公交多媒體交互系統(tǒng)

胡小龍，苗 方，柴劍平

（中國(guó)傳媒大學(xué) 信息工程學(xué)院，北京 100024）

目前很多城市的公交車都配備了至少一個(gè)車載顯示屏，用來播放節(jié)目?jī)?nèi)容。一方面為乘客單調(diào)的出行生活提供娛樂消遣，另一方面也是一個(gè)效果良好的新聞傳播、媒體發(fā)布的平臺(tái)。其節(jié)目來源主要是車載機(jī)頂盒接收到的地面數(shù)字電視廣播信號(hào)。隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的普及，公交車顯示屏上單一的節(jié)目?jī)?nèi)容已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足市民的需求了，而且受車內(nèi)觀看條件所限，越來越少的人關(guān)注公交車上的顯示屏，而是專注于自己的手持設(shè)備。自從2001年“三網(wǎng)融合”的概念在十五綱要中第一次明確提出以來，“三網(wǎng)融合”慢慢地滲透到生活的方方面面，給人們生活帶來了方便和快捷，比如手機(jī)電視、家庭智能網(wǎng)絡(luò)等等，但是公交車環(huán)境內(nèi)卻還處于“三網(wǎng)融合”應(yīng)用的相對(duì)空白期。在科技高速發(fā)展的今天，智能手機(jī)持有量持續(xù)增加，IDC發(fā)布的《中國(guó)手機(jī)市場(chǎng)季度跟蹤報(bào)告（2013年第一季度）》提到，2013年第一季度中國(guó)智能手機(jī)總出貨7 800萬部，與2012年同期相比增長(zhǎng)了117%，中國(guó)智能手機(jī)在整體手機(jī)市場(chǎng)的占比取得新高，達(dá)到79%。而且現(xiàn)在智能手機(jī)功能強(qiáng)大，性能良好，特別是現(xiàn)在智能手機(jī)的無線WiFi接入功能和3G網(wǎng)絡(luò)功能都得到了普及；另外一方面，國(guó)家數(shù)字地面廣播標(biāo)準(zhǔn)DTMB已經(jīng)在國(guó)內(nèi)試點(diǎn)多年，國(guó)內(nèi)的地面數(shù)字廣播系統(tǒng)正在由DVB-T標(biāo)準(zhǔn)向DTMB標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換[1]，本文的方案正是在這一背景下之下提出的。

近年來有個(gè)別城市的公交車中部署了WiFi為乘客提供上網(wǎng)服務(wù)，比如重慶的863路公交車在2012年11月份進(jìn)行單線路試點(diǎn)，乘客在車內(nèi)上網(wǎng)，無需密碼、不限時(shí)間、全部免費(fèi)[2]，并且之后在杭州、廣州、北京等城市也有類似的試點(diǎn)，這種舉措是一個(gè)比較大的突破和進(jìn)步，但是對(duì)于公交車內(nèi)用戶較多的情況下，公交車上的WiFi帶寬是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，乘客只能進(jìn)行一些低帶寬的資源訪問，對(duì)于訪問視音頻等對(duì)帶寬要求比較高的多媒體資源，會(huì)受到一定的限制。

本文針對(duì)城市公交車系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出了一個(gè)公交車內(nèi)多媒體交互的系統(tǒng)方案，契合“三網(wǎng)融合”的大趨勢(shì)。本方案在對(duì)車載機(jī)頂盒進(jìn)行改進(jìn)的基礎(chǔ)上，從管理中心到車載機(jī)頂盒終端進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)能夠在更大程度上豐富市民的公共交通生活，可以將現(xiàn)在公交車顯示屏上的節(jié)目?jī)?nèi)容從單一性向全面性轉(zhuǎn)變，公交車內(nèi)屏幕的單屏向多屏轉(zhuǎn)變，乘客的體驗(yàn)方式由被動(dòng)接收向雙向互動(dòng)轉(zhuǎn)變，并且能夠適應(yīng)視音頻的高速訪問。下文將從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各方面進(jìn)行分開介紹。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

公交多媒體交互系統(tǒng)由數(shù)據(jù)管理中心、數(shù)據(jù)傳輸和車內(nèi)系統(tǒng)3個(gè)部分組成，其構(gòu)成形式如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

