孫同慶，李 明，夏德春，汪曉臣，李小海

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

軌道交通信息系統(tǒng)

城軌車載視頻播放系統(tǒng)媒體管理方案研究

孫同慶，李 明，夏德春，汪曉臣，李小海

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

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

車載視頻；媒體管理；WebDAV；P2P

城軌車載視頻播放系統(tǒng)作為乘客信息系統(tǒng)（以下簡稱：PIS）的一個重要組成部分，其重要功能是為乘客在乘車過程中提供各種資訊信息（如時政信息、體育信息、列車運營信息等），是直接關(guān)系到乘客在乘車過程中舒適度的重要生產(chǎn)系統(tǒng)。車載視頻播放系統(tǒng)需要接受列車在高速移動條件下各種復(fù)雜環(huán)境（如地下站、高架橋及隧道等）的考驗，所以車載視頻播放系統(tǒng)的媒體管理面臨著很多亟需解決的問題。

1 車載視頻播放系統(tǒng)架構(gòu)

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

車載視頻播放系統(tǒng)播放的多媒體素材全部來自地面PIS播控中心，通過車地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)獲得，如圖1所示。由于車地?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（AP）之間切換不平順等，車載視頻播放系統(tǒng)媒體管理比地面媒體管理更為復(fù)雜。經(jīng)常會出現(xiàn)文件傳輸數(shù)據(jù)丟失或錯亂，直播視頻流中斷或數(shù)據(jù)包斷斷續(xù)續(xù)的情況，直接影響乘客乘車感受。

圖1 車地?zé)o線傳輸示意圖

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

圖2 車載視頻播放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖3 車載視頻播放流程

2 存在問題

2.1 文件傳輸?shù)耐暾?/p>

由于列車運行環(huán)境，經(jīng)常會出現(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。車載視頻播放系統(tǒng)播放文件會出現(xiàn)畫面抖動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)階段各城市地鐵運營單位為更好的為乘客提供高品質(zhì)服務(wù)，車載視頻播放系統(tǒng)播放與地面乘客信息系統(tǒng)相同的直播視頻流媒體。但是由于車載視頻播放系統(tǒng)的運行環(huán)境與地面系統(tǒng)存在很大差別，在流媒體播放過程中經(jīng)常會出現(xiàn)中斷的現(xiàn)象，直接影響播放效果。

2.3 不同列車之間的一致性

由于列車上的多媒體信息都是由多媒體素材中心統(tǒng)一下發(fā)的，列車運行狀態(tài)及區(qū)域不同，傳統(tǒng)的車載視頻播放系統(tǒng)在車輛入庫時，由車輛段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)的車載視頻播放系統(tǒng)通過FTP管理多媒體資源，隨著軌道交通管理流程的不斷完善，以及計算機技術(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越來越不能滿足車載視頻播放系統(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在以下幾個方面對FTP具有明顯優(yōu)勢。

（1）WebDAV不需要申請任何操作系統(tǒng)賬號，它使用一套自定義的身份驗證機制。

（2）WebDAV傳輸數(shù)據(jù)采用HTTPS進行傳輸，加密解密操作自動在底層完成。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TCP連接，而FTP每傳送一個文件需要打開一個新的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)?個主要問題如下：

（1）文件改寫保護。使用WebDAV傳輸文件，可以通過特定方式鎖定該資源，以便防止其他客戶端對該文件進行改寫或進行訪問。

（2）資源集合管理。WebDAV通過一種有效的方法進行組織數(shù)據(jù)。WebDAV將所管理的資源作為一個集合，并通過資源管理可以創(chuàng)建、移動、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XML可以描述任何類型的數(shù)據(jù)。

3.2 P2P管理方案

P2P（對等網(wǎng)絡(luò)）是通過直接交換來共享計算機資源和服務(wù)。其網(wǎng)絡(luò)中的每一臺主機既能充當網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的請求者，又對其它計算機的請求做出響應(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（不只是播放終端，還包括媒體素材服務(wù)器）都是對等關(guān)系，其中任何一個節(jié)點不止要從網(wǎng)絡(luò)中獲取資源，還要向其他節(jié)點提供已有資源。

正是由于該結(jié)構(gòu)具有這種特點，所以比較適合像車載視頻播放系統(tǒng)一對多的網(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)點是對等的關(guān)系，利用每個視頻播放終端節(jié)點的傳輸資源來分擔文件服務(wù)器的工作，文件服務(wù)器只要把文件隨機下發(fā)給一個或幾個視頻播放終端即可，不需要向每個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：

（1）P2P采用點對點的模式，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)各主機之間共享與交互更加容易。

（2）雖然媒體資源都是來源于服務(wù)器，但是P2P模式的資源管理對服務(wù)器的依賴性沒有FTP高。

（3）P2P網(wǎng)絡(luò)中的任兩點都可建立聯(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)能力會隨著網(wǎng)絡(luò)資源節(jié)點的增加而提高，這極大的改善了多節(jié)點FTP模式下對媒體資源管理能力的制約。

4 媒體管理方案對比

針對車載視頻播放系統(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兩種解決方案針對不同方面性能的對比。

（1）文件傳輸速度。WebDAV和P2P兩種模式在傳輸速度上與FTP進行比較都有大幅度的提升。其中WebDAV是通過控制服務(wù)器端線程數(shù)控制文件傳輸速度的，而P2P是通過網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點數(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)點較多時（節(jié)點大于WebDAV服務(wù)器端線程數(shù)），P2P的傳輸速度將會比WebDAV高。

（2）網(wǎng)絡(luò)利用率。由于WebDAV采用FTTPS進行傳輸，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模式對網(wǎng)絡(luò)利用率較高，如果節(jié)點夠多的話將會達到帶寬的上限。

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

（4）可控性。在文件傳輸過程中，WebDAV的傳輸線程數(shù)是可以從服務(wù)端進行設(shè)置；P2P雖然傳輸速度可以進行限制，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相比較就會稍差一些。

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

5 結(jié)束語

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，并對比兩者的優(yōu)缺點，提出了基于WebDAV通信協(xié)議的實用管理方案，該方案更加適合當前的城軌建設(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。