陳　倫，劉慶超，操文元

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三研究所，北京 100015)

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下一代車(chē)載乘客信息系統(tǒng)

陳倫，劉慶超，操文元

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三研究所，北京 100015)

隨著技術(shù)進(jìn)步和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，下一代車(chē)載乘客信息系統(tǒng)在傳統(tǒng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)視頻播放高清化，客室全景網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)監(jiān)控以及廣播語(yǔ)音數(shù)字化。新增了無(wú)線(xiàn)應(yīng)用子系統(tǒng)，為乘客提供音視頻、上網(wǎng)等個(gè)性化服務(wù)。依托網(wǎng)絡(luò)化，為列車(chē)系統(tǒng)設(shè)備維修維護(hù)提供更便捷的智能化工具，減小維修勞動(dòng)強(qiáng)度，提高維修工作效率。

乘客信息系統(tǒng)；數(shù)字化廣播；全景視頻監(jiān)控系統(tǒng)；無(wú)線(xiàn)應(yīng)用

2000年以來(lái)，隨著中國(guó)城市化進(jìn)程加快，規(guī)模成倍擴(kuò)大，基礎(chǔ)設(shè)施落后問(wèn)題顯現(xiàn)，城市交通運(yùn)輸矛盾日益突出。城市軌道交通以其安全、準(zhǔn)時(shí)、快速的優(yōu)點(diǎn)，在拓寬城市空間、打造城市快速立體交通網(wǎng)絡(luò)和改善城市交通環(huán)境方面發(fā)揮越來(lái)越大的作用。特別是近十年來(lái)，國(guó)內(nèi)城市軌道交通獲得長(zhǎng)足發(fā)展，線(xiàn)路長(zhǎng)度、機(jī)車(chē)數(shù)量、客運(yùn)數(shù)量等指標(biāo)都有大幅增長(zhǎng)。以北京為例，預(yù)計(jì)2016年，總里程將達(dá)到664km，日客流量超千萬(wàn)人次已成常態(tài)[1]。

在每日承載千萬(wàn)人次的軌道交通列車(chē)上，車(chē)載乘客信息系統(tǒng)(PassengerInformationSystem，PIS)為乘客提供預(yù)報(bào)站語(yǔ)音信息、LED顯示信息、視頻監(jiān)控、視頻播放等服務(wù)。隨著人們生活節(jié)奏的加快、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展、互聯(lián)網(wǎng)+的應(yīng)用、智能手機(jī)的普及，對(duì)信息的廣度和及時(shí)性需求越來(lái)越高，在音頻品質(zhì)以及視頻高清化方面，傳統(tǒng)PIS系統(tǒng)已經(jīng)很難滿(mǎn)足乘客的舒適性、娛樂(lè)性和信息化需求。

嵌入式芯片技術(shù)發(fā)展迅速，設(shè)備互聯(lián)性加強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與數(shù)字化技術(shù)發(fā)展推動(dòng)軟硬件設(shè)計(jì)的革新，為PIS系統(tǒng)發(fā)展提供技術(shù)支持。2015年國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題將下一代城市軌道交通列車(chē)發(fā)展作為其中之一，提出全面采用新技術(shù)、新應(yīng)用，多網(wǎng)合一打造下一代列車(chē)。作為該課題PIS子系統(tǒng)協(xié)作單位，在傳統(tǒng)PIS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合行業(yè)最新技術(shù)，增加新功能，提高乘客舒適性和信息實(shí)時(shí)性體驗(yàn)。

1　系統(tǒng)概述

現(xiàn)代城市軌道交通車(chē)輛車(chē)載PIS系統(tǒng)主要由3個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，即車(chē)載廣播子系統(tǒng)(PA系統(tǒng))、車(chē)載乘客信息顯示系統(tǒng)(PIDS系統(tǒng))、車(chē)載視頻監(jiān)控系統(tǒng)(CCTV系統(tǒng))。

PA系統(tǒng)能夠?yàn)槌丝吞峁┳詣?dòng)/半自動(dòng)廣播、人工廣播、無(wú)線(xiàn)電廣播、乘客-司機(jī)緊急對(duì)講通話(huà)、司機(jī)-司機(jī)對(duì)講通話(huà)、車(chē)輛連掛、車(chē)輛運(yùn)營(yíng)正常/特殊終點(diǎn)顯示、運(yùn)營(yíng)信息顯示、運(yùn)行線(xiàn)路及運(yùn)營(yíng)站點(diǎn)信息顯示等功能。

