城軌車(chē)載視頻播放系統(tǒng)媒體管理方案研究

孫同慶，李 明，夏德春，汪曉臣，李小海

（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）

軌道交通信息系統(tǒng)

城軌車(chē)載視頻播放系統(tǒng)媒體管理方案研究

孫同慶，李 明，夏德春，汪曉臣，李小海

（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）

本文分析了城軌車(chē)載視頻播放系統(tǒng)媒體管理存在的問(wèn)題，提出了解決問(wèn)題的兩種管理方案，并對(duì)這兩種管理方案進(jìn)行分析對(duì)比，根據(jù)該系統(tǒng)目前實(shí)際情況，給出基于WebDAV通信協(xié)議的實(shí)用管理方案。

車(chē)載視頻；媒體管理；WebDAV；P2P

城軌車(chē)載視頻播放系統(tǒng)作為乘客信息系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)：PIS）的一個(gè)重要組成部分，其重要功能是為乘客在乘車(chē)過(guò)程中提供各種資訊信息（如時(shí)政信息、體育信息、列車(chē)運(yùn)營(yíng)信息等），是直接關(guān)系到乘客在乘車(chē)過(guò)程中舒適度的重要生產(chǎn)系統(tǒng)。車(chē)載視頻播放系統(tǒng)需要接受列車(chē)在高速移動(dòng)條件下各種復(fù)雜環(huán)境（如地下站、高架橋及隧道等）的考驗(yàn)，所以車(chē)載視頻播放系統(tǒng)的媒體管理面臨著很多亟需解決的問(wèn)題。

1 車(chē)載視頻播放系統(tǒng)架構(gòu)

車(chē)載視頻播放系統(tǒng)播放內(nèi)容主要是運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)控制和多媒體控制技術(shù)，以城軌車(chē)輛的客室車(chē)廂為載體為乘客呈現(xiàn)多樣化信息。近年來(lái)，隨著城軌車(chē)輛集成技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體技術(shù)的發(fā)展，以及城軌車(chē)輛人性化的設(shè)計(jì)需求，對(duì)城軌車(chē)輛車(chē)載視頻播放系統(tǒng)的功能需求也趨向于多樣化。

車(chē)載視頻播放系統(tǒng)播放的多媒體素材全部來(lái)自地面PIS播控中心，通過(guò)車(chē)地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)獲得，如圖1所示。由于車(chē)地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)相比較地面局域網(wǎng)絡(luò)，存在很多不完善的方面，如傳輸數(shù)據(jù)帶寬較低、接入點(diǎn)（AP）之間切換不平順等，車(chē)載視頻播放系統(tǒng)媒體管理比地面媒體管理更為復(fù)雜。經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)文件傳輸數(shù)據(jù)丟失或錯(cuò)亂，直播視頻流中斷或數(shù)據(jù)包斷斷續(xù)續(xù)的情況，直接影響乘客乘車(chē)感受。

圖1 車(chē)地?zé)o線傳輸示意圖

車(chē)載視頻播放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。多媒體素材進(jìn)入到車(chē)載設(shè)備，由于車(chē)載機(jī)柜空間有限，以及車(chē)頭車(chē)廂網(wǎng)絡(luò)環(huán)境相對(duì)不穩(wěn)定，并且車(chē)上播放終端設(shè)備相對(duì)地面負(fù)載較高（地面一個(gè)媒體播放控制器一般負(fù)載4～8個(gè)顯示屏，車(chē)載一個(gè)媒體播放終端負(fù)載36個(gè)顯示屏）等因素，因此媒體在車(chē)載環(huán)境中的管理要求也較高。圖3為車(chē)載多媒體播放流程圖，其中多媒體資源從車(chē)頭向車(chē)廂是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)流媒體為載體利用車(chē)載網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸?shù)摹?/p>

圖2 車(chē)載視頻播放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖3 車(chē)載視頻播放流程

2 存在問(wèn)題

2.1 文件傳輸?shù)耐暾?/p>

由于列車(chē)運(yùn)行環(huán)境，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接中斷的現(xiàn)象，影響多媒體文件傳輸?shù)倪B續(xù)性，從而影響到文件的完整程度。車(chē)載視頻播放系統(tǒng)播放文件會(huì)出現(xiàn)畫(huà)面抖動(dòng)和跳幀就是由于文件的不完整造成的。

2.2 流媒體的持續(xù)性

現(xiàn)階段各城市地鐵運(yùn)營(yíng)單位為更好的為乘客提供高品質(zhì)服務(wù)，車(chē)載視頻播放系統(tǒng)播放與地面乘客信息系統(tǒng)相同的直播視頻流媒體。但是由于車(chē)載視頻播放系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境與地面系統(tǒng)存在很大差別，在流媒體播放過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)中斷的現(xiàn)象，直接影響播放效果。