公交多媒體交互系統(tǒng)各組成部分功能如下：

1）管理中心主要是對(duì)多媒體資源進(jìn)行管理，包含視頻資源，音頻資源、文本資源等，管理中心是所有內(nèi)容的匯總模塊，所有資源信息都在管理中心統(tǒng)一規(guī)劃管理，主要是對(duì)多媒體資源和其他信息資源的統(tǒng)一制作、錄入、管理和審核工作，形成一個(gè)完整的信息資源庫(kù)，且審核工作必不可少，因?yàn)榉职l(fā)的內(nèi)容受眾廣泛，所以管理中心的內(nèi)容都必須符合規(guī)定才可進(jìn)行分發(fā)，確定分發(fā)的資源，根據(jù)預(yù)定的模板生成靜態(tài)網(wǎng)頁(yè)，構(gòu)成一整套網(wǎng)站。

2）數(shù)據(jù)傳輸是管理中心與車內(nèi)系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交互的渠道，主要是完成資源的分發(fā)控制功能，包含兩個(gè)可行通路進(jìn)行自由選擇：IP網(wǎng)絡(luò)通路和DTMB地面廣播網(wǎng)絡(luò)通路。由于公交車處于一個(gè)不斷移動(dòng)的狀態(tài)，所以IP網(wǎng)絡(luò)通路適合選用3G網(wǎng)絡(luò)來構(gòu)建[3]，3G網(wǎng)絡(luò)具有速度快、移動(dòng)傳輸性能好、雙向網(wǎng)絡(luò)、帶寬有限等特點(diǎn)，適合用來傳輸系統(tǒng)中數(shù)據(jù)量小的信息，并且由于3G網(wǎng)絡(luò)是雙向網(wǎng)絡(luò)，地面廣播屬于單向網(wǎng)絡(luò)，3G網(wǎng)絡(luò)將會(huì)承擔(dān)絕大部分由車內(nèi)系統(tǒng)到管理中心的數(shù)據(jù)回傳工作。地面廣播網(wǎng)絡(luò)通路應(yīng)用DTMB技術(shù)，根據(jù)需要也可以同時(shí)兼容DVB-T標(biāo)準(zhǔn)。地面數(shù)字廣播網(wǎng)絡(luò)具有高帶寬、高數(shù)據(jù)率等特點(diǎn)，能夠承擔(dān)系統(tǒng)中大量視音頻數(shù)據(jù)和其他大數(shù)據(jù)量文件的廣播分發(fā)工作。

3）車內(nèi)系統(tǒng)指的是以車載機(jī)頂盒為中心的一套系統(tǒng)，包含車載機(jī)頂盒、車載顯示器和乘客各自的手持終端。車載機(jī)頂盒中配備大容量存儲(chǔ)硬盤，用來存儲(chǔ)管理中心下發(fā)的大量媒體資源和其他數(shù)據(jù)；車載機(jī)頂盒中構(gòu)建Web服務(wù)器承載一個(gè)網(wǎng)站系統(tǒng)，作為媒體資源和其他數(shù)據(jù)向乘客展現(xiàn)的平臺(tái)；車載機(jī)頂盒中通過無線路由設(shè)備提供WiFi接入，以訪問本地Web服務(wù)器中的多媒體資源；乘客通過各自的手持終端接入車載機(jī)頂盒中的Web服務(wù)器，訪問其中豐富的媒體資源，無需消耗付費(fèi)流量，且視音頻資源處于局域網(wǎng)中，觀看時(shí)高速且清晰，同時(shí)乘客也可以通過機(jī)頂盒中的3G功能直接訪問互聯(lián)網(wǎng)中的消耗流量和帶寬較小的資源。

2 機(jī)頂盒車內(nèi)系統(tǒng)構(gòu)建

機(jī)頂盒車內(nèi)系統(tǒng)主要是提供一個(gè)多媒體資源交互的終端環(huán)境，是本方案特點(diǎn)的體現(xiàn)平臺(tái)，一方面需要提供與管理中心良好的接口，另一方面要給車內(nèi)乘客提供良好的用戶體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)這樣的目標(biāo)需要從機(jī)頂盒硬件和軟件方面同時(shí)進(jìn)行改進(jìn)和設(shè)計(jì)。

2.1 機(jī)頂盒硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目前普通機(jī)頂盒除了可以解碼數(shù)字電視碼流外，一般還帶有互聯(lián)網(wǎng)有線接入功能，這種機(jī)頂盒能夠滿足家庭應(yīng)用，但是對(duì)于公交車環(huán)境中的應(yīng)用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，針對(duì)于前文提出的目標(biāo)，需要將機(jī)頂盒從硬件上在以下幾個(gè)方面進(jìn)行重新設(shè)計(jì)：

