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(zhì)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(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(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]。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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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。

（2）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(wǎng)卡驅動（用于網(wǎng)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(diào)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(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(diào)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(diào)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(wǎng)絡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
　①創(chuàng)建組播組
　mMulticaster->CreateMulticaster（）；
　②獲取媒體路徑名
　SourceFile=mProgramListCtrl.GetItemText（NowListNum，1）；
?、鄞蜷_媒體文件
　m_objFile.Open（m_strSourceFile，CFile：：modeRead|CFile：：typeBinary）
?、茏x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；
　⑥組播
　Multicast（pBuf，nMsgSize）；

?。?）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(wǎng)絡組播數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)往下傳輸，之后經(jīng)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：

　（1）創(chuàng)建濾波器鏈表管理器m_pGB
　HRESULT hr=CoCreateInstance（CLSID_FilterGraph，
　NULL，
　CLSCTX_INPROC，
　IID_IGraphBuilder，
?。╲oid**）m_pGB）；
?。?）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））；
　（5）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(diào)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(nèi)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(jīng)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。