單俊強

（中國神華能源股份有限公司 神朔鐵路分公司，陜西榆林 719316）

6A視頻與LKJ運行數(shù)據(jù)聯(lián)動分析軟件可以很好地結(jié)合機車視頻數(shù)據(jù)及其對應運行信息，使得相關(guān)工作人員可以在后期對機車視頻數(shù)據(jù)，運行情況，故障數(shù)據(jù)，機車運行特殊位置時刻進行準確有效地查詢和分析機車運行狀況。目前機車上6A視頻通道總共有16個，將16路通道視頻與機車運行數(shù)據(jù)同步，能夠有效實現(xiàn)機車視頻與數(shù)據(jù)的聯(lián)動性，并提供項點分析及報表展示等功能，為處理機務數(shù)據(jù)提供了有效的管理方式，準確提供機車現(xiàn)場情況還原的視頻及機車運行數(shù)據(jù)。在眾多的多媒體播放器項目中VLC(Video LAN Client)項目是一個基于流傳輸?shù)拈_源視頻項目，集成了FFmpeg(Fast Forword Mpeg)編解碼庫，獲取簡單，并有很多開源社區(qū)、論壇等提供技術(shù)支持，使得開發(fā)起來更加得心應手[1]。本軟件通過利用VLC開源平臺進行二次開發(fā)，將視頻與機車運行數(shù)據(jù)結(jié)合，編程實現(xiàn)構(gòu)建一個基于機車視頻及運行信息的視頻應用。主要運用于離線回放機車硬盤中存儲的錄像及相關(guān)行車數(shù)據(jù)等信息，機車信息涵蓋機車監(jiān)控數(shù)據(jù)部分信息，機車監(jiān)控項點分析信息等數(shù)據(jù)，并且能夠控制播放、暫停、停止、快速播放、減速播放、音量控制的調(diào)節(jié)、截圖及截取視頻等多種播放控制功能，界面簡明，操作簡單。

1 6A系統(tǒng)及LKJ介紹

機車車載安全防護系統(tǒng)（簡稱6A系統(tǒng)）是針對機車的制動系統(tǒng)、高壓絕緣、防火、列車供電、視頻、走行部等危及安全的重要事項、重點部件和部位，采用實時監(jiān)視、檢測、報警并可實現(xiàn)網(wǎng)絡傳輸、統(tǒng)一固態(tài)存儲和智能人機界面，整體研究設計而形成平臺化的安全防護裝置[2]。機車自動視頻監(jiān)控及記錄子系統(tǒng)（AVDR）是6A系統(tǒng)的一部分，主要功能有對監(jiān)控路況、司機室、機械間等處的視頻圖像進行記錄，實現(xiàn)與防火系統(tǒng)的聯(lián)動，視頻圖像存儲和調(diào)用分析[3]。通過記錄司機操作、運行路況、機械間圖像等，輔助事故分析，為機車設備報警和事件的分析提供重要視頻圖像依據(jù)。

列車運行監(jiān)控裝置(LKJ)是我國自主研發(fā)的列車速度控制系統(tǒng)，是中國鐵路列車運行控制系統(tǒng)體系的組成部分，具有防止列車冒進信號，運行超速和輔助司機提高操作能力等功能。LKJ數(shù)據(jù)主要為機車狀態(tài)信息，機車安全信息，過站信息等，主要包括列車所在位置、運行工況、司機號、信號機、車站、公里標、速度、列車管壓力、進出站及信號燈等信息。該裝置在實現(xiàn)安全速度控制的同時，并采集記錄與列車安全運行有關(guān)的各種機車運行狀態(tài)信息，促進機車運行管理自動化，為相關(guān)機務應用提供了重要的數(shù)據(jù)來源，見圖1。

由于6A系統(tǒng)在機車安全領(lǐng)域上的重要性以及LKJ數(shù)據(jù)記錄了詳細的機車運行信息，更好地分析機車視頻數(shù)據(jù)及對應運行信息的需求非常強烈，需要有效地對機車視頻數(shù)據(jù)及運行數(shù)據(jù)進行聯(lián)動分析，使得相關(guān)工作人員可以在后期對機車運行情況，故障數(shù)據(jù)，機車運行特殊位置時刻進行準確有效地查詢和分析。