PIDS系統(tǒng)能夠?yàn)槌丝吞峁└咔宥嗝襟w信息顯示服務(wù)，包括實(shí)時(shí)視頻播放、預(yù)錄制視頻播放、車(chē)輛運(yùn)行信息顯示、緊急信息發(fā)布等功能，為乘客提供便捷、舒適、現(xiàn)代化的乘車(chē)環(huán)境和乘車(chē)體驗(yàn)[2]。

CCTV系統(tǒng)利用車(chē)輛以太網(wǎng)傳輸，通過(guò)分布于司機(jī)室、客室、車(chē)外及受電弓附近的攝像機(jī)提供對(duì)司機(jī)室、客室、軌行區(qū)、車(chē)外及受電弓的全時(shí)視頻監(jiān)控及視頻實(shí)時(shí)上傳等服務(wù)，通過(guò)與車(chē)輛廣播系統(tǒng)乘客緊急報(bào)警裝置聯(lián)動(dòng)提供對(duì)乘客報(bào)警的視頻監(jiān)控聯(lián)動(dòng)等功能，為反恐、處突、緊急事件處理等提供可靠、有效、全方位的視頻監(jiān)控信息。

除了以上3個(gè)子系統(tǒng)外，增加無(wú)線(xiàn)應(yīng)用子系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)列車(chē)無(wú)線(xiàn)全覆蓋、因特網(wǎng)接入、智能終端APP服務(wù)等功能。增加乘客網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)，提供更貼合乘客實(shí)際需求的個(gè)性化服務(wù)。

按照車(chē)輛總體WTB_TCN以太網(wǎng)總體規(guī)劃，下一代PIS系統(tǒng)如圖1所示。

圖1　下一代PIS系統(tǒng)框

主要設(shè)備有PIS司機(jī)室控制主機(jī)以及分散在每個(gè)客室的PIS客室控制主機(jī)和多媒體/交換機(jī)。其中控制主機(jī)主要完成音視頻編解碼功能，多媒體為無(wú)線(xiàn)應(yīng)用提供車(chē)載視頻網(wǎng)元，交換機(jī)連接各個(gè)客室攝像頭與列車(chē)骨干網(wǎng)。

從系統(tǒng)框圖中可以看出，貫穿全車(chē)的有網(wǎng)絡(luò)列車(chē)骨干網(wǎng)，MVB總線(xiàn)以及覆蓋全車(chē)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。其中列車(chē)骨干網(wǎng)用于傳輸PA音頻流、PIS視頻數(shù)據(jù)流、CCTV監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)流以及列車(chē)控制管理系統(tǒng)控制流等。MVB總線(xiàn)用于在骨干網(wǎng)出現(xiàn)故障的情況下重要數(shù)據(jù)的傳輸，是列車(chē)骨干網(wǎng)的備份。覆蓋全車(chē)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)用于無(wú)線(xiàn)應(yīng)用APP的傳輸，為乘客提供無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)、音視頻點(diǎn)播等服務(wù)。

2　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1設(shè)計(jì)原則

根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際需求，受制于列車(chē)上空間、布線(xiàn)及安裝方式的限制，提出以下設(shè)計(jì)原則：

1)先進(jìn)性。系統(tǒng)設(shè)計(jì)要有前瞻性，既滿(mǎn)足于當(dāng)前業(yè)務(wù)的需要，還要能適應(yīng)未來(lái)業(yè)務(wù)發(fā)展的需要，增強(qiáng)系統(tǒng)可擴(kuò)展性。

2)經(jīng)濟(jì)性。在用戶(hù)需求和系統(tǒng)功能之間尋求最佳平衡點(diǎn)，不能一味追求各種擴(kuò)展功能而造成巨大的投資，在保證良好質(zhì)量的基礎(chǔ)上，盡可能節(jié)約投資。

3)可擴(kuò)展性。包括兩方面的內(nèi)容，一方面是系統(tǒng)應(yīng)能夠在未來(lái)用戶(hù)增加的情況下，不需太多改動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展；另一方面是指可以方便地通過(guò)系統(tǒng)升級(jí)增加新的功能以及與第三方系統(tǒng)的集成。

4)兼容性。系統(tǒng)設(shè)計(jì)要遵循國(guó)際和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以兼容其他廠(chǎng)家產(chǎn)品。

5)安全可靠性。保障系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全等要求。

6)易用性。系統(tǒng)應(yīng)盡可能將復(fù)雜的操作進(jìn)行封裝，實(shí)現(xiàn)操作的簡(jiǎn)便，增加界面友好性。

2.2廣播子系統(tǒng)

