基于数字媒体技术的乘客信息系统软件框架设计

汪晓臣，于 鑫，阚庭明，孙同庆

(中国铁道科学研究院 电子计算技术研究所，北京 100081)

目前广泛采用的PIS技术方案，其共同优点是结构简单清晰，容易部署，但也存在以下不足：

（1）软硬件成本高。PIS线路中心需要一套复杂的视频采编软件和一组专业的视频压缩解码设备对乘客信息终端播放的各类信息进行统一的采编，系统建设的软、硬件成本较高。

（2）节目单信息原子性丢失。预先将节目采编制作成单一的视频，节目单中的信息（图片、文本、滚动字幕、视频等）失去了信息的原子性，导致信息实体性的丢失，不便于信息的检索和更新。

（3）不便于节目信息分层控制以及PIS组网运营。节目单采编后直接在终端进行播放，缺乏对PIS信息从“路网－线路中心－车站”进行逐层控制。同时，采用该技术标准的PIS设备接口（有VGA输出、SDI输出、HDMI输出）不统一、传输制式不统一（有光纤、铜轴两种传输模式），不便于城市轨道交通运营管理由单线管理向路网集中管理的转变。

数字媒体技术[2]是以通过计算机技术和网络通信技术手段，综合处理文字、声音、图形和图像等媒体信息，实现数字媒体的表示、记录、处理、存储、显示和管理等各个环节，使抽象的信息变成可感知、可管理和可交互的一种软、硬件技术。数字媒体技术通过对各种多媒体信息的属性进行抽象，提取出多媒体在时间、空间上的逻辑关系，对这些关系进行分析和管理，通过数字化方式，实现信息的叠加与合成，简化了媒体的编辑和发布过程。以数字媒体、网络技术和通信技术相融合的数字媒体技术，将媒体设计、编辑审核和发布在Web上进行管理，突破传统PIS采用硬编、解码设备的限制，能对各播放终端播放计划、播放列表进行个性化控制，并能提供文字、视频、紧急预案等多格式媒体信息的综合发布与控制。基于此，本文提出采用数字媒体技术搭建乘客信息系统，并就关键环节进行论述。

1 系统组成

PIS包括中心子系统、车站子系统和车载子系统。中心子系统主要设备包括外部信息采集接口服务器、流媒体服务器、中心服务器，负责外部信息采集、播放版式的编辑与发布、消息发送、设备工作状态监视和网络管理。车站子系统主要设备包括车站服务器、LCD/LED播放控制器和终端LCD/LED显示屏，负责车站媒体信息接收和播放、车站内设备管理、消息发送。车载子系统包括车载无线网络、车载播放控制器以及车载显示终端，负责信息接收及播放。播放控制器和显示终端之间通过光纤传输高清视频信号，显示终端通过HDMI接口显示输出。

肛瘘属于临床上一种较为多见的肛肠科病症，系指肛门邻近的肉芽肿性管道，由内口、瘘管、外口构成［9］。按照全国肠肛协会会议制定的肛瘘分类标准，可将肛瘘分成单纯性肛瘘、复杂性肛瘘、马蹄形肛瘘三种［10］。其中，复杂性肛瘘的结构较复杂，瘘口数与管道分支均较多，涉及区域较广，位置较深，临床诊断与治疗均存在一定的难度［11］。诊断过程中应重点确定肛瘘的内口位置、瘘道数、走形情况及其与邻近肌肉的关系等，若肛瘘的内口位置与瘘道数无法判断，则治疗时可能出现内口处理的遗漏，进而导致疾病复发［12］。

2 需求分析

PIS的软件需求主要包括：

（1）多媒体信息播放支持：支持对720 P到1 080 P高清视频信息播放，支持对主流多媒体文件（包括：文本、滚动字幕、图片、视频、视频流、时钟）信息的合成、叠加和播放。

（2）媒体信息编辑、发布以及播放过程监视：通过统一平台，对播放计划、播放频道、播放列表、播放器、媒体信息进行设置，实现媒体从编辑、发布到播放过程监视的全过程管理。

（3）PIS设备管理：实现对PIS 系统内相关设备工作状态监视、设备控制。

（4）消息发送：实现地铁运营管理中的紧急消息、滚动消息的发送和撤销。

（5）数据接口：实现对线路中终端设备时钟同步、支持对地铁运营信息的准确显示，并能向其他接口系统上报PIS设备工作状态数据。

3 总体框架设计

3.1 总体框架

系统总体框架如图1。通过应用数字媒体处理技术，在中心服务器端对媒体属性、节目布局、媒体播放计划等媒体之间的关系进行设置，将设置好的文件下发到播放终端，最后，在播放终端进行数字视频合成后输出。

图1 乘客信息系统结构图

（1）媒体设计：通过图形化可视界面实现PIS中多媒体样式和播放效果的设计，设计好的媒体文件，通过FTP方式发布到媒体库中，供媒体编辑与发布系统使用。

（2）媒体编辑与发布：对媒体文件进行分组，形成播放列表，作为可播放的最小单元。对多个播放列表的长宽、位置坐标信息进行布局和组合，形成不同的播放频道。对播放列表的播放时间进行编排，形成播放计划。再将播放频道和播放器进行关联，控制每个播放器播放的画面。最终在站台、站厅、出入口等位置向乘客呈现不同的播放画面。

（3）媒体播放：通过信息接收终端，实现媒体信息播放、播放器参数采集与上报以及与中心系统进行时钟同步。媒体编辑与发布系统设置好媒体以及媒体的布局信息后，将文件通过 FTP机制分发到播放终端，播放终端通过数字合成技术合成后按照设定的画面格式输出。

