車載信息娛樂系統(tǒng)與報站系統(tǒng)作為地鐵列車必不可少的配置顯得尤為重要，可以使乘客準(zhǔn)確地確定到站站點、緩解乏味的旅途，也可以輕松地獲得各站點的換乘路線、乘車指南等有意義的信息。

早期車載多媒體播放器多是傳統(tǒng)的磁帶收音機(jī)、CD播放器、DVD播放器等，磁帶機(jī)的缺點是音質(zhì)不好且由于傳動機(jī)械的故障會出現(xiàn)卡帶的現(xiàn)象，現(xiàn)基本已淘汰。車載CD播放器最近幾年才應(yīng)用于車載系統(tǒng)，在音質(zhì)方面有了很大的提高，但只能讀取CD光盤不能下載網(wǎng)絡(luò)媒體，具有歌曲更換不便的缺點，同時缺少可視效果[1]。DVD是采用MPEG2標(biāo)準(zhǔn)壓縮的全數(shù)字影音光盤，它的特點是音質(zhì)高、畫質(zhì)高、容量大，但成本相對較高，同時也具有CD播放器媒體文件更換不便的缺點[2]?，F(xiàn)階段的車載媒體播放系統(tǒng)多采用嵌入式技術(shù)，如以三星S3C2440A處理器為核心的車載信息服務(wù)系統(tǒng)，可實現(xiàn)信息提示、導(dǎo)航定位、多媒體播放等功能[3]。其中媒體播放多基于嵌入式流媒體技術(shù)，如通過GStreamer和RTP/RTCP流媒體協(xié)議設(shè)計流媒體播放器[4]。但此方式對于列車這種單一源多接收端拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其帶寬占用高，易造成堵塞。

現(xiàn)有公交報站系統(tǒng)僅是音頻廣播報站，地鐵的報站提示是通過三色LED的顏色變化與音頻廣播來實現(xiàn)的，報站形式單一，且缺少換乘路線、乘車指南等信息的提示，同時與媒體播放系統(tǒng)相分離。例如通過在站臺與列車上分別放置RF無線節(jié)點來實現(xiàn)自動報站。其系統(tǒng)使用射頻與接收芯片CC1100、語音播放芯片VS1003和單片機(jī)控制，通過對每一個車站進(jìn)行ID編碼，利用身份識別技術(shù)實現(xiàn)自動報站功能[5]。此外，也有基于ZigBee技術(shù)的定位解決方案，通過放置無線節(jié)點組成ZigBee網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)射頻接收信號強(qiáng)度指示計算出所需定位的位置[6]，此方法對于實現(xiàn)報站功能成本過高。由于地鐵運(yùn)行于地下，乘客沒有可參考的建筑物標(biāo)識來判斷即將到達(dá)的站點，因此其報站系統(tǒng)十分重要。而實現(xiàn)地鐵的自動報站并非易事，它不能像地面公交系統(tǒng)那樣通過GPS定位系統(tǒng)[7]來實現(xiàn)車輛的定位與報站。

針對以上問題，本文開發(fā)了一種基于PXA270硬件平臺與WinCE嵌入式操作系統(tǒng)的車載媒體報站系統(tǒng)。此系統(tǒng)集媒體播放、站點信息播報與換乘信息提示于一體，媒體文件更換方便快捷。系統(tǒng)采用分布式布局，各車載播放終端通過軟件升級后，完全可以作為車載廣播中心使用，因此進(jìn)一步增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。系統(tǒng)采用嵌入式技術(shù)，專用性強(qiáng)、特色功能易實現(xiàn)，如可根據(jù)站點的具體布局提示乘客換乘路線等。同時采用WinCE嵌入式操作系統(tǒng)，具有實時性好的特點。

1 系統(tǒng)硬件平臺設(shè)計

系統(tǒng)采用Xscale PXA270芯片為核心處理器，主頻為520 MHz，SDRAM為64 MB，F(xiàn)lash為32 MB[8-9]。由于報站同步性的需要，通過IP組播的方式將站點信息與媒體文件傳輸至各節(jié)車廂，這樣既方便了多媒體文件的更新，同時也減少了系統(tǒng)的成本。系統(tǒng)主體框圖如圖1所示，采用分布式布局，即在列車的車頭放置車載廣播中心，實現(xiàn)站點的接收、媒體文件的存儲、通過IP組播將到站離站信息與媒體文件傳輸至各節(jié)車廂。在各節(jié)車廂放置車載播放終端，負(fù)責(zé)接收站點信息與媒體文件，并完成多媒體播放與站點信息的廣播報站功能。同時各節(jié)車廂的車載播放終端也可以作為車載廣播中心進(jìn)行工作，這樣系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。