2 系統(tǒng)需求分析

由于機車視頻格式包含眾多，有多種分辨率，幀率，多種通道音視頻的情況，一般的播放器難以支持其復雜的情況，需要有更好的解決方案。LKJ分析人員在進行LKJ數(shù)據(jù)分析的過程中，需要同步觀察LKJ事件相關(guān)聯(lián)的機車視頻，用于輔助分析LKJ事件。由于現(xiàn)場情況復雜，導致視頻服務器上的程序存在各種各樣的問題，如機車存在多個通道，不同通道且視頻格式還并不統(tǒng)一，播放器播放時容易存在各種問題，故需要對這種情況進行格式統(tǒng)一處理。

FFmpeg作為目前領(lǐng)先的視頻解析、解碼和編碼的開源程序，其在視頻解析、解碼和編碼方面有著很大的應用，是一款用于記錄、轉(zhuǎn)換數(shù)字音頻和視頻，并能將其轉(zhuǎn)化為視頻流和音頻流的開源工具，這款工具功能非常強大，能夠完成視頻轉(zhuǎn)碼、截圖、視頻剪切等功能。最重要的是FFmpeg編譯成動態(tài)庫或者靜態(tài)庫的時候都提供了有著強大功能和簡易使用的接口，同時FFmpeg程序支持在Linux和Windows等很多操作系統(tǒng)下的編譯。這兩個特性就使得目前很多支持主流格式的播放器都是調(diào)用FFmpeg庫進行解析和解碼，如暴風影音等[4]。這里也將調(diào)用FFmpeg這個強大的視頻解析和解碼庫實現(xiàn)最底層的視頻格式解析，分析視頻幀數(shù)據(jù)、格式等信息。

視頻文件可以統(tǒng)稱為容器，在容器中將視頻流、音頻流以及字幕等融合在一起形成了視頻文件，為了完成這些工作FFmpeg工具包含有編解碼模塊。該模塊位于Libavcodec中，根據(jù)需要，可以將不同格式的視頻流轉(zhuǎn)換成為需要格式的文件，一般的工作流程為先解碼然后再進行相應的編碼形成對應格式的文件。幾種常見的視頻格式有MPEG格式、AVI格式、RMVB格式及WMV格式等。一般的播放器僅能支持主流的幾種視頻格式（例如：微軟自帶的Windows Media Player），遇到不支持的格式的視頻文件需要下載對應的轉(zhuǎn)換器將文件進行轉(zhuǎn)碼[4]。而機車上的視頻為了節(jié)省存儲空間及加密設置，對視頻的格式進行了特殊處理，部分播放器不支持對應的格式，不能準確的將視頻解碼，而VLC視頻播放器解決方案基本支持所有的視頻格式，該播放器基于VLC設計，也同樣基本支持大部分的視頻格式，減少了用戶的限制性，從而給客戶帶了方便。

本播放器的主要任務和目的是播放車載視頻格式文件以及加載相應運行記錄文件，達到操作功能簡潔方便，一目了然，而又不影響日常分析處理的需求。系統(tǒng)按主要功能劃分為以下5個子系統(tǒng)模塊（見圖2），每個子系統(tǒng)功能模塊的作用描述如下：

自營項目之輪是城投的方向所在，發(fā)展之本.自營項目對保證企業(yè)的獨立性、可持續(xù)性至關(guān)重要.自營板塊大的企業(yè)一定是好企業(yè).自營板塊的開發(fā)，可以利用指定項目開發(fā)形成的無形資產(chǎn)及特殊資源，起步快；自營項目自主性大，可以實現(xiàn)效益最大化；自營項目更容易利用資本市場開展經(jīng)營活動，讓員工快速實現(xiàn)財富增加.就目前來看，一般的城投公司大多選擇金融板塊，城市商業(yè)區(qū)開發(fā)板塊，房地產(chǎn)板塊，建材礦產(chǎn)板塊，城市土地區(qū)塊開發(fā)板塊，廣告開發(fā)板塊，城市水、電、燃氣、公交等公用設施營運板塊作為發(fā)展方向.只有真正把自營板塊做大做強，城投才可以說是有實力，有影響力，是可持續(xù)發(fā)展的.