1）改進(jìn)后的機(jī)頂盒需要增加3G上網(wǎng)模塊，通過無線的方式增加互聯(lián)網(wǎng)的接入，實(shí)現(xiàn)機(jī)頂盒與互聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)，且適應(yīng)于公交車移動(dòng)狀態(tài)下的數(shù)據(jù)接收，同時(shí)提供車內(nèi)乘客訪問互聯(lián)網(wǎng)，使得機(jī)頂盒上的節(jié)目?jī)?nèi)容不僅有現(xiàn)有的地面廣播節(jié)目，而且增加了互聯(lián)網(wǎng)中豐富、全面的節(jié)目資源，實(shí)現(xiàn)節(jié)目?jī)?nèi)容的單一性向全面性轉(zhuǎn)變。

2）改進(jìn)后的機(jī)頂盒需要增加大容量硬盤和WiFi路由模塊，大容量硬盤中接收存儲(chǔ)來自管理中心的大量視音頻等多媒體資源，WiFi模塊提供車內(nèi)乘客的手持設(shè)備無線接入，利用局域網(wǎng)高速傳輸?shù)奶匦裕沟密噧?nèi)乘客可以直接通過手持設(shè)備高速流暢的訪問機(jī)頂盒中存儲(chǔ)的視音頻資源，實(shí)現(xiàn)車載屏幕的單屏向多屏轉(zhuǎn)變。改進(jìn)后的機(jī)頂盒一方面保留在車載顯示屏上主動(dòng)向乘客提供節(jié)目資源的形式，另一方面乘客通過WiFi將手持設(shè)備接入到機(jī)頂盒中主動(dòng)訪問機(jī)頂盒中和互聯(lián)網(wǎng)中豐富的多媒體資源，由此實(shí)現(xiàn)體驗(yàn)方式由乘客被動(dòng)接收向雙向互動(dòng)轉(zhuǎn)變。

2.2 機(jī)頂盒軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

機(jī)頂盒端軟件部分將采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分為幾個(gè)主要模塊：操作系統(tǒng)模塊、3G網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊、DT?MB數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、瀏覽器、Web服務(wù)器、DTMB視頻播放模塊。具體架構(gòu)如圖2所示。

圖2 機(jī)頂盒軟件系統(tǒng)架構(gòu)圖

機(jī)頂盒的軟件系統(tǒng)是建立在嵌入式Linux操作系統(tǒng)之上的，下面對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1）網(wǎng)絡(luò)傳輸

網(wǎng)絡(luò)傳輸主要依靠3G網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊和DTMB數(shù)據(jù)接收模塊，其中3G網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊是雙向網(wǎng)絡(luò)，DT?MB數(shù)據(jù)接收模塊是單向網(wǎng)絡(luò)。3G網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬比較窄，主要用于接收管理中心的控制指令，可以遠(yuǎn)程重啟、關(guān)閉機(jī)頂盒，也可以關(guān)閉或者開啟機(jī)頂盒的各個(gè)模塊，還有其他一些小文件或者指令傳輸也可以通過3G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，另外所有從機(jī)頂盒到管理中心的數(shù)據(jù)或者文件都是通過3G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸；DT?MB地面數(shù)字網(wǎng)絡(luò)帶寬比較寬，主要用于下載大數(shù)據(jù)量文件，用于更新終端多媒體網(wǎng)站數(shù)據(jù)，比如大量的視音頻文件等。

2）數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析器讀取到傳輸模塊接收的數(shù)據(jù)后，分析出需要處理的事件，做出控制響應(yīng)或者數(shù)據(jù)更新。當(dāng)收到的數(shù)據(jù)是文件數(shù)據(jù)時(shí)，需要根據(jù)配置文件將收到的文件解析出來，并且移動(dòng)到指定目錄下，并且通知相應(yīng)模塊有文件更新，進(jìn)行新數(shù)據(jù)的使用；當(dāng)收到的是控制指令時(shí)，將指令進(jìn)行解析執(zhí)行，并且將執(zhí)行結(jié)果通過3G網(wǎng)絡(luò)傳輸通道進(jìn)行返回。分析器是機(jī)頂盒接入網(wǎng)絡(luò)控制管理的主要組件，業(yè)務(wù)的呈現(xiàn)主要依靠分析器分析得出的指令來完成。