廣播子系統(tǒng)是PIS系統(tǒng)的重要組成部分，根據(jù)項(xiàng)目功能需求，主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)音頻數(shù)字化和乘客報(bào)警可視化。

1)音頻數(shù)字化

音頻數(shù)字化方案通過(guò)ARM處理器控制硬件語(yǔ)音編解碼芯片實(shí)現(xiàn)。流程框圖如圖2所示。

圖2　音頻編碼過(guò)程

從圖2可以看出，整個(gè)編碼過(guò)程有ARM處理器控制，模擬音頻輸入，經(jīng)ADC轉(zhuǎn)換后，通過(guò)壓縮編碼進(jìn)入緩沖區(qū)供ARM處理器讀取，將數(shù)據(jù)讀取到ARM處理器內(nèi)部RAM緩沖區(qū)后，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議組播發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上。在此過(guò)程中，根據(jù)緩沖區(qū)產(chǎn)生數(shù)據(jù)大小和網(wǎng)絡(luò)狀況通過(guò)Fs調(diào)整采樣頻率，掌控?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速度。

相反，解碼過(guò)程也是ARM通過(guò)處理接收到的緩沖區(qū)數(shù)據(jù)，根據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)剩余數(shù)據(jù)多少控制解碼速度，不能讓編解碼芯片達(dá)到“饑餓”(緩沖區(qū)內(nèi)無(wú)數(shù)據(jù))或“撐飽”(緩沖區(qū)數(shù)據(jù)滿(mǎn)，無(wú)剩余空間可放)狀態(tài)，不然將出現(xiàn)模擬音頻噪音或編解碼工作異常狀態(tài)。音頻解碼過(guò)程如圖3所示。

圖3　音頻解碼過(guò)程

2)報(bào)警器可視對(duì)講

傳統(tǒng)對(duì)講報(bào)警系統(tǒng)采用全雙工模擬方案實(shí)現(xiàn)，對(duì)講流程處理復(fù)雜，車(chē)內(nèi)布線(xiàn)繁瑣，而且司機(jī)在接聽(tīng)對(duì)講報(bào)警的同時(shí)，雖然有PA和CCTV的報(bào)警聯(lián)動(dòng)機(jī)制，但是由于攝像機(jī)安裝位置較高，且存在遮擋等問(wèn)題，多數(shù)情況下，司機(jī)無(wú)法準(zhǔn)確看到現(xiàn)場(chǎng)情況，因此為進(jìn)一步提升對(duì)講報(bào)警系統(tǒng)的實(shí)用性和易用性，引入視頻通話(huà)技術(shù)。

由于下一代車(chē)載PIS系統(tǒng)采用全網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)理念，包括乘客緊急報(bào)警器在內(nèi)的終端設(shè)備，被設(shè)計(jì)為新一代網(wǎng)絡(luò)智能終端，也為視頻通話(huà)的實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)平臺(tái)。在下一代車(chē)載PIS系統(tǒng)中，通過(guò)在客室智能終端中引入微型高清攝像頭和高速編解碼芯片，將常見(jiàn)于智能樓宇監(jiān)控的視頻通話(huà)及網(wǎng)絡(luò)視頻通話(huà)技術(shù)引入車(chē)載PIS系統(tǒng)，即可實(shí)現(xiàn)視頻通話(huà)功能?？紤]安全性等因素，該視頻通話(huà)功能被設(shè)計(jì)為單向視頻、雙向音頻，監(jiān)控中心可看到報(bào)警乘客畫(huà)面，也可聽(tīng)到乘客聲音，但報(bào)警乘客只能聽(tīng)到接警人員聲音而無(wú)法看到接警人員畫(huà)面。

2.3PIDS子系統(tǒng)

為了給乘客提供更加高清化的視頻畫(huà)面，PIDS子系統(tǒng)軟件采用智能補(bǔ)包技術(shù)，硬件上還增加了曲面屏顯示，增強(qiáng)車(chē)內(nèi)現(xiàn)代感、時(shí)尚感。

