基于數(shù)字媒體技術(shù)的乘客信息系統(tǒng)軟件框架設(shè)計(jì)

汪曉臣，于 鑫，闞庭明，孫同慶

(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 電子計(jì)算技術(shù)研究所，北京 100081)

目前廣泛采用的PIS技術(shù)方案，其共同優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單清晰，容易部署，但也存在以下不足：

（1）軟硬件成本高。PIS線路中心需要一套復(fù)雜的視頻采編軟件和一組專業(yè)的視頻壓縮解碼設(shè)備對(duì)乘客信息終端播放的各類信息進(jìn)行統(tǒng)一的采編，系統(tǒng)建設(shè)的軟、硬件成本較高。

（2）節(jié)目單信息原子性丟失。預(yù)先將節(jié)目采編制作成單一的視頻，節(jié)目單中的信息（圖片、文本、滾動(dòng)字幕、視頻等）失去了信息的原子性，導(dǎo)致信息實(shí)體性的丟失，不便于信息的檢索和更新。

（3）不便于節(jié)目信息分層控制以及PIS組網(wǎng)運(yùn)營(yíng)。節(jié)目單采編后直接在終端進(jìn)行播放，缺乏對(duì)PIS信息從“路網(wǎng)－線路中心－車站”進(jìn)行逐層控制。同時(shí)，采用該技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的PIS設(shè)備接口（有VGA輸出、SDI輸出、HDMI輸出）不統(tǒng)一、傳輸制式不統(tǒng)一（有光纖、銅軸兩種傳輸模式），不便于城市軌道交通運(yùn)營(yíng)管理由單線管理向路網(wǎng)集中管理的轉(zhuǎn)變。

數(shù)字媒體技術(shù)[2]是以通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)手段，綜合處理文字、聲音、圖形和圖像等媒體信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)字媒體的表示、記錄、處理、存儲(chǔ)、顯示和管理等各個(gè)環(huán)節(jié)，使抽象的信息變成可感知、可管理和可交互的一種軟、硬件技術(shù)。數(shù)字媒體技術(shù)通過(guò)對(duì)各種多媒體信息的屬性進(jìn)行抽象，提取出多媒體在時(shí)間、空間上的邏輯關(guān)系，對(duì)這些關(guān)系進(jìn)行分析和管理，通過(guò)數(shù)字化方式，實(shí)現(xiàn)信息的疊加與合成，簡(jiǎn)化了媒體的編輯和發(fā)布過(guò)程。以數(shù)字媒體、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)相融合的數(shù)字媒體技術(shù)，將媒體設(shè)計(jì)、編輯審核和發(fā)布在Web上進(jìn)行管理，突破傳統(tǒng)PIS采用硬編、解碼設(shè)備的限制，能對(duì)各播放終端播放計(jì)劃、播放列表進(jìn)行個(gè)性化控制，并能提供文字、視頻、緊急預(yù)案等多格式媒體信息的綜合發(fā)布與控制?；诖?，本文提出采用數(shù)字媒體技術(shù)搭建乘客信息系統(tǒng)，并就關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行論述。

1 系統(tǒng)組成

PIS包括中心子系統(tǒng)、車站子系統(tǒng)和車載子系統(tǒng)。中心子系統(tǒng)主要設(shè)備包括外部信息采集接口服務(wù)器、流媒體服務(wù)器、中心服務(wù)器，負(fù)責(zé)外部信息采集、播放版式的編輯與發(fā)布、消息發(fā)送、設(shè)備工作狀態(tài)監(jiān)視和網(wǎng)絡(luò)管理。車站子系統(tǒng)主要設(shè)備包括車站服務(wù)器、LCD/LED播放控制器和終端LCD/LED顯示屏，負(fù)責(zé)車站媒體信息接收和播放、車站內(nèi)設(shè)備管理、消息發(fā)送。車載子系統(tǒng)包括車載無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、車載播放控制器以及車載顯示終端，負(fù)責(zé)信息接收及播放。播放控制器和顯示終端之間通過(guò)光纖傳輸高清視頻信號(hào)，顯示終端通過(guò)HDMI接口顯示輸出。