2.3 不同列車(chē)之間的一致性

由于列車(chē)上的多媒體信息都是由多媒體素材中心統(tǒng)一下發(fā)的，列車(chē)運(yùn)行狀態(tài)及區(qū)域不同，傳統(tǒng)的車(chē)載視頻播放系統(tǒng)在車(chē)輛入庫(kù)時(shí)，由車(chē)輛段AP集中傳輸，這就導(dǎo)致在相同線路上播放的多媒體信息不一致。

3 媒體管理解決方案

傳統(tǒng)的車(chē)載視頻播放系統(tǒng)通過(guò)FTP管理多媒體資源，隨著軌道交通管理流程的不斷完善，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，F(xiàn)TP越來(lái)越不能滿足車(chē)載視頻播放系統(tǒng)的要求。目前比較流行的多媒體管理方法主要有WebDAV和P2P兩種。

3.1 WebDAV管理方案

WebDAV是一種基于HTTP1.1協(xié)議的通信協(xié)議。WebDAV在以下幾個(gè)方面對(duì)FTP具有明顯優(yōu)勢(shì)。

（1）WebDAV不需要申請(qǐng)任何操作系統(tǒng)賬號(hào)，它使用一套自定義的身份驗(yàn)證機(jī)制。

（2）WebDAV傳輸數(shù)據(jù)采用HTTPS進(jìn)行傳輸，加密解密操作自動(dòng)在底層完成。FTP傳送所有數(shù)據(jù)使用明文，如需加密需自己實(shí)現(xiàn)。因此WebDAV在數(shù)據(jù)傳輸方面比FTP更加安全有效。

（3）WebDAV的數(shù)據(jù)傳輸效率明顯高于FTP。WebDAV傳輸所有文件只需要一個(gè)TCP連接，而FTP每傳送一個(gè)文件需要打開(kāi)一個(gè)新的TCP連接。

（4）WebDAV比FTP應(yīng)用范圍更廣。WebDAV是基于HTTP的，可以輕易穿越防火墻，而FTP如不經(jīng)特殊設(shè)置很難穿越防火墻，因此WebDAV在廣域網(wǎng)中應(yīng)用范圍更廣。

WebDAV傳輸解決傳統(tǒng)文件傳輸?shù)?個(gè)主要問(wèn)題如下：

（1）文件改寫(xiě)保護(hù)。使用WebDAV傳輸文件，可以通過(guò)特定方式鎖定該資源，以便防止其他客戶端對(duì)該文件進(jìn)行改寫(xiě)或進(jìn)行訪問(wèn)。

（2）資源集合管理。WebDAV通過(guò)一種有效的方法進(jìn)行組織數(shù)據(jù)。WebDAV將所管理的資源作為一個(gè)集合，并通過(guò)資源管理可以創(chuàng)建、移動(dòng)、復(fù)制和刪除集合，以及集合中的資源和文件。

（3）文檔屬性描述。不同類(lèi)型數(shù)據(jù)的屬性是唯一的，這有助于描述數(shù)據(jù)。WebDAV通過(guò)XML可以描述任何類(lèi)型的數(shù)據(jù)。

3.2 P2P管理方案

P2P（對(duì)等網(wǎng)絡(luò)）是通過(guò)直接交換來(lái)共享計(jì)算機(jī)資源和服務(wù)。其網(wǎng)絡(luò)中的每一臺(tái)主機(jī)既能充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的請(qǐng)求者，又對(duì)其它計(jì)算機(jī)的請(qǐng)求做出響應(yīng)，提供資源和服務(wù)。處于網(wǎng)絡(luò)中所有具有文件交互功能的節(jié)點(diǎn)（不只是播放終端，還包括媒體素材服務(wù)器）都是對(duì)等關(guān)系，其中任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)不止要從網(wǎng)絡(luò)中獲取資源，還要向其他節(jié)點(diǎn)提供已有資源。

正是由于該結(jié)構(gòu)具有這種特點(diǎn)，所以比較適合像車(chē)載視頻播放系統(tǒng)一對(duì)多的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以充分利用系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)資源。

如圖4所示，在基于P2P技術(shù)的分布式媒體文件傳輸中，所有節(jié)點(diǎn)是對(duì)等的關(guān)系，利用每個(gè)視頻播放終端節(jié)點(diǎn)的傳輸資源來(lái)分擔(dān)文件服務(wù)器的工作，文件服務(wù)器只要把文件隨機(jī)下發(fā)給一個(gè)或幾個(gè)視頻播放終端即可，不需要向每個(gè)視頻播放終端都傳輸媒體文件就能夠完成所有視頻播放終端的傳輸，所以使得PIS的文件傳輸性能得到很大的改善。

圖4 P2P傳輸模型

與傳統(tǒng)的FTP管理媒體相比較，P2P具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）P2P采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的模式，F(xiàn)TP采用傳統(tǒng)的C/S模式，即服務(wù)器與客戶端的結(jié)構(gòu)，因此P2P網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)各主機(jī)之間共享與交互更加容易。