1.1 車載廣播中心

車載廣播中心放置在車頭，負(fù)責(zé)站點信息與媒體文件的廣播，其框圖如圖2所示。U盤負(fù)責(zé)存儲媒體文件，觸摸屏用于播放列表的制作與更換，按鍵則用于離站的信號觸發(fā)，網(wǎng)絡(luò)控制器則負(fù)責(zé)將站點信息與媒體文件傳輸至各車載播放終端。

1.2 車載播放終端

車載播放終端負(fù)責(zé)媒體文件與報站信息的接收和播放，其框圖如圖3所示。網(wǎng)絡(luò)控制器用于接收報站信息與媒體文件，U盤用于存儲各站點的報站音頻與信息提示文件，LCD則用于視頻與站點信息的顯示，喇叭用于音頻的播放。

1.3 站臺節(jié)點與車載節(jié)點

站臺節(jié)點采用STC89C52單片機(jī)為微處理器，通過其P0口連接8位撥碼開關(guān)，實現(xiàn)對各站點的編碼標(biāo)識。NRF905模塊與STC89C52單片機(jī)之間通過SPI串行外設(shè)接口通信，STC89C52 P1.4~P1.7引腳分別與NRF905模塊的MISO、MOSI、SCK和CSN引腳相連，通過C程序模擬SPI時序完成數(shù)據(jù)的傳輸。站點的標(biāo)識通過NRF905模塊發(fā)送。站臺節(jié)點原理圖如圖4所示。

車載節(jié)點上的NRF905模塊負(fù)責(zé)接收站點標(biāo)識，并通過串口將站點標(biāo)識數(shù)據(jù)傳輸至車載廣播中心。NRF905模塊的連接方式同站臺節(jié)點。車載節(jié)點原理圖如圖5所示。

2 系統(tǒng)軟件構(gòu)建

2.1 操作系統(tǒng)的選擇與定制

WinCE是微軟公司嵌入式、移動計算平臺的基礎(chǔ)，它是一個開放的、可升級的嵌入式操作系統(tǒng)[10]。WinCE是從整體上為有限資源平臺設(shè)計的多線程、完整優(yōu)先權(quán)、多任務(wù)的操作系統(tǒng)，模塊化的設(shè)計使WinCE系統(tǒng)可大可小，具有很好的穩(wěn)定性與移植性;支持多種外圍硬件與設(shè)備，圖形界面出色，其強(qiáng)大的圖形界面開發(fā)能力是其他嵌入式操作系統(tǒng)所不具備的，因此很適合作為車載平臺的操作系統(tǒng)。

利用WinCE進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的首要工作是操作系統(tǒng)的定制，即根據(jù)實際需要進(jìn)行裁剪、添加所需的組件與驅(qū)動，以及配置文件的修改。系統(tǒng)定制[11]的主要步驟如下：

(1)創(chuàng)建新工程

通過微軟提供的Platform Builder5.0新建工程，在選擇BSP包時，選擇開發(fā)板提供的XSBASE270：ARMV4I。由于此系統(tǒng)的主要功能是多媒體的解碼播放，因此設(shè)計模板選擇為Digital Media Receiver。之后根據(jù)實際需要選擇相應(yīng)的組件完成工程的創(chuàng)建。

(2)配置平臺

此過程主要是添加相關(guān)組件，是整個定制車載多媒體系統(tǒng)過程中的重點。其中主要有Usb Activesync(File Sync)、USB Mass Storage、中文字體(Chinese[Simplifiled])、Fat File System、鍵盤驅(qū)動(用于按鍵觸發(fā))、網(wǎng)卡驅(qū)動(用于網(wǎng)絡(luò)傳輸)、觸摸屏驅(qū)動(用于多功能操作)、DirectShow組件以及mp3、MPEG-1的解碼Filter(用于媒體播放)等。通過Platform Builder 5.0編譯生成的NK.bin文件下載至開發(fā)平臺。