肛瘺屬于臨床上一種較為多見(jiàn)的肛腸科病癥，系指肛門(mén)鄰近的肉芽腫性管道，由內(nèi)口、瘺管、外口構(gòu)成［9］。按照全國(guó)腸肛協(xié)會(huì)會(huì)議制定的肛瘺分類標(biāo)準(zhǔn)，可將肛瘺分成單純性肛瘺、復(fù)雜性肛瘺、馬蹄形肛瘺三種［10］。其中，復(fù)雜性肛瘺的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，瘺口數(shù)與管道分支均較多，涉及區(qū)域較廣，位置較深，臨床診斷與治療均存在一定的難度［11］。診斷過(guò)程中應(yīng)重點(diǎn)確定肛瘺的內(nèi)口位置、瘺道數(shù)、走形情況及其與鄰近肌肉的關(guān)系等，若肛瘺的內(nèi)口位置與瘺道數(shù)無(wú)法判斷，則治療時(shí)可能出現(xiàn)內(nèi)口處理的遺漏，進(jìn)而導(dǎo)致疾病復(fù)發(fā)［12］。

2 需求分析

PIS的軟件需求主要包括：

（1）多媒體信息播放支持：支持對(duì)720 P到1 080 P高清視頻信息播放，支持對(duì)主流多媒體文件（包括：文本、滾動(dòng)字幕、圖片、視頻、視頻流、時(shí)鐘）信息的合成、疊加和播放。

（2）媒體信息編輯、發(fā)布以及播放過(guò)程監(jiān)視：通過(guò)統(tǒng)一平臺(tái)，對(duì)播放計(jì)劃、播放頻道、播放列表、播放器、媒體信息進(jìn)行設(shè)置，實(shí)現(xiàn)媒體從編輯、發(fā)布到播放過(guò)程監(jiān)視的全過(guò)程管理。

（3）PIS設(shè)備管理：實(shí)現(xiàn)對(duì)PIS 系統(tǒng)內(nèi)相關(guān)設(shè)備工作狀態(tài)監(jiān)視、設(shè)備控制。

（4）消息發(fā)送：實(shí)現(xiàn)地鐵運(yùn)營(yíng)管理中的緊急消息、滾動(dòng)消息的發(fā)送和撤銷。

（5）數(shù)據(jù)接口：實(shí)現(xiàn)對(duì)線路中終端設(shè)備時(shí)鐘同步、支持對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)信息的準(zhǔn)確顯示，并能向其他接口系統(tǒng)上報(bào)PIS設(shè)備工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。

3 總體框架設(shè)計(jì)

3.1 總體框架

系統(tǒng)總體框架如圖1。通過(guò)應(yīng)用數(shù)字媒體處理技術(shù)，在中心服務(wù)器端對(duì)媒體屬性、節(jié)目布局、媒體播放計(jì)劃等媒體之間的關(guān)系進(jìn)行設(shè)置，將設(shè)置好的文件下發(fā)到播放終端，最后，在播放終端進(jìn)行數(shù)字視頻合成后輸出。

圖1 乘客信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（1）媒體設(shè)計(jì)：通過(guò)圖形化可視界面實(shí)現(xiàn)PIS中多媒體樣式和播放效果的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)好的媒體文件，通過(guò)FTP方式發(fā)布到媒體庫(kù)中，供媒體編輯與發(fā)布系統(tǒng)使用。

（2）媒體編輯與發(fā)布：對(duì)媒體文件進(jìn)行分組，形成播放列表，作為可播放的最小單元。對(duì)多個(gè)播放列表的長(zhǎng)寬、位置坐標(biāo)信息進(jìn)行布局和組合，形成不同的播放頻道。對(duì)播放列表的播放時(shí)間進(jìn)行編排，形成播放計(jì)劃。再將播放頻道和播放器進(jìn)行關(guān)聯(lián)，控制每個(gè)播放器播放的畫(huà)面。最終在站臺(tái)、站廳、出入口等位置向乘客呈現(xiàn)不同的播放畫(huà)面。

