廣電智能機頂盒軟件開發與運用實踐范文

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摘要：貴廣網絡在廣電智能機頂盒平臺上研發了一款視訊軟件，并適配USB攝像頭，滿足了業務需要，為貴廣網絡向社會拓展視訊業務提供了有力的支撐，并節約了寶貴的資金。

關鍵詞：智能機頂盒；會議電視軟件APK；五級視頻會議模式；USB攝像頭；ARM芯片；分辨率

1智能機頂盒會議電視軟件APK的需求

貴廣網絡向社會提供的省、市、縣、鄉鎮和村的五級視頻會議模式（圖1），較好地滿足了社會各階層對高清視頻的服務需求。省委組織部時代前沿專題報告會、新時代大講堂、遠程醫療、雪亮工程等一大批會議電視業務也隨之發展，會議電視終端的需求也大幅增加。在視頻終端設備的選型部署上，對于省、市、縣可以采用各級的專業終端部署，鄉鎮和村級的需求數量較大，采用專業終端進行部署不僅成本較大，而且由于村級用戶的實際情況，專業設備使用上會產生諸多的困難，不適合村級會場的實際應用。需要基于智能機頂盒的視頻客戶端研發一款會議電視通訊軟件APK，搭配USB攝像頭，使用機頂盒遙控器就可以參會，這款軟件在視頻效果、成本、實施和維護等方面都是最佳的方案，易于向社會大規模推廣。

2基于機頂盒的視頻會議軟硬件開發

針對市場的需求，貴廣網絡于2016年開始了基于機頂盒的會議電視軟件APK的研發，歷經三個階段，最后完善運用。

2.1機頂盒研發初期階段（APK軟編軟解）

隨著視頻技術的不斷發展，基于ARM芯片的智能機頂盒發展迅猛，貴州廣電基于ARM芯片技術研發了一款安卓系統的智能機頂盒，該款機頂盒無論在成本、技術和運用上都可以廣泛地部署在農村。在智能機頂盒上研發一款視頻會議APK軟件，外掛適配選型的USB攝像頭作鄉鎮和村級會議及視頻業務使用，將極大地節約成本，滿足各項視頻業務的需要。經過不斷研究適配，終于完成第一版的視頻通信軟件，此軟件基于開源手機版的視頻會議軟件進行開發，采用視頻軟編碼和機頂盒播放軟件進行解碼，所以只支持通過機頂盒的CPU進行編碼和解碼，由于機頂盒的芯片同智能手機相比能力差距較大，只能勉強達到720p分辨率，但幀率較低，480p的分辨率運行較為流暢，但是在TV大屏上480p的畫質顯然不能達到需求，且通過普通USB攝像頭，圖像質量、色彩、亮度都欠佳，聲音效果較差。

2.2智能機頂盒視頻軟件研發第二階段（硬編軟解）

由于初期研發的視頻會議軟件利用機頂盒CPU軟編軟解，視頻效果僅達720p6~10幀/s，圖像會產生不流暢、延遲抖動，動作不連貫等各種問題，雖然經過多次修改，仍較難達到市場運用的目標。經過技術分析，要想獲得較好的效果，需直接驅動機頂盒硬件芯片進行編碼，才能在最大程度上發揮機頂盒的性能。采用機頂盒芯片編解碼，需在會議軟件APK中對部分參數進行調整，特別是控制機頂盒芯片進行編碼，圖2是各關鍵參數的調整，這是正式硬件編碼的準備工作。編解碼的處理過程如下。（1）增設使用MediaFoundation，因為其硬件編解碼能力符合APK使用需要；MediaFoundation硬件編碼器采用異步模型。（2）由于很多攝像頭輸出的是YUV、RGB24，需要進行轉碼，使用libyuv開源庫調用CoTaskMemFree進行內存釋放。（3）要解鎖硬件編碼器，需設置屬性MF_TRANSFORM_ASYNC_UNLOCK為TRUE，將硬件編碼器的輸入視頻格式設置為MFVideoFormat_NV12。（4）為了保證高清視頻的質量，需要設置相應參數為高質量。（5）為了設置低時延，需要設置CODECAPI_AVLowLatencyMode屬性為VARIANT_TRUE。（6）初始化事件生成器，由于硬件編碼是異步的，因此我們需要獲取異步事件，必須要先初始化異步事件生成器。（7）發送兩個初始化消息給MFT。經過再次研發，廣電精靈智能機頂盒的視頻會議軟件通過直接驅動Mstar9380芯片進行圖像的編解碼，最終能夠達到編碼13幀，解碼20幀以上的效果，整體體驗有大幅度的提升，經過這次的調整，通話體驗效果經過多方試用，基本得到了用戶的初步認可，具備開展集客業務的條件，但是需要使用市面上價位較高的攝像頭，攝像頭對使用環境要求高，否則難以聽清楚對方的講話。

