路，通過對編解碼代碼的優化，搭載上輕量的圖形和窗口管理系統，使其能夠適用于各種中低端場合。