車(chē)載LCD播放控制器接收來(lái)自車(chē)-地?zé)o線(xiàn)系統(tǒng)的直播視頻流節(jié)目，經(jīng)過(guò)補(bǔ)包處理，將節(jié)目轉(zhuǎn)發(fā)至車(chē)載網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)車(chē)載LCD播放控制器接收廣播子系統(tǒng)的站點(diǎn)信息進(jìn)行字幕疊加。直播節(jié)目在車(chē)載網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)程中采用H.264編碼，組播形式傳輸，節(jié)目經(jīng)過(guò)客室交換機(jī)節(jié)目到達(dá)客室LCD顯示終端直接解碼顯示，媒體聲音隨圖像碼流可直接解碼在LCD屏幕揚(yáng)聲器上輸出；當(dāng)無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)發(fā)生故障造成直播節(jié)目中斷時(shí)，LCD播放控制器將預(yù)先存儲(chǔ)在本地的墊播節(jié)目以網(wǎng)絡(luò)流媒體的形式發(fā)送至車(chē)載網(wǎng)絡(luò)，供客室LCD屏解碼顯示播放。LCD播放控制器、LCD終端顯示器的故障信息可以通過(guò)廣播子系統(tǒng)傳輸給列車(chē)控制管理系統(tǒng)(TCMS)以及地面總控中心，實(shí)現(xiàn)TCMS對(duì)PIS播放主要設(shè)備工作狀態(tài)的監(jiān)控。LCD播放控制器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接收地面中心下發(fā)的緊急信息，將緊急信息通過(guò)車(chē)載網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分發(fā)，最終顯示在客室LCD屏終端。

為了保證視頻節(jié)目的流暢性，播控軟件需要增加補(bǔ)包技術(shù)。在目前國(guó)內(nèi)地鐵已有方案中，車(chē)-地?zé)o線(xiàn)傳輸多采用無(wú)線(xiàn)WLAN的形式，由于使用免費(fèi)開(kāi)放頻率，干擾源較多[3]，同時(shí)沒(méi)有QoS保障機(jī)制，造成PIDS系統(tǒng)接收直播流不穩(wěn)定，車(chē)輛行駛過(guò)程中容易丟包，導(dǎo)致播放出現(xiàn)馬賽克，甚至影響播放的穩(wěn)定性。在此背景下，研發(fā)了車(chē)地媒體補(bǔ)包子系統(tǒng)，保證了傳輸流的穩(wěn)定。

提高畫(huà)質(zhì)質(zhì)量的同時(shí)，為了貼近列車(chē)整體室內(nèi)裝修風(fēng)格，視頻顯示終端采用曲面LCD屏，結(jié)構(gòu)貼合車(chē)體側(cè)頂曲面部分，效果圖如圖4所示。

圖4　客室曲面PIDS屏與平面屏對(duì)比

硬件上采用曲面LCD可以增加一些平面無(wú)法達(dá)到的視頻效果，增加乘客吸引力，提高廣告視頻關(guān)注度。

2.4CCTV子系統(tǒng)

列車(chē)視頻監(jiān)控系統(tǒng)(CCTV)應(yīng)用多媒體信息處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，在編組的列車(chē)上構(gòu)建一個(gè)多媒體信息處理與傳輸平臺(tái)，完成車(chē)輛在運(yùn)行過(guò)程中的監(jiān)控、錄像等功能，同時(shí)及時(shí)準(zhǔn)確反映列車(chē)運(yùn)行狀態(tài)，保證列車(chē)運(yùn)行安全。

CCTV子系統(tǒng)每節(jié)車(chē)廂安放3個(gè)網(wǎng)絡(luò)全景攝像頭，為了保證不過(guò)多地占用列車(chē)骨干網(wǎng)帶寬，沒(méi)有把所有攝像頭碼流發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上，而是采用本地存儲(chǔ)視頻錄像，司機(jī)室按需調(diào)取相應(yīng)攝像頭碼流實(shí)時(shí)查看視頻錄像。

下一代網(wǎng)絡(luò)攝像頭采用全景攝像機(jī)360°無(wú)死角監(jiān)控，集成了視音頻采集、智能編碼壓縮及網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)榷喾N功能的數(shù)字監(jiān)控產(chǎn)品。

全景攝像機(jī)與普通攝像機(jī)相比，監(jiān)控范圍更大，普通攝像機(jī)的監(jiān)視角度多在60°～120°(見(jiàn)圖5)，而全景攝像機(jī)采用360°鏡頭(見(jiàn)圖6)，可以徹底擺脫監(jiān)控死角問(wèn)題[4]。

圖5　普通攝像機(jī)拍攝角度分析

圖6　全景攝像機(jī)拍攝角度分析

全景攝像機(jī)利用仿生學(xué)原理，采用魚(yú)眼攝像技術(shù)，配合后端視頻監(jiān)控軟件，完成上述司機(jī)室監(jiān)控需求。

2.5無(wú)線(xiàn)應(yīng)用子系統(tǒng)