（3）媒體播放：通過(guò)信息接收終端，實(shí)現(xiàn)媒體信息播放、播放器參數(shù)采集與上報(bào)以及與中心系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)鐘同步。媒體編輯與發(fā)布系統(tǒng)設(shè)置好媒體以及媒體的布局信息后，將文件通過(guò) FTP機(jī)制分發(fā)到播放終端，播放終端通過(guò)數(shù)字合成技術(shù)合成后按照設(shè)定的畫(huà)面格式輸出。

（4）綜合信息管理：為用戶提供一套運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)，通過(guò)統(tǒng)一的操作平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)PIS系統(tǒng)參數(shù)配置、設(shè)備監(jiān)控、消息發(fā)送，并記錄相關(guān)活動(dòng)的日志。

（5）外部接口：接收第三方系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，按照規(guī)定的協(xié)議格式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，解析后在播放器播放列表相應(yīng)位置正確顯示。

（6）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：設(shè)置PIS主數(shù)據(jù)庫(kù)和備數(shù)據(jù)庫(kù)。主要用于存儲(chǔ)整個(gè)PIS中的所有數(shù)據(jù)文件。

3.2 媒體編輯與發(fā)布方式

在軌道交通領(lǐng)域中，向乘客提供信息服務(wù)的方式是由反映同一類主題的不同種類的多媒體資源按照一定的方式進(jìn)行組合而成的多媒體節(jié)目。圖2為多媒體編輯與發(fā)布模型。

圖2 媒體編輯與發(fā)布模型

本模型中，在線路中心對(duì)多媒體資源進(jìn)行編輯，將編輯完成的媒體及邏輯控制信息文件下發(fā)到終端播放器。終端播放器接收到節(jié)目文件后合成節(jié)目輸出。本文中，將同一類主題的多媒體資源定義為播放列表；多個(gè)播放列表按照位置信息、長(zhǎng)寬信息進(jìn)行組合形成的播放節(jié)目布局定義為播放頻道；將節(jié)目接收以及節(jié)目信息輸出的主機(jī)定義為播放器；每個(gè)播放器在播放時(shí)關(guān)聯(lián)1個(gè)頻道，在實(shí)際中，根據(jù)乘客信息的不同畫(huà)面種類分別定義站臺(tái)、站廳和出入口等播放頻道。

媒體信息編輯與發(fā)布流程包括：

（1）設(shè)置播放列表：從媒體庫(kù)中選擇n個(gè)媒體文件，編輯每個(gè)媒體文件的播放時(shí)長(zhǎng)、播放順序，形成播放列表，播放列表為可獨(dú)立播放的最小單元，由反映同類主題的多媒體資源編輯而成。1≤n≤N，N為媒體庫(kù)中媒體文件的總個(gè)數(shù)。

（2）設(shè)置播放頻道：選擇播放頻道的比例和屏幕大小，選擇頻道包含多少個(gè)播放列表，設(shè)置每個(gè)播放列表在播放器的位置信息（X,Y,H,W），以及各播放列表中動(dòng)態(tài)變量生效的控制邏輯，在播放信息時(shí)，通過(guò)控制邏輯改變，實(shí)現(xiàn)播放內(nèi)容的切換；其中，位置信息（X,Y,H,W）中各坐標(biāo)的含義是：X表示播放列表相對(duì)于原點(diǎn)的橫坐標(biāo)，Y表示播放列表相對(duì)于原點(diǎn)的縱坐標(biāo)，H表示播放列表的高度，W表示播放列表的寬度，屏幕左上角頂點(diǎn)定義為原點(diǎn)。

（3）設(shè)置播放計(jì)劃：設(shè)置各播放版式的播放日程表，包括播放頻道內(nèi)各播放列表的播放日程表。

（4）設(shè)置播放器：設(shè)置播放器信息，將播放器與某個(gè)播放頻道進(jìn)行關(guān)聯(lián)，該播放器將按照該播放版式的配置信息進(jìn)行播放。

3.3 多媒體描述文件結(jié)構(gòu)