（2）雖然媒體資源都是來(lái)源于服務(wù)器，但是P2P模式的資源管理對(duì)服務(wù)器的依賴(lài)性沒(méi)有FTP高。

（3）P2P網(wǎng)絡(luò)中的任兩點(diǎn)都可建立聯(lián)系，網(wǎng)絡(luò)利用效率與FTP相比較提高很多，并且能夠充分利用邊緣性網(wǎng)絡(luò)資源。

（4）P2P模式的服務(wù)能力會(huì)隨著網(wǎng)絡(luò)資源節(jié)點(diǎn)的增加而提高，這極大的改善了多節(jié)點(diǎn)FTP模式下對(duì)媒體資源管理能力的制約。

4 媒體管理方案對(duì)比

針對(duì)車(chē)載視頻播放系統(tǒng)媒體管理，WebDAV與P2P兩種媒體管理解決方案相對(duì)于傳統(tǒng)的FTP文件傳輸協(xié)議有很多改善。但是這兩種解決方案之間所關(guān)注的方向是不同的，如下是WebDAV與P2P兩種解決方案針對(duì)不同方面性能的對(duì)比。

（1）文件傳輸速度。WebDAV和P2P兩種模式在傳輸速度上與FTP進(jìn)行比較都有大幅度的提升。其中WebDAV是通過(guò)控制服務(wù)器端線程數(shù)控制文件傳輸速度的，而P2P是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)量和傳輸帶寬上限決定傳輸速度，因此如果網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)較多時(shí)（節(jié)點(diǎn)大于WebDAV服務(wù)器端線程數(shù)），P2P的傳輸速度將會(huì)比WebDAV高。

（2）網(wǎng)絡(luò)利用率。由于WebDAV采用FTTPS進(jìn)行傳輸，注重于數(shù)據(jù)的安全性；而P2P采用TCP和UDP結(jié)合的手段，文件大小分包大小等關(guān)鍵數(shù)據(jù)采用TCP，然后用UDP發(fā)送數(shù)據(jù)包，因此P2P模式對(duì)網(wǎng)絡(luò)利用率較高，如果節(jié)點(diǎn)夠多的話將會(huì)達(dá)到帶寬的上限。

（3）文件安全性。WebDAV在數(shù)據(jù)傳輸與文件改寫(xiě)保護(hù)方面使用眾多的安全保護(hù)處理；而P2P專(zhuān)注與文件傳輸效率，而對(duì)安全方面處理較少，因此WebDAV模式文件安全性更高。

（4）可控性。在文件傳輸過(guò)程中，WebDAV的傳輸線程數(shù)是可以從服務(wù)端進(jìn)行設(shè)置；P2P雖然傳輸速度可以進(jìn)行限制，但是其傳輸線程數(shù)主要是由網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備數(shù)量決定的，因此可控性與WebDAV相比較就會(huì)稍差一些。

在當(dāng)前城市軌道交通建設(shè)中主要使用WLAN車(chē)地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)承載車(chē)載視頻播放系統(tǒng)，受周?chē)ㄔO(shè)環(huán)境及WLAN架構(gòu)方式影響，在列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失或錯(cuò)亂的現(xiàn)象，因此城軌建設(shè)中更加注重?cái)?shù)據(jù)安全性。并且車(chē)地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)帶寬也非常有限，需要承載車(chē)載視頻播放系統(tǒng)和車(chē)載視頻監(jiān)控等系統(tǒng)，如果文件傳輸過(guò)分搶占帶寬將會(huì)影響其他系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，WebDAV模式的媒體管理方案更加適合當(dāng)前城軌建設(shè)的車(chē)載視頻播放系統(tǒng)。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，如何更加有效地管理系統(tǒng)媒體，為乘客提供更好的乘車(chē)感受是系統(tǒng)發(fā)展的重要課題。本文提供了兩種媒體管理解決方案，并對(duì)比兩者的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了基于WebDAV通信協(xié)議的實(shí)用管理方案，該方案更加適合當(dāng)前的城軌建設(shè)。

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責(zé)任編輯 陳 蓉

Media management scheme of vehicle-mounted Video Broadcast System for Urban Transit

SUN Tongqing, LI Ming, XIA Dechun, WANG Xiaochen, LI Xiaohai
( Institute of Computing Technologies, China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China )

The paper analyzed the current problem which existed in media management of vehicle-mounted Video Broadcast System, put forward two kinds of solutions, compared with two kinds of schemes, proposed practical management scheme based on WebDAV communication protocol.

vehicle-mounted video; media management; WebDAV; P2P

U231.7∶TP39

A

1005-8451（2015）05-0049-04

2014-11-28

孫同慶，助理研究員；李 明，工程師。