2.3機頂盒研發第三階段（硬編硬解階段）

經過初期和第二階段不斷地摸索、研究，我們發現第二階段研發的視頻會議軟件的編解碼的幀率和分辨率主要是受MSTAR9380CPU的利用率限制，如果使用ARMMALI-450MP23DGPU芯片來編碼和解碼時，會使CPU利用率提高，導致幀率很難提升，影響視頻的效果。經過與攝像頭生產廠家的技術分析討論，技術上認為通過用攝像頭芯片實現視頻編碼，用廣電精靈智能機頂盒的CPU芯片做視頻解碼，能降低CPU，從而提升整體視頻效果。但是市場銷售的USB攝像頭，都不具備編碼能力，基本都是為桌面設計的，顯著的特點是大廣角、自動聚焦、帶全向麥克風；而基于電視的視頻會議，一般距離電視會在3m左右，采用為桌面設計的攝像頭，會導致聚焦不準確，3m外的人像顯得較小，專業性不夠。考慮到村級房間的光照水平，采用低流明的定焦攝像頭，只通過電視機亮度就能正常工作，大大提升成像素質。定制成一款具備視頻編碼能力的攝像頭，在軟件上進行修改后利用了攝像頭的編碼能力，機頂盒芯片只用來解碼，大大降低了機頂盒CPU利用率，從而使視頻效果上升到了720p30幀，且圖像非常的穩定流暢，接近專業終端的效果。機頂盒搭配上USB攝像頭，直接成本只有專業終端幾十分之一，而且從使用上、維護上體現出巨大的優勢，使得搭配機頂盒方案的視頻會議方案形成了省、市、縣、鄉鎮、村、家庭的六級方案，直接比市場上的競爭對手多了村和家庭的互動方案，成為業務推廣的殺手锏。另外，聲音上采用了攝像頭定制搭配的定向麥克風，聲音品質也得到了大幅度提升，基本不受環境影響。根據各種實際的業務需求，還可以更改鏡頭的角度，以滿足近距離工作的需求，同時根據不同的環境，可以提供不帶麥克風的USB攝像頭，方便外接USB麥克風，提升專業級別的音視頻效果。考慮到未來的機頂盒終端數量巨大，如果全部以機頂盒作為會議終端參會將占用大量的系統資源，為了系統資源的合理利用，讓資源用在最需要的地方，在研發視頻會議軟件的第三階段，根據任務需求，新研發了觀看會議視頻直播的功能，讓機頂盒終端在不占用會議系統資源的情況下參加會議，并能在需要會議互動的時候一鍵參與互動對話。此外，在視頻會議軟件方面，優化程序為多線程編碼和封包，大幅提升程序處理效率。優化編解碼算法，提供多種編解碼方式，以適應多種平臺的需求。經過多次的測試和調整，視頻會議APK適配了多款高清攝像頭，通過高清攝像頭芯片進行視頻編碼，機頂盒芯片進行解碼，可以使視頻編解碼都達到720p30幀的效果，根據不同的場景使用不同的攝像頭和麥克風，完全能適應各種環境下對會議終端的需求。

3總結

通過不斷的研發、測試，解決了基于廣電智能機頂盒平臺的APK軟件視頻卡頓和音、視頻不同步的問題，達到了專業終端的技術要求，滿足了貴廣網絡高速發展的視訊業務的需要，滿足了廣大鄉鎮和村級的終端參會交流的需要，為貴廣網絡向社會拓展視訊業務提供了有力的支撐，并節約了寶貴的資金。

參考文獻

[1]鄧天平.視頻技術基礎[M].機械工業出版社,2016.

[2]陳靖,劉京,曹喜信.深入理解視頻編解碼技術:基于H.264標準及參考模型[M].北京航天航空大學出版社,2012.

作者：陳龍軍 陽旭 趙向前 單位：貴州省廣播電視信息網絡股份有限公司