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種網(wǎng)絡(luò)衍生產(chǎn)品已經(jīng)深入各個(gè)領(lǐng)域?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”就是“互聯(lián)網(wǎng)+各個(gè)傳統(tǒng)行業(yè)”，但這并不是兩者簡(jiǎn)單的相加，而是利用信息通信技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，讓互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)行業(yè)進(jìn)行深度融合，創(chuàng)造新的發(fā)展生態(tài)。

新系統(tǒng)借鑒了互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展模式，建立了車(chē)地一體化多媒體信息服務(wù)平臺(tái)，通過(guò)在車(chē)廂內(nèi)部構(gòu)建無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，并依靠車(chē)載AP與地面服務(wù)器連接，使乘客能夠在地鐵車(chē)輛上順暢使用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，建立起信息交互平臺(tái)。如圖7所示。

圖7　無(wú)線(xiàn)應(yīng)用功能圖

在此平臺(tái)的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出適應(yīng)不同操作系統(tǒng)(IOS，Android，Windows等)的APP應(yīng)用軟件，將乘客使用的移動(dòng)智能終端(手機(jī)、平板PC、筆記本PC等)接入車(chē)輛的多媒體服務(wù)系統(tǒng)。

乘客通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)多媒體服務(wù)系統(tǒng)，能夠獲得如下功能：

1)目的地提醒

系統(tǒng)將根據(jù)乘客提前設(shè)置的目的地信息，通過(guò)分析當(dāng)前車(chē)輛運(yùn)行數(shù)據(jù)，提前1站給出乘客到站提醒，以防止乘客因?yàn)閹е鷻C(jī)等物品熟睡、聽(tīng)歌、看視頻等行為造成的坐過(guò)站等現(xiàn)象，以彌補(bǔ)車(chē)輛廣播系統(tǒng)公共揚(yáng)聲器在入耳式提醒方面的不足。

2)站點(diǎn)查詢(xún)，地鐵行程規(guī)劃

當(dāng)前地下鐵路網(wǎng)絡(luò)四通八達(dá)，北京、上海、廣州等大城市的地鐵網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)縱橫交織，對(duì)于新到一個(gè)城市的陌生人，如何便利乘車(chē)，如何進(jìn)行方便快捷的換乘，如何確定出入口周邊信息，成為迫切的需求。乘客只需在該系統(tǒng)中輸入起點(diǎn)和目的地，系統(tǒng)將自動(dòng)匹配相關(guān)線(xiàn)路，根據(jù)各線(xiàn)路實(shí)時(shí)反饋的運(yùn)營(yíng)狀況及換乘情況，給出一個(gè)方便快捷的路線(xiàn)規(guī)劃。

3)音視頻播放服務(wù)

系統(tǒng)在云端設(shè)置存儲(chǔ)大量的音視頻服務(wù)資源，乘客可根據(jù)實(shí)際需要選擇收聽(tīng)及觀看，以緩解長(zhǎng)時(shí)間乘車(chē)的疲勞，提升乘車(chē)體驗(yàn)。

4)購(gòu)買(mǎi)車(chē)票及相關(guān)地鐵衍生產(chǎn)品及服務(wù)

乘客可通過(guò)終端設(shè)備，注冊(cè)、操作個(gè)人一卡通等城市軌道交通賬戶(hù)，并通過(guò)該終端實(shí)現(xiàn)費(fèi)用查詢(xún)、欠費(fèi)繳納等服務(wù)，系統(tǒng)可設(shè)置相關(guān)閾值，當(dāng)賬戶(hù)金額低于設(shè)定閾值時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)提醒用戶(hù)充值繳費(fèi)，以防止后續(xù)交通出行受阻。

5)投訴及意見(jiàn)反饋

乘客可通過(guò)該系統(tǒng)，將乘車(chē)過(guò)程中的體驗(yàn)和感受以文字、圖片、語(yǔ)音、視頻等格式上傳至系統(tǒng)服務(wù)器，系統(tǒng)服務(wù)器可根據(jù)上傳的相關(guān)信息進(jìn)行分析整理，并根據(jù)預(yù)設(shè)處置方案，向乘客第一時(shí)間提供解釋、說(shuō)明，以防止事件的擴(kuò)大。

