摘 要： 基于PXA270硬件平臺與WinCE嵌入式操作系統(tǒng)，采用媒體文件的IP組播傳輸,、DirectShow數(shù)據(jù)解碼播放,、報站信息的無線射頻自動觸發(fā)技術，實現(xiàn)列車終端報站,、多媒體播放和信息提示等功能,，同時可以實現(xiàn)車頭與車廂間的車載廣播中心和車載播放終端功能互換，增加了車載系統(tǒng)的可靠性和靈活性,。
關鍵詞： 多媒體,；嵌入式系統(tǒng)；車載系統(tǒng),；地鐵
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,、CD播放器,、DVD播放器等，磁帶機的缺點是音質不好且由于傳動機械的故障會出現(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用于車載系統(tǒng)，在音質方面有了很大的提高，但只能讀取CD光盤不能下載網絡媒體,，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標準壓縮的全數(shù)字影音光盤,，它的特點是音質高,、畫質高、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]。現(xiàn)階段的車載媒體播放系統(tǒng)多采用嵌入式技術,，如以三星S3C2440A處理器為核心的車載信息服務系統(tǒng),，可實現(xiàn)信息提示、導航定位,、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，如通過GStreamer和RTP/RTCP流媒體協(xié)議設計流媒體播放器[4],。但此方式對于列車這種單一源多接收端拓撲結構,，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和單片機控制,，通過對每一個車站進行ID編碼,，利用身份識別技術實現(xiàn)自動報站功能[5]。此外,，也有基于ZigBee技術的定位解決方案,，通過放置無線節(jié)點組成ZigBee網絡，根據(jù)射頻接收信號強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。由于地鐵運行于地下,，乘客沒有可參考的建筑物標識來判斷即將到達的站點,，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，因此進一步增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性,。系統(tǒng)采用嵌入式技術,，專用性強、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,，負責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，負責站點信息與媒體文件的廣播,，其框圖如圖2所示,。U盤負責存儲媒體文件,，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),，網絡控制器則負責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
車載播放終端負責媒體文件與報站信息的接收和播放，其框圖如圖3所示,。網絡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單片機為微處理器，通過其P0口連接8位撥碼開關,，實現(xiàn)對各站點的編碼標識,。NRF905模塊與STC89C52單片機之間通過SPI串行外設接口通信，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模塊負責接收站點標識,，并通過串口將站點標識數(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，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計的多線程、完整優(yōu)先權,、多任務的操作系統(tǒng),，模塊化的設計使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備,，圖形界面出色，其強大的圖形界面開發(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)實際需要進行裁剪,、添加所需的組件與驅動,，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,，因此設計模板選擇為Digital Media Receiver。之后根據(jù)實際需要選擇相應的組件完成工程的創(chuàng)建,。
?。?）配置平臺
此過程主要是添加相關組件，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,、鍵盤驅動（用于按鍵觸發(fā)）、網卡驅動（用于網絡傳輸）,、觸摸屏驅動（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）導出SDK
導出的車載多媒體系統(tǒng)SDK用于在PC宿主機上通過Visual Studio 2005開發(fā)車載廣播中心端MyNetSend以及車載播放終端MyNetPlayer應用程序,。首先Configure SDK對SDK進行相應的配置,，之后Build SDK等待完成后將生成的SDK安裝于PC宿主機。
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,。當接收到到站信號后將發(fā)送線程掛起，之后調用進站信息發(fā)送函數(shù),，等待報站音頻播放結束后恢復發(fā)送線程,。當有按鍵按下時產生WM_KEYDOWN消息，再將發(fā)送線程掛起,，之后調用離站信息發(fā)送函數(shù),，等待報站音頻播放結束后恢復發(fā)送線程,。如此往復循環(huán)。
車載播放終端負責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,，窗口類接收到對應的到站消息后則調用對應的到站處理函數(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,，窗口類接收到對應的出站消息后則調用相應的出站處理函數(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，所有加入該組的網絡接收者均可以收到這份數(shù)據(jù),，這樣極大地減小了網絡負載,。媒體文件的組播是通過CMulticastAdmin類來實現(xiàn)的，具體過程如下：
?。?）發(fā)送端
?、賱?chuàng)建組播組
mMulticaster->CreateMulticaster（）；
?、讷@取媒體路徑名
SourceFile=mProgramListCtrl.GetItemText（NowListNum,，1）；
?、鄞蜷_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設置數(shù)據(jù)報報頭
pMsg->nMsgType=DATA_MEDIA,；
?、藿M播
Multicast（pBuf，nMsgSize）,；
?。?）接收端
①開啟接收線程
m_pReceiver->StartReceiving（）,；
?、诮邮諗?shù)據(jù)
nret=Receive（buff,，nMsgSize）；
?、劢馕鰣箢^
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負責取得網絡組播數(shù)據(jù),，然后將數(shù)據(jù)往下傳輸，之后經Transform Filters進行數(shù)據(jù)的格式轉換,、傳輸,，最后Rendering Filters將數(shù)據(jù)傳送給顯示與音頻設備進行多媒體的演示。接收端MyNetPlayer進行解碼播放的過程如下：
?。?）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）,；
?。?）查詢媒體控制接口
hr=m_pGB->QueryInterface（IID_IMediaControl，（void**）&m_pMC）,；
?。?）添加自己制作的接收網絡數(shù)據(jù)的SourceFilter
hr=m_pGB->AddFilter（m_pSourceReader， NULL）,；
?。?）構建濾波器鏈表，渲染媒體文件
HRESULT hr=m_pGB->Render（m_pSourceReader->GetPin（0））,；
?。?）進行播放
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,。當窗口類接收到到站或離站消息后再調用相應的消息處理函數(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
在實驗室內模擬列車運行流程進行測試,，通過三個開發(fā)平臺完成實驗，其中之一運行MyNetSend程序作為車載廣播中心,，其余兩個運行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，報站準確無誤,，且當有多次按鍵觸發(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,，既方便快捷又經濟。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,。
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