(3)導(dǎo)出SDK

導(dǎo)出的車載多媒體系統(tǒng)SDK用于在PC宿主機(jī)上通過Visual Studio 2005開發(fā)車載廣播中心端MyNetSend以及車載播放終端MyNetPlayer應(yīng)用程序。首先Configure SDK對SDK進(jìn)行相應(yīng)的配置，之后Build SDK等待完成后將生成的SDK安裝于PC宿主機(jī)。

2.2 軟件工作流程

車載廣播中心完成媒體文件的IP組播發(fā)送、播放列表制作、站點信息接收和按鍵觸發(fā)報站功能。具體流程如圖6所示。

MyNetSend發(fā)送端程序啟動后首先進(jìn)行頁面的初始化、播放列表的加載，之后啟動發(fā)送線程，將列表中的文件依次組播發(fā)送。當(dāng)接收到到站信號后將發(fā)送線程掛起，之后調(diào)用進(jìn)站信息發(fā)送函數(shù)，等待報站音頻播放結(jié)束后恢復(fù)發(fā)送線程。當(dāng)有按鍵按下時產(chǎn)生WM_KEYDOWN消息，再將發(fā)送線程掛起，之后調(diào)用離站信息發(fā)送函數(shù)，等待報站音頻播放結(jié)束后恢復(fù)發(fā)送線程。如此往復(fù)循環(huán)。

車載播放終端負(fù)責(zé)媒體文件的接收與播放、語音報站以及到站與換乘信息提示。具體流程如圖7所示。MyNetPlayer接收端程序啟動后創(chuàng)建DirectShow的濾波器鏈表FilterGraph，啟動接收線程，解析接收到的組播報的報頭，如果是DATA_MEDIA則將數(shù)據(jù)報通過DirectShow技術(shù)解碼播放;如果是ARRIVE**則向窗口類發(fā)送WM_ARRIVE**消息，窗口類接收到對應(yīng)的到站消息后則調(diào)用對應(yīng)的到站處理函數(shù)，即播放到站提示音頻與顯示到站與換乘提示信息;如果是LEAVE**則向窗口類發(fā)送WM_LEAVE**消息，窗口類接收到對應(yīng)的出站消息后則調(diào)用相應(yīng)的出站處理函數(shù)，即播放出站提示音頻與下一站的換乘提示信息。

2.3 功能實現(xiàn)

2.3.1 媒體文件的IP組播與接收

IP組播是通過使用特定的IP組播地址，將IP數(shù)據(jù)報傳輸?shù)揭粋€組播群組，所有加入該組的網(wǎng)絡(luò)接收者均可以收到這份數(shù)據(jù)，這樣極大地減小了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。媒體文件的組播是通過CMulticastAdmin類來實現(xiàn)的，具體過程如下：

(1)發(fā)送端

①創(chuàng)建組播組

mMulticaster->CreateMulticaster();

②獲取媒體路徑名

SourceFile=mProgramListCtrl.GetItemText(NowListNum，1);

③打開媒體文件

m_objFile.Open(m_strSourceFile，CFile：：modeRead|CFile：：typeBinary)

④讀取媒體文件數(shù)據(jù)

nRead=m_objFile.Read(pBuf+sizeof(MSG_HEADER)，MPEG1_PACK);

⑤設(shè)置數(shù)據(jù)報報頭

pMsg->nMsgType=DATA_MEDIA;

⑥組播

Multicast(pBuf，nMsgSize);

(2)接收端

①開啟接收線程

m_pReceiver->StartReceiving();

②接收數(shù)據(jù)

nret=Receive(buff，nMsgSize);

③解析報頭

PMSG_HEADER pMsg=(PMSG_HEADER)buff;

nMsgType=pMsg->nMsgType;

2.3.2 DirectShow解碼播放

DirectShow是微軟公司在ActiveMovie和Video for Windows的基礎(chǔ)上推出的新一代基于COM的流媒體處理的開發(fā)包[12]。DirectShow使用Filter Graph的模型來管理整個數(shù)據(jù)流的處理過程，各個Filter在Filter Graph中按一定的順序連接成一條“流水線”協(xié)同工作。按照功能劃分，F(xiàn)ilter大致分為三類：Source Filters、Transform Filters和Rendering Filters。首先通過Source Filters負(fù)責(zé)取得網(wǎng)絡(luò)組播數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)往下傳輸，之后經(jīng)Transform Filters進(jìn)行數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換、傳輸，最后Rendering Filters將數(shù)據(jù)傳送給顯示與音頻設(shè)備進(jìn)行多媒體的演示。接收端MyNetPlayer進(jìn)行解碼播放的過程如下：