地鐵車(chē)輛運(yùn)營(yíng)商通過(guò)部署、維護(hù)該系統(tǒng)，可以更便利地為乘客提供服務(wù)，獲取地鐵車(chē)廂內(nèi)的相關(guān)運(yùn)營(yíng)大數(shù)據(jù)，并通過(guò)數(shù)據(jù)分析，判斷人流量、乘客乘車(chē)喜好等完善運(yùn)營(yíng)服務(wù)流程及提升相關(guān)服務(wù)質(zhì)量，此外后臺(tái)服務(wù)端進(jìn)行了用戶(hù)行為記錄。由于提供了上網(wǎng)業(yè)務(wù)，為了保護(hù)用戶(hù)在公共區(qū)域的上網(wǎng)安全，同時(shí)按照國(guó)家相關(guān)規(guī)定，多系統(tǒng)采用了可靠的認(rèn)證接入手段，使用戶(hù)接入更可靠、更安全，并同時(shí)在網(wǎng)元實(shí)時(shí)記錄用戶(hù)上網(wǎng)行為軌跡，可以隨時(shí)進(jìn)行查詢(xún)和追溯。

通過(guò)用戶(hù)行為分析，完整保留用戶(hù)所有上網(wǎng)行為資料，并定期匯總到地面服務(wù)器，提供超過(guò)90天的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和查詢(xún)功能，查詢(xún)條件靈活簡(jiǎn)便，可查詢(xún)指定用戶(hù)指定時(shí)段的匯總網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)信息，也可查詢(xún)某一特定時(shí)刻的應(yīng)用流量情況與行為內(nèi)容，并且可通過(guò)廣告推送、定制服務(wù)等項(xiàng)目，獲得較高的經(jīng)濟(jì)回報(bào)。

3　關(guān)鍵技術(shù)及難點(diǎn)

3.1多網(wǎng)融合、多屏合一

在以往軌道交通車(chē)輛上，各功能系統(tǒng)分別根據(jù)自身要求進(jìn)行組網(wǎng)連接，各種工業(yè)網(wǎng)絡(luò)在車(chē)上密集交織，對(duì)于不同種類(lèi)通信信號(hào)的傳輸存在布線(xiàn)復(fù)雜、工藝要求復(fù)雜、電磁環(huán)境復(fù)雜等問(wèn)題，影響分系統(tǒng)設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。根據(jù)當(dāng)前車(chē)輛以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，采用實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，將各系統(tǒng)通信鏈路全部集成于統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，方便車(chē)輛布線(xiàn)以及工藝處理，并可以大幅度降低電磁干擾，提升電子設(shè)備的穩(wěn)定性。

為適應(yīng)車(chē)輛骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)，下一代車(chē)載PIS系統(tǒng)必須在音視頻傳輸數(shù)據(jù)量上進(jìn)行優(yōu)化配置，降低對(duì)系統(tǒng)帶寬的占用。系統(tǒng)通過(guò)采用分布式存儲(chǔ)策略，將原本需要全部上傳至司機(jī)室存儲(chǔ)器的監(jiān)控圖像存儲(chǔ)于車(chē)廂本地，僅提供上傳地面監(jiān)控中心的1～2路監(jiān)控視頻流，有效降低傳輸帶寬。

近幾年來(lái)國(guó)際電工協(xié)會(huì)IEC提出IEC61375標(biāo)準(zhǔn)，最新的IEC61375 2-3于2015年7月發(fā)布TRDP相關(guān)協(xié)議，規(guī)定了列車(chē)上的不同廠(chǎng)家設(shè)備直接互聯(lián)互通。由于協(xié)議發(fā)布不久，可借鑒的經(jīng)驗(yàn)不足，增加了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)難度。

同時(shí)下一代PIS系統(tǒng)將PA操控界面、CCTV監(jiān)控界面和TCMS人機(jī)界面三者合一，更為系統(tǒng)開(kāi)發(fā)增加了不小難度，這就需要PIS和TCMS制定更加具體的操控協(xié)議。

3.2PIS視頻流補(bǔ)碼

由于車(chē)地?zé)o線(xiàn)帶寬的限制以及無(wú)線(xiàn)AP信號(hào)的不穩(wěn)定性因素[5]，當(dāng)前投入運(yùn)營(yíng)的軌道交通車(chē)輛信息顯示系統(tǒng)在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)直播畫(huà)面卡滯、馬賽克等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了乘客的乘車(chē)體驗(yàn)以及直播廣告投放的直播率，導(dǎo)致乘客的投訴增加和車(chē)輛廣告客戶(hù)的流失。