圖2 系統(tǒng)功能模塊圖

（1）多通道視頻播放。加載視頻后會在列表顯示相關(guān)視頻信息，包括視頻開始時間，視頻時長等?？蓪Σシ糯翱谀Ｊ竭M行切換，1、4、6、8、9、10、13、16個播放窗口顯示，滿足顧客實際情況需要。

（2）機車運行視頻及數(shù)據(jù)圖表顯示。圖表可顯示當前視頻播放進度、機車速度、管壓曲線以及相關(guān)運行信息等?？烧{(diào)節(jié)播放進度，跳轉(zhuǎn)到相應時間點。

（3）視頻播放控制。可對視頻進行播放暫停、快速減速播放、截圖、截取視頻及全屏等操作。

（4）項點分析。分析運行記錄文件，通過項點發(fā)生邏輯判斷項點發(fā)生時間，視頻可跳轉(zhuǎn)到項點發(fā)生時間，用戶得以更方便的觀察機車運行情況。

（5）生成機車運行日志報表。可生成機車運行報表，包含視頻圖像、機車數(shù)據(jù)及編寫報告等。

3 軟件架構(gòu)功能設計

本軟件在設計上充分考慮到了模塊化指導思想，界面設計和后臺邏輯相分離，主要包含軟件界面模塊、視頻解析模塊、視頻轉(zhuǎn)碼模塊以及數(shù)據(jù)展示模塊（見圖3）。

為實現(xiàn)機車視頻與LKJ數(shù)據(jù)的聯(lián)動性，關(guān)鍵是需要對機車視頻信息及LKJ數(shù)據(jù)幀信息的關(guān)聯(lián)實現(xiàn)同步，本軟件首先將視頻信息進行解析，得到視頻的開始時間及視頻時長，再將LKJ數(shù)據(jù)文件解析保存到內(nèi)存中，當用戶播放視頻的同時，將對應時間下LKJ數(shù)據(jù)幀信息取出，展示到軟件界面的相應模塊中，使得分析人員可以在視頻時間下查看機車LKJ數(shù)據(jù)，更好地分析機車運行狀況。

軟件開發(fā)環(huán)境為Visual Studio 2013，采用其中已安裝模板WPF模塊開發(fā)，WPF是目前最為流行的Win?dows桌面程序設計框架，程序語言使用C#語言開發(fā)，所使用的控件、容器、組件、工具欄、菜單欄及對話框等都是在WPF框架下提供[2，5]。

3.1 主功能界面顯示

圖3 系統(tǒng)流程圖

軟件主界面包含視頻播放窗口，播放控制工具欄，時間軸，機車監(jiān)控曲線軸，文件列表，加載文件列表，文件日期統(tǒng)計列表，機車監(jiān)控項點列表，機車數(shù)據(jù)顯示列表。并支持顯示隱藏圖表列表功能。軟件界面主要用于加載錄像文件信息，獲得錄像文件相關(guān)信息，然后用戶可雙擊文件列表，文件日期統(tǒng)計列表時間，項點名稱列表的任意視頻文件播放對應錄像視頻。

根據(jù)需求，用戶可直接點擊播放窗口模式切換可進行1、4、6、8、9、10、13、16個播放窗口顯示，可直接觀看相應模式下的視頻文件，也可雙擊視頻實現(xiàn)全屏模式（見圖5）。

通過選擇的不同模式，計算出對應模式下的視頻寬高比，就能得到不同的展示形式，滿足客戶的體驗需求[6]。

3.2 視頻時長解析

由于要在圖表上顯示出視頻時長曲線，但知道開始時間并不夠，所以需要對時長進行解析，獲取視頻的時長。普通格式的視頻文件解析視頻時長非常簡單，因為其本身信息就自帶了時長信息，可以直接獲取，但是機車視頻為了節(jié)省空間，在格式上做了特殊處理，對一些冗余信息未做保存，需要對視頻流進行分析才能獲取視頻的時長及各種信息。

為了更好地獲取視頻時長信息，采用了FFmpeg獲取視頻信息的方法，利用FFmpeg解析視頻，可以很方便的獲得視頻信息。圖6是FFmpeg解析流程圖，首先會讀入視頻流，判斷視頻的格式，確定后對視頻進行解碼，獲取其幀信息，包括分辨率、幀率、碼率、總幀數(shù)、時長和編碼格式等。

3.3 圖表信息顯示

點擊視頻播放進度條可對播放視頻按照時間軸進行定位，跳轉(zhuǎn)到相應時間點位置播放視頻。通過獲取跳轉(zhuǎn)時間點的時間，判斷該時間點處于整個視頻的位置，直接改變視頻的Pozition屬性就能實現(xiàn)跳轉(zhuǎn)。圖表上顯示機車速度、管壓和視頻等信息。并可對圖表進行放大縮小等操作。