3）瀏覽器

公交車內(nèi)顯示器顯示的內(nèi)容通過瀏覽器來呈現(xiàn)，在瀏覽器中通過加載自定義頁(yè)面，將各類信息同時(shí)顯示在車載顯示器上，包括新聞、天氣、公告等信息，都是通過瀏覽器來呈現(xiàn)。瀏覽器中的信息數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)分析器分析到相應(yīng)的指令和數(shù)據(jù)后，通知瀏覽器刷新，顯示到大屏幕。

4）Web服務(wù)器

嵌入式Web服務(wù)器為用戶手持設(shè)備上的多媒體內(nèi)容呈現(xiàn)提供平臺(tái)支撐，為用戶訪問機(jī)頂盒中存儲(chǔ)的多媒體資源提供渠道，提供一整套可靠保障的局域網(wǎng)多媒體內(nèi)容服務(wù)。Web服務(wù)器依賴于機(jī)頂盒中的WiFi模塊提供無線局域網(wǎng)訪問，Web服務(wù)器才能發(fā)揮其作用，乘客通過訪問網(wǎng)頁(yè)的形式訪問機(jī)頂盒中的多媒體資源，特別是可以高速訪問機(jī)頂盒中的視音頻資源。

5）視頻播放

機(jī)頂盒視頻播放功能是普通機(jī)頂盒的基礎(chǔ)功能，應(yīng)用于本方案的機(jī)頂盒接收的是以DTMB標(biāo)準(zhǔn)傳輸?shù)囊曨l信號(hào)，機(jī)頂盒接收到視頻數(shù)據(jù)之后進(jìn)行解碼，解碼后的視頻信號(hào)輸出到大屏幕的指定區(qū)域進(jìn)行播放。

3 數(shù)據(jù)傳輸通道構(gòu)建

由上文介紹可知，數(shù)據(jù)傳輸通道有地面數(shù)字廣播通道和3G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的IP通道，兩種方式構(gòu)建形式有所不同，下面分別進(jìn)行介紹。

3.1 地面數(shù)字廣播傳輸通道構(gòu)建

地面數(shù)字廣播傳輸通道采用DTMB傳輸標(biāo)準(zhǔn)，DTMB具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：傳輸效率或頻譜效率高、抗多徑干擾能力強(qiáng)、信道估計(jì)性能良好、適于移動(dòng)接收，單向傳輸。地面數(shù)字廣播傳輸途徑由管理中心、投遞服務(wù)器、地面數(shù)字廣播發(fā)射塔、車載機(jī)頂盒共同構(gòu)建。

地面數(shù)字廣播通道由管理中心向下發(fā)起，管理中心提供需要分發(fā)的多媒體資源，傳遞給投遞服務(wù)器，投遞服務(wù)器利用多協(xié)議封裝（MPE）的業(yè)務(wù)模式將需要分發(fā)的多媒體資源數(shù)據(jù)插入到地面數(shù)字信號(hào)的廣播數(shù)據(jù)流中，多協(xié)議封裝方式是支持使用通信協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)據(jù)廣播業(yè)務(wù)，它提供了在MPEG-2 TS流之上傳送使用其他通信協(xié)議數(shù)據(jù)的一種機(jī)制，以便于在數(shù)據(jù)流中增加需要的私有協(xié)議[4]。投遞服務(wù)器將碼流生成成功之后直接交付給地面數(shù)字廣播信號(hào)發(fā)射塔進(jìn)行全網(wǎng)廣播，由車載機(jī)頂盒進(jìn)行接收處理，由此完成整個(gè)地面數(shù)字廣播傳輸通路。

3.2 IP傳輸通道構(gòu)建

IP傳輸通道由于具備雙向傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，在系統(tǒng)中起到非常重要的作用，承擔(dān)著所有從車內(nèi)系統(tǒng)到管理中心的數(shù)據(jù)傳輸工作。傳輸途徑構(gòu)建如圖3所示。

圖3 IP傳輸通道組成

車載機(jī)頂盒通過3G網(wǎng)絡(luò)與接入服務(wù)器進(jìn)行連接，接入服務(wù)器的主要職責(zé)是維護(hù)與車載機(jī)頂盒的IP連接，由于車載機(jī)頂盒可能規(guī)模比較大，在接入服務(wù)器前端增加負(fù)載均衡模塊，能夠在接入設(shè)備增加的情況下，保持系統(tǒng)的正常運(yùn)行，并且提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和可維護(hù)性[5]。接入服務(wù)器通過私有協(xié)議維護(hù)著與車載機(jī)頂盒的常連接，通過心跳線程等方式時(shí)刻保持通信狀態(tài)，等待著數(shù)據(jù)傳輸指令。一方面轉(zhuǎn)發(fā)車載機(jī)頂盒向管理中心回傳數(shù)據(jù)，另一方面將管理中心需要下發(fā)的數(shù)據(jù)精確分發(fā)。