在現(xiàn)有無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)條件下，針對(duì)此類(lèi)直播問(wèn)題設(shè)計(jì)出了智能化車(chē)輛視頻播放穩(wěn)流系統(tǒng)，通過(guò)在地面控制中心增加穩(wěn)流服務(wù)器以及車(chē)輛PIDS主機(jī)中的解碼服務(wù)器來(lái)提升車(chē)輛視頻畫(huà)面播放效果。

從圖8和圖9可以看出，多媒體穩(wěn)流系統(tǒng)，主要通過(guò)在車(chē)輛AP無(wú)線(xiàn)通信前級(jí)增加穩(wěn)流服務(wù)器，將原先1路的視頻數(shù)據(jù)，分發(fā)為2～3路進(jìn)行處理，確保同樣的數(shù)據(jù)幀有2到3幀數(shù)據(jù)同時(shí)傳出，而在車(chē)載服務(wù)器端，增加數(shù)據(jù)穩(wěn)流模塊，通過(guò)分析比對(duì)同時(shí)接收到的視頻數(shù)據(jù)，若主視頻流中的視頻數(shù)據(jù)出現(xiàn)丟幀，則用接收到的另外2～3幀數(shù)據(jù)進(jìn)行丟幀填充，確保視頻畫(huà)面的連續(xù)性與清晰度。

圖8　未加入穩(wěn)流系統(tǒng)前的方案圖

圖9　加入多媒體數(shù)據(jù)穩(wěn)流系統(tǒng)后的方案圖

顯示畫(huà)面效果對(duì)比見(jiàn)圖10。

圖10　車(chē)地網(wǎng)絡(luò)較差情況下未穩(wěn)流與加入穩(wěn)流模塊LCD顯示對(duì)比圖

3.3廣播語(yǔ)音延遲

采用網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化傳送語(yǔ)音，由于編解碼以及網(wǎng)絡(luò)傳送等必然會(huì)導(dǎo)致語(yǔ)音延遲。如何盡量縮小延遲時(shí)間是數(shù)字廣播首先面對(duì)的一大難題。音頻流處理框圖見(jiàn)圖11。

圖11　音頻流處理框圖

軟硬件設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)人耳系統(tǒng)心理聲學(xué)理論，確定音頻采樣頻率；硬件音頻編解碼需要一定大小的緩沖區(qū)，緩沖區(qū)導(dǎo)致音頻延遲。而編解碼通道延遲是緩沖區(qū)導(dǎo)致的延遲時(shí)間的兩倍。音頻壓縮效率和編解碼延遲有很大的關(guān)系，好的壓縮需要較大的緩沖區(qū)，而越大的緩沖區(qū)必然導(dǎo)致更長(zhǎng)的延遲時(shí)間，是一個(gè)矛盾，需要在具體應(yīng)用中調(diào)整。

通過(guò)不同格式硬件壓縮算法的時(shí)間對(duì)比，為了符合列車(chē)語(yǔ)音傳輸帶寬限制，同時(shí)減少延遲時(shí)間，本項(xiàng)目語(yǔ)音廣播采用G722壓縮格式。整個(gè)硬件編解碼過(guò)程需要3ms延遲[6]，具體實(shí)際延遲時(shí)間還要加入網(wǎng)絡(luò)傳輸和交換機(jī)延遲時(shí)間。

3.4便攜式測(cè)試單元(PTU)

系統(tǒng)測(cè)試工具包括運(yùn)行于筆記本PC的PTU軟件和手持智能PIS終端。功能相同，手持終端可通過(guò)電池供電，更容易攜帶。

針對(duì)系統(tǒng)的每個(gè)設(shè)備主要功能分3類(lèi)：

1)狀態(tài)監(jiān)測(cè)；

2)軟件升級(jí)，參數(shù)設(shè)置；

3)功能模擬循環(huán)測(cè)試。

比如對(duì)客室地圖進(jìn)行參數(shù)設(shè)置或軟件升級(jí)工作。如圖12，PTU或手持終端在司機(jī)室主機(jī)測(cè)試口接入系統(tǒng)，可以監(jiān)測(cè)全車(chē)的地圖工作狀態(tài)，并可以對(duì)單節(jié)車(chē)廂或全車(chē)進(jìn)行一次性升級(jí)或參數(shù)修改。

圖12　列車(chē)PTU軟件升級(jí)

