iMX6ULL 嵌入式linux开发 | 4G无线广播终端实现方案介绍

现有的有线广播，如村上的大喇叭，需要布线，施工麻烦。借助现有的4G网络，传输音频流完全没问题，4G网络结合流媒体技术和MQTT消息传递实现设备间的同步推拉流。这种方案可以避免有线布线的麻烦，同时实现4G无线广播。

方案简介

使用ffmpeg来进行音视频的编码和推流，同时使用流媒体服务器如live555或ZlmediaKit来实现流的传输和分发。结合MQTT消息传递，可以实现设备间的同步推流和拉流。

在使用ffmpeg开始录音并推流的情况下，如果另一个终端设备从流媒体服务器上拉流并播放，可以实现同步播放。ffmpeg是一个功能强大的多媒体处理工具，可以进行音频和视频的编解码、转换和处理等操作。当使用ffmpeg进行录音并推流时，它会将音频数据实时传输到流媒体服务器上。另一个终端设备通过从流媒体服务器上拉取音频流来播放。

方案框图

实现过程

在嵌入式Linux上实现该方案，可以按照以下步骤进行：

交叉编译ffmpeg：需要在嵌入式Linux系统上安装ffmpeg，用于音视频的编解码和推拉流功能。可以通过源码编译或者适配已有的ffmpeg包。移植参考教程：嵌入式linux下的FFmpeg交叉编译（最全面）-CSDN博客
选择流媒体服务器：选择适合嵌入式Linux系统的流媒体服务器，如live555或ZlmediaKit，并进行集成和配置。确保其能够在资源受限的环境下运行稳定，安装教程：ZLMediaKit 的安装及使用介绍-CSDN博客。
MQTTBroker部署：需要部署一款mqtt的代理服务器，如emqx.测试期间用mosquitto也可以。
MQTT库集成：选择适合嵌入式Linux系统的MQTT客户端库，如paho-mqtt，进行集成，以实现设备间的信息同步，同步推拉流。
开发应用程序：编写基于ffmpeg、流媒体服务器和MQTT库的应用程序，实现音视频的编解码、推拉流和MQTT消息通信。在嵌入式系统中以进程或者服务的形式运行该应用程序。
优化和测试：经过集成和开发后，对系统进行优化和充分测试，确保在嵌入式系统中能够稳定运行并满足实际需求。

测试脚本

简单起见，可以使用python脚本，编写一些测试用例来测试整体效果。使用两块儿开发板，各自装上4G无线网卡，一台设备作为播放设备，一台设备作为录音设备。

# 使用ffmpeg进行推流
ffmpeg -i input.mp4 -vcodec libx264 -acodec aac -f mpegts udp://<4G网络地址>:<端口>

# 使用ffmpeg进行拉流
ffmpeg -i udp://<4G网络地址>:<端口> -f mpegts output.mp4

#使用ffpmeg下载m3u8的网络视频并转码为mp4

ffmpeg -i "https://test.xyz/aaa/index.m3u8?auth=0Gds&exp=1697072400&v=6"  -bsf:a aac_adtstoasc -c copy out.mp4 -http_persistent 0

#也可以安装VLC播放器进行拉流播放测试

可以使用Python来调用ffmpeg命令。有几种不同的方法可以在Python中调用ffmpeg，其中一种方法是使用subprocess模块。以下是一个简单的示例，展示了如何在Python中使用subprocess来调用ffmpeg：

import subprocess

# 示例：使用ffmpeg将input.mp4转换为output.mp4
input_file = "input.mp4"
output_file = "output.mp4"

command = ["ffmpeg", "-i", input_file, "-c:v", "libx264", "-c:a", "aac", output_file]

subprocess.run(command)

还可以使用Python的第三方库 ffmpeg-python 来更方便地调用ffmpeg。以下是一个在Python中调用ffmpeg的高级封装，使得调用ffmpeg更加直观和简单。

使用 ffmpeg-python 库的示例：

#测试代码
import ffmpeg

input_file = "input.mp4"
output_file = "output.mp4"

stream = ffmpeg.input(input_file)
stream = ffmpeg.output(stream, output_file, vcodec="libx264", acodec="aac")
ffmpeg.run(stream)

Python的paho-mqtt库的简单示例:

import paho.mqtt.client as mqtt

# 定义回调函数，用于处理连接建立后的行为
def on_connect(client, userdata, flags, rc):
    print("Connected with result code "+str(rc))

    # 订阅主题
    client.subscribe("test/topic")

# 定义回调函数，用于处理接收到新消息时的行为
def on_message(client, userdata, msg):
    print(msg.topic+" "+str(msg.payload))

# 创建一个MQTT客户端实例
client = mqtt.Client()

# 设置回调函数
client.on_connect = on_connect
client.on_message = on_message

# 连接MQTT服务器
client.connect("broker.example.com", 1883, 60)

# 在连接被建立后，client.loop_forever()用于保持连接，并处理接收到的消息
client.loop_forever()

考虑的问题及优化

网络带宽和稳定性：4G网络的带宽和稳定性对于实时音视频传输至关重要，特别是在移动网络环境下，实现广播终端设备的监控很有必要。
嵌入式设备性能：嵌入式设备的处理能力和内存等资源是否足够支持音视频编解码、流媒体传输和MQTT通信，选择的嵌入式设备至少支持嵌入式linux系统，方便网络传输和音频编解码，如果想要降低成本，在单片机上实现的话，没有强大的ffmepg库，在推拉流和音视频解码上有门槛。
流媒体服务器选择：选择适合嵌入式系统的流媒体服务器，确保其能够在有限的资源下稳定运行并提供所需的流媒体功能，常见的如live555或ZlmediaKit流媒体服务器需要部署。
音视频编解码：嵌入式设备是否具备足够的计算能力进行音视频的编解码工作，并且选择合适的编解码器以兼顾音质和性能。
安全性：在使用4G网络进行传输时，需要考虑音视频流的加密传输和设备的安全防护措施。