4 管理中心系統(tǒng)構(gòu)建

管理中心是多媒體資源和機(jī)頂盒終端的管理終端，是整個(gè)系統(tǒng)有效運(yùn)營(yíng)的核心部分，本方案通過Web應(yīng)用來構(gòu)建管理中心系統(tǒng)，系統(tǒng)組成如圖4所示。

圖4 管理中心組成

管理中心由Web應(yīng)用為基礎(chǔ)來構(gòu)建，Web應(yīng)用運(yùn)行在機(jī)房的Web服務(wù)器中，管理員只要可以通過設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)，打開瀏覽器即可通過用戶名和密碼訪問管理中心進(jìn)行管理，對(duì)時(shí)間地點(diǎn)和設(shè)備都沒有很大的限制。管理中心系統(tǒng)分為前端頁(yè)面和后臺(tái)邏輯兩個(gè)部分進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，這樣做能夠增加系統(tǒng)的可維護(hù)性并且減少系統(tǒng)升級(jí)的難度。前端頁(yè)面通過瀏覽器，將管理中心需要管理的影視、音頻、文本、機(jī)頂盒終端、運(yùn)維用戶和統(tǒng)計(jì)分析等內(nèi)容呈現(xiàn)給系統(tǒng)管理員進(jìn)行操作，而后臺(tái)邏輯則是處理前端頁(yè)面提交的操作指令，將操作指令進(jìn)行解析執(zhí)行，進(jìn)而操作數(shù)據(jù)庫(kù)或者FTP服務(wù)器，在有必要的情況下調(diào)度IP接入服務(wù)器或者DTMB地面廣播投遞服務(wù)器，將多媒體內(nèi)容進(jìn)行分發(fā)，最后將操作結(jié)果返回給前端頁(yè)面。

5 小結(jié)

本文探討了在目前公交車中都裝有車載機(jī)頂盒的情況下，如何豐富市民公共交通生活的問題，并且提出了一個(gè)通過改進(jìn)車載機(jī)頂盒實(shí)現(xiàn)公交多媒體交互系統(tǒng)的方案。本方案以新一代機(jī)頂盒為中心，以3G網(wǎng)絡(luò)和地面廣播網(wǎng)絡(luò)為支撐，以城市公交為平臺(tái)，在市內(nèi)的公交車公共環(huán)境中實(shí)現(xiàn)了“三網(wǎng)融合”新場(chǎng)景，在本方案中，恰當(dāng)?shù)貙V電網(wǎng)絡(luò)、電信網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合在一起，真正地做到了三個(gè)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通，源頭上從互聯(lián)網(wǎng)上獲取豐富的網(wǎng)絡(luò)資源，過程中利用3G網(wǎng)絡(luò)和廣電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行資源傳輸，機(jī)頂盒終端上通過無線局域網(wǎng)將豐富的網(wǎng)絡(luò)資源傳遞到用戶的手持終端中。總體來說，本方案采用成熟可靠的技術(shù)手段，創(chuàng)新了系統(tǒng)和業(yè)務(wù)模式，完善了公交環(huán)境的傳播領(lǐng)域，為文化傳播開辟了新途徑，同時(shí)也豐富了市民的室外旅途生活，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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[1]劉丙勝.我國(guó)自主制定DTMB標(biāo)準(zhǔn)推動(dòng)電視“中國(guó)制造”變“中國(guó)創(chuàng)造”[EB/OL].[2013-08-05].http://www.donews.com/tele/201008/182075.shtm.

[2]韓守剛.重慶首輛“免費(fèi)WiFi公交”上街，播放視頻無停頓[EB/OL].[2013-08-05].http://tech.sina.com.cn/t/20.

[3]范泳文，官洪運(yùn)，蔣靜學(xué)，等.基于3G網(wǎng)絡(luò)的智能交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)[J].電視技術(shù)，2012，36（5）：103-105.

[4]黃健，王濤，王靜冬，等.DVB數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)多協(xié)議封裝的研究及實(shí)現(xiàn)[J].有線電視技術(shù)，2007（7）：76-78.

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