PIS媒體編輯與發(fā)布系統(tǒng)編輯完多媒體和相應(yīng)的邏輯控制信息，由終端播放器接收多媒體資源并按照相應(yīng)的邏輯控制信息的要求合成最終節(jié)目進(jìn)行播放。為描述媒體信息和相應(yīng)的邏輯關(guān)系，本文中采用由XML語(yǔ)言定義并與其完全兼容的標(biāo)記語(yǔ)言SMIL進(jìn)行表述。SMIL是同步多媒體集成語(yǔ)言（Synchronized Multimedia Integration Language）的縮寫(xiě)，它是由W3C（World Wide Web Consortium）組織規(guī)定的多媒體操縱語(yǔ)言，通過(guò)它可以將不同的多媒體素材集成在一起，并能在時(shí)間與空間上對(duì)它們的播放進(jìn)行同步控制。圖3為PIS多媒體描述文件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型。

頻道由1～N個(gè)播放列表描述文件組成。頻道描述文件以ChannelList.xml命名。

播放列表對(duì)需要播放的媒體信息進(jìn)行分組，同主題的媒體信息或媒體信息的序列形成一個(gè)播放列表。例如：針對(duì)外部接口數(shù)據(jù)ATS信息的播放列表定義為ATS.xml，定義本地視頻文件的播放列表由Video1.xml和Video2.xml組成，定義緊急信息的播放列表文件定義為Emergency-Mess-age.xml。

媒體信息中定義媒體中的大小、背景、顏色、播放效果以及需要?jiǎng)討B(tài)顯示信息的相關(guān)變量和靜態(tài)常量。

定義好的頻道為乘客可以查看到的最終節(jié)目效果，PIS中，針對(duì)站臺(tái)、站廳和出入口等播放器分別設(shè)置不同的頻道。播放器可以對(duì)應(yīng)1個(gè)頻道，也可以對(duì)應(yīng)2個(gè)頻道（需播放器硬件支持雙顯卡輸出）。

圖3 PIS多媒體信息文件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.4 數(shù)字媒體合成

多媒體描述文件發(fā)布到終端播放器后，由播放器按照多媒體描述文件的邏輯結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合后輸出。數(shù)字視頻合成基于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的原理和方法是將多種采樣數(shù)字化到計(jì)算機(jī)的源素材，并將它們混合為單一的復(fù)合對(duì)象的處理過(guò)程[3]。也就是將兩個(gè)以上的數(shù)字視頻對(duì)象經(jīng)過(guò)處理合并為單個(gè)的數(shù)字視頻對(duì)象的過(guò)程。本文中，視頻對(duì)象包括圖像、動(dòng)畫(huà)、文本等，視頻對(duì)象為數(shù)字視頻合成的最小單元，在邏輯上是獨(dú)立的，通過(guò)對(duì)原始對(duì)象的時(shí)間坐標(biāo)（何時(shí)播放）、空間坐標(biāo)（位置信息）進(jìn)行調(diào)整，最終呈現(xiàn)給乘客不同的顯示畫(huà)面。圖4為數(shù)字媒體合成模型，它實(shí)際是媒體編輯過(guò)程的逆過(guò)程，將媒體文件按照其描述文件的邏輯結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合輸出。

圖4 數(shù)字媒體合成模型

4 結(jié)束語(yǔ)

本文采用數(shù)字媒體技術(shù)對(duì)PIS軟件框架進(jìn)行設(shè)計(jì)，介紹PIS媒體編輯與發(fā)布模型、多媒體描述文件結(jié)構(gòu)、數(shù)字視頻合成過(guò)程。采用該技術(shù)設(shè)計(jì)的PIS支持節(jié)目多播放端的發(fā)布。由于其多媒體描述文件由XML文件定義，采用開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)體系，支持不同廠商PIS軟件解析播放，支持軌道交通PIS由單線路運(yùn)營(yíng)向網(wǎng)絡(luò)化聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)，符合未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)PIS技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。

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[2]劉 智. 淺談數(shù)字媒體技術(shù)[J].科技信息，2010（28）：251.

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