（4）综合信息管理：为用户提供一套运营管理平台，通过统一的操作平台，实现对PIS系统参数配置、设备监控、消息发送，并记录相关活动的日志。

（5）外部接口：接收第三方系统的数据，按照规定的协议格式对数据进行解析，解析后在播放器播放列表相应位置正确显示。

（6）数据存储：设置PIS主数据库和备数据库。主要用于存储整个PIS中的所有数据文件。

3.2 媒体编辑与发布方式

在轨道交通领域中，向乘客提供信息服务的方式是由反映同一类主题的不同种类的多媒体资源按照一定的方式进行组合而成的多媒体节目。图2为多媒体编辑与发布模型。

图2 媒体编辑与发布模型

本模型中，在线路中心对多媒体资源进行编辑，将编辑完成的媒体及逻辑控制信息文件下发到终端播放器。终端播放器接收到节目文件后合成节目输出。本文中，将同一类主题的多媒体资源定义为播放列表；多个播放列表按照位置信息、长宽信息进行组合形成的播放节目布局定义为播放频道；将节目接收以及节目信息输出的主机定义为播放器；每个播放器在播放时关联1个频道，在实际中，根据乘客信息的不同画面种类分别定义站台、站厅和出入口等播放频道。

媒体信息编辑与发布流程包括：

（1）设置播放列表：从媒体库中选择n个媒体文件，编辑每个媒体文件的播放时长、播放顺序，形成播放列表，播放列表为可独立播放的最小单元，由反映同类主题的多媒体资源编辑而成。1≤n≤N，N为媒体库中媒体文件的总个数。

（2）设置播放频道：选择播放频道的比例和屏幕大小，选择频道包含多少个播放列表，设置每个播放列表在播放器的位置信息（X,Y,H,W），以及各播放列表中动态变量生效的控制逻辑，在播放信息时，通过控制逻辑改变，实现播放内容的切换；其中，位置信息（X,Y,H,W）中各坐标的含义是：X表示播放列表相对于原点的横坐标，Y表示播放列表相对于原点的纵坐标，H表示播放列表的高度，W表示播放列表的宽度，屏幕左上角顶点定义为原点。

（3）设置播放计划：设置各播放版式的播放日程表，包括播放频道内各播放列表的播放日程表。

（4）设置播放器：设置播放器信息，将播放器与某个播放频道进行关联，该播放器将按照该播放版式的配置信息进行播放。

3.3 多媒体描述文件结构

PIS媒体编辑与发布系统编辑完多媒体和相应的逻辑控制信息，由终端播放器接收多媒体资源并按照相应的逻辑控制信息的要求合成最终节目进行播放。为描述媒体信息和相应的逻辑关系，本文中采用由XML语言定义并与其完全兼容的标记语言SMIL进行表述。SMIL是同步多媒体集成语言（Synchronized Multimedia Integration Language）的缩写，它是由W3C（World Wide Web Consortium）组织规定的多媒体操纵语言，通过它可以将不同的多媒体素材集成在一起，并能在时间与空间上对它们的播放进行同步控制。图3为PIS多媒体描述文件结构设计模型。

频道由1～N个播放列表描述文件组成。频道描述文件以ChannelList.xml命名。

播放列表对需要播放的媒体信息进行分组，同主题的媒体信息或媒体信息的序列形成一个播放列表。例如：针对外部接口数据ATS信息的播放列表定义为ATS.xml，定义本地视频文件的播放列表由Video1.xml和Video2.xml组成，定义紧急信息的播放列表文件定义为Emergency-Mess-age.xml。

媒体信息中定义媒体中的大小、背景、颜色、播放效果以及需要动态显示信息的相关变量和静态常量。

定义好的频道为乘客可以查看到的最终节目效果，PIS中，针对站台、站厅和出入口等播放器分别设置不同的频道。播放器可以对应1个频道，也可以对应2个频道（需播放器硬件支持双显卡输出）。

图3 PIS多媒体信息文件结构设计

3.4 数字媒体合成

多媒体描述文件发布到终端播放器后，由播放器按照多媒体描述文件的逻辑结构进行组合后输出。数字视频合成基于计算机图形学的原理和方法是将多种采样数字化到计算机的源素材，并将它们混合为单一的复合对象的处理过程[3]。也就是将两个以上的数字视频对象经过处理合并为单个的数字视频对象的过程。本文中，视频对象包括图像、动画、文本等，视频对象为数字视频合成的最小单元，在逻辑上是独立的，通过对原始对象的时间坐标（何时播放）、空间坐标（位置信息）进行调整，最终呈现给乘客不同的显示画面。图4为数字媒体合成模型，它实际是媒体编辑过程的逆过程，将媒体文件按照其描述文件的逻辑结构进行组合输出。

图4 数字媒体合成模型

4 结束语

本文采用数字媒体技术对PIS软件框架进行设计，介绍PIS媒体编辑与发布模型、多媒体描述文件结构、数字视频合成过程。采用该技术设计的PIS支持节目多播放端的发布。由于其多媒体描述文件由XML文件定义，采用开放的标准体系，支持不同厂商PIS软件解析播放，支持轨道交通PIS由单线路运营向网络化联网运营，符合未来一段时间内PIS技术发展趋势。

[1]吴闯龙. 城市轨道交通乘客信息系统的发展[J]. 铁路通信信号工程技术，2007，4（5）：46-48.

[2]刘 智. 浅谈数字媒体技术[J].科技信息，2010（28）：251.

[3]赵 蔚，郭树旭. 视频合成函数的表示方法[J].吉林大学自然科学学报，2000（1）：71-74.