在車(chē)地?zé)o線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)較好的情況下，可以一次性對(duì)多列車(chē)設(shè)備軟件進(jìn)行升級(jí)或設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)、故障排查(見(jiàn)圖13)。

圖13　PTU軟件與列車(chē)廣播系統(tǒng)無(wú)線(xiàn)連接

PTU軟件運(yùn)行于筆記本電腦，通過(guò)車(chē)地?zé)o線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與車(chē)載PIS系統(tǒng)的交換機(jī)設(shè)備無(wú)線(xiàn)模塊相連。

1)遠(yuǎn)程或本地集中對(duì)系統(tǒng)軟件更新升級(jí)。

比如更新DCU軟件，可以選擇編譯好的DCU新程序通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)下載到DCU設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)更新升級(jí)。無(wú)需以往每列車(chē)每個(gè)DCU設(shè)備分別用燒寫(xiě)器刷寫(xiě)軟件。

2)廣播音頻文件更新。

實(shí)際運(yùn)行中，列車(chē)廣播文件時(shí)常需要更新，通過(guò)PTU軟件可以將音頻文件一次性下載到多個(gè)列車(chē)廣播系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)集中更新。

3)遠(yuǎn)程協(xié)助司機(jī)處理運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的故障。

由于PTU可以通過(guò)車(chē)地?zé)o線(xiàn)連接，一旦某個(gè)設(shè)備或模塊出現(xiàn)故障，可以自動(dòng)上傳給PTU軟件，根據(jù)具體故障可以在DCU觸摸屏上彈出處理提示或建議，協(xié)助司機(jī)處理突發(fā)狀況。

4)遠(yuǎn)程監(jiān)視每輛車(chē)的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。

可以實(shí)時(shí)檢測(cè)到系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備的通信數(shù)據(jù)，從而實(shí)時(shí)得知各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行故障診斷。

4　小結(jié)

下一代車(chē)載PIS系統(tǒng)有別于傳統(tǒng)模擬列廣系統(tǒng)，它是音頻數(shù)字化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)并結(jié)合近幾年推出的嵌入式芯片技術(shù)的綜合應(yīng)用。除了完成傳統(tǒng)系統(tǒng)功能外，更側(cè)重于系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、嵌入式芯片的應(yīng)用，系統(tǒng)具有低功耗、模塊化，調(diào)試維護(hù)便捷化等特點(diǎn)。通過(guò)系統(tǒng)搭建，構(gòu)建的系統(tǒng)是一個(gè)具有良好擴(kuò)展性、維護(hù)性和穩(wěn)定性的平臺(tái)。

[1]中國(guó)地鐵行業(yè)現(xiàn)狀調(diào)研及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)分析報(bào)告(2016—2022)[R].[S.l.]：中國(guó)產(chǎn)業(yè)調(diào)研網(wǎng),2016.

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[4]陳乾.超大范圍 細(xì)節(jié)兼顧——魚(yú)眼攝像機(jī)淺析[J]. 智能建筑， 2015(9)：45.

[5]張京晶. 城市軌道交通車(chē)地?zé)o線(xiàn)通信頻率規(guī)劃的探討[C]//中國(guó)科協(xié)年會(huì).[S.l.]：中國(guó)科協(xié)， 2015：1-6.

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責(zé)任編輯：許盈

Nextgenerationvehiclepassengerinformationsystem

CHENLun,LIUQingchao,CAOWenyuan

(No.3 Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation,Beijing 100015, China)

Withthedevelopmentoftechnologyandnetwork,basedonthetraditionalsystem,thenextgenerationofvehiclepassengerinformationsystem,HDvideoplayback,panoramicnetworkcameramonitoringanddigitalaudiobroadcastingarerealized.Newwirelessapplicationsareadded,providingaudio,video,Internetandotherpersonalizedservicestopassengers.Relyingonthenetwork,moreconvenientandintelligenttoolsareprovidedforthemaintenanceofthetrainsystemequipments,andreducethemaintenancelaborintensityandimprovetheefficiency.

passengerinformationsystem；digitalbroadcast；panoramicvideosurveillancesystem；wirelessapplications

TP391

ADOI：10.16280/j.videoe.2016.08.026

2016-06-28

文獻(xiàn)引用格式：陳倫，劉慶超，操文元. 下一代車(chē)載乘客信息系統(tǒng) [J].電視技術(shù)，2016，40(8)：132-138.

CHENL,LIUQC,CAOWY.Nextgenerationvehiclepassengerinformationsystem[J].Videoengineering，2016，40(8)：132-138.