(1)創(chuàng)建濾波器鏈表管理器m_pGB

HRESULT hr=CoCreateInstance(CLSID_FilterGraph，

NULL，

CLSCTX_INPROC，

IID_IGraphBuilder，

(void**)&m_pGB);

(2)查詢媒體控制接口

hr=m_pGB->QueryInterface(IID_IMediaControl，(void**)&m_pMC);

(3)添加自己制作的接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的SourceFilter

hr=m_pGB->AddFilter(m_pSourceReader， NULL);

(4)構(gòu)建濾波器鏈表，渲染媒體文件

HRESULT hr=m_pGB->Render(m_pSourceReader->GetPin(0));

(5)進(jìn)行播放

hr=m_pMC->Run();

2.3.3 自動報站

自動報站是通過向窗口類發(fā)送自定義的到站與離站消息來實現(xiàn)的。當(dāng)窗口類接收到到站或離站消息后再調(diào)用相應(yīng)的消息處理函數(shù)，從而實現(xiàn)自動報站。下面是WM_MESSAGE_ARRIVE1站點1的到站消息處理函數(shù)，其他消息處理函數(shù)與其類似。

LONG CMyNetPlayerDlg：：OnMessageARRIVE1(WPARAM wParam， LPARAM lParam)

{

m_pGraph->m_pVW->put_Visible(OAFALSE);

//將視頻畫面屏蔽

InitMyGraph();

//初始化用于播放mp3音頻文件的GraphFilter

bmp.LoadBitmap(IDB_BITMAP1);//加載到站位圖

drawbitmap();//顯示位圖

m_StaText.SetWindowText(L"十三號街站到了");

//顯示到站信息

HRESULT hr;

long evCode;

hr=pGraph->RenderFile(L"/硬盤/stationin/1.mp3"，NULL);//構(gòu)建濾波器鏈表，渲染報站音頻文件

hr=pControl->Run();//播放

pEvent->WaitForCompletion(INFINITE，&evCode);

//等待音頻播放完畢

pControl->Release();//釋放資源

pEvent->Release();

pGraph->Release();

CoUninitialize();

bmp.DeleteObject();

m_pGraph->m_pVW->put_Visible(OATRUE);

//顯示原視頻畫面

return 0;

}

3 系統(tǒng)測試實驗

在實驗室內(nèi)模擬列車運(yùn)行流程進(jìn)行測試，通過三個開發(fā)平臺完成實驗，其中之一運(yùn)行MyNetSend程序作為車載廣播中心，其余兩個運(yùn)行MyNetPlayer程序，模擬為車載播放終端。

3.1 車載廣播中心的媒體文件發(fā)送

車載廣播中心通過車載節(jié)點接收站臺信息實現(xiàn)到站與離站信息的提示。發(fā)送終端軟件界面如圖8所示，可通過添加與刪除按鈕進(jìn)行媒體文件的添加刪除，從而完成媒體文件列表的制作，車載廣播中心軟件則根據(jù)該文件列表順序循環(huán)廣播。其主要特點是根據(jù)站臺節(jié)點發(fā)送的站臺信息報站，報站準(zhǔn)確無誤，且當(dāng)有多次按鍵觸發(fā)時不亂報。

3.2 車載播放終端的媒體播放與自動報站

車載播放終端完成了將接收的媒體文件解碼播放，到站與離站信息的播報。圖9為模擬列車運(yùn)行中(無偶次按鍵觸發(fā)、無站臺節(jié)點信息)播放媒體文件時的顯示界面，此時終端界面底部循環(huán)顯示日期、時間、下一站信息和換乘信息，上部播放接收到的媒體文件，界面簡潔人性化。

本文提出了基于PXA270微處理器與WinCE嵌入式操作系統(tǒng)的地鐵媒體報站系統(tǒng)實現(xiàn)方案，系統(tǒng)能夠充分完成媒體文件的傳輸播放與到站、離站信息的準(zhǔn)確提示。車載廣播中心可通過更改播放列表完成媒體文件的更新，既方便快捷又經(jīng)濟(jì)。車載播放終端界面簡潔人性化。同時通過軟件升級可支持更多種媒體文件的播放。