圖4 主界面圖

圖5 多畫面模塊圖

圖6 FFmpeg解析流程圖

時間軸定位圖如圖7所示。

圖7 時間軸定位圖

3.4 視頻剪切

當視頻開始播放時，點擊菜單欄“操作”→“視頻裁剪”或者按鈕。進入視頻剪切界面，選擇裁剪時間和通道號開始裁剪。可選擇剪切全部通道視頻或單個通道視頻，并對視頻時長進行選擇。

能實現(xiàn)剪切視頻文件的工具多種多樣，但往往都需要進行視頻重編碼（TransCoding），這就不可避免的帶來了視頻質(zhì)量上的損耗，轉(zhuǎn)換時間長，不能非常精準有效地進行剪切操作。

在視頻編碼時，視頻幀一般分為I幀，B幀和P幀。所有視頻開始的第一幀都是I幀，之后才是B幀，P幀，I幀只占少數(shù)，主要起的作用是作為后續(xù)幀的參考幀。而一般的工具在視頻剪切時都會在有I幀的時間點剪切，因為I幀是起始幀，作為后面幀的參考幀，這樣就不可避免的會對時間有所偏差。而借助FFmpeg可以在不進行視頻重編碼的情況下完成此類任務，并且可以對剪切時間點的那幀解碼，使其成為I幀，這樣就能有更加精確地剪切效果。通過指令“FFmpeg -i input.mp4 -ss**START_TIME** -t **STOP_TIME** -acodec copy-vcodec copy output.mp4”可以高效快速的獲得所需要剪切的視頻。

3.5 項點邏輯分析

機車項點信息是機車運行重要數(shù)據(jù)，包括開車事件，停車事件，監(jiān)控動作，側(cè)線運行，人為緊急，進入調(diào)車，過分相點，特殊區(qū)域，紅黃信號，總風低壓，監(jiān)控解鎖，繼乘交接，黃燈信號，減壓制動等。

每個事件都有其對應的邏輯，例如開車事件的邏輯為：LKJ裝置開車狀態(tài)下，機車由靜止狀態(tài)開始運行，速度大于0，當速度達到3 km/h，裝置記錄該時點前后若干秒，作為開車事件。需要在程序中解析記錄文件信息，通過事件發(fā)生邏輯，判斷事件的發(fā)生時間點，獲取項點后將其記錄，最終顯示到列表中。用戶可查看發(fā)生的項點信息，并點擊項點后視頻跳轉(zhuǎn)到項點發(fā)生的時間播放，解析流程見圖8。

圖8 項點事件解析流程

軟件能夠有效地分析相應時間段下LKJ數(shù)據(jù)中對應的項點信息，并在視頻區(qū)域及數(shù)據(jù)顯示區(qū)域有效地展示項點時間點的信息，為用戶更好的分析機車信息。

4 結(jié)束語

經(jīng)過多次測試及現(xiàn)場工作人員使用，該視頻播放器能夠較好的實現(xiàn)6A多路視頻的控制播放與機車LKJ數(shù)據(jù)的聯(lián)動顯示，有助于工作人員處理好相應數(shù)據(jù)分析，生成分析報告，能夠同時對多路多媒體進行有效地控制，并實現(xiàn)顯示文件的時間長度，播放的時間位置，并能夠擁有一定的穩(wěn)定性、兼容性和實用性。功能相對完善，基本上支持市面上絕大多數(shù)格式的多媒體，為機車數(shù)據(jù)分析，安全性能的提高又提供了一層保障。

基于機車視頻與運行數(shù)據(jù)聯(lián)動分析的視頻解決方案已日漸成熟，能夠基本滿足使用單位需要，使得數(shù)據(jù)分析人員能夠更好的分析機車相關(guān)數(shù)據(jù)。但隨著需求的日漸提高，未來對視頻文件的分析也有更高的需求?；谝曨l圖像內(nèi)容分析的需求應當是未來鐵路機車行業(yè)視頻分析中的重點，例如：可以進行公里標牌識別，司機動作識別，特殊動作識別，列車車號識別，弓網(wǎng)設備等。相信圖像及視頻識別技術(shù)將會在未來的軌道交通領(lǐng)域中大放異彩。