城軌車載視頻播放系統媒體管理方案研究

孫同慶，李 明，夏德春，汪曉臣，李小海

（中國鐵道科學研究院 電子計算技術研究所，北京 100081）

軌道交通信息系統

城軌車載視頻播放系統媒體管理方案研究

孫同慶，李 明，夏德春，汪曉臣，李小海

（中國鐵道科學研究院 電子計算技術研究所，北京 100081）

本文分析了城軌車載視頻播放系統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，根據該系統目前實際情況，給出基于WebDAV通信協議的實用管理方案。

車載視頻；媒體管理；WebDAV；P2P

城軌車載視頻播放系統作為乘客信息系統（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），是直接關系到乘客在乘車過程中舒適度的重要生產系統。車載視頻播放系統需要接受列車在高速移動條件下各種復雜環境（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 車載視頻播放系統架構

車載視頻播放系統播放內容主要是運用網絡控制和多媒體控制技術，以城軌車輛的客室車廂為載體為乘客呈現多樣化信息。近年來，隨著城軌車輛集成技術、網絡技術和多媒體技術的發展，以及城軌車輛人性化的設計需求，對城軌車輛車載視頻播放系統的功能需求也趨向于多樣化。

車載視頻播放系統播放的多媒體素材全部來自地面PIS播控中心，通過車地無線網絡獲得，如圖1所示。由于車地無線網絡相比較地面局域網絡，存在很多不完善的方面，如傳輸數據帶寬較低、接入點（AP）之間切換不平順等，車載視頻播放系統媒體管理比地面媒體管理更為復雜。經常會出現文件傳輸數據丟失或錯亂，直播視頻流中斷或數據包斷斷續續的情況，直接影響乘客乘車感受。

圖1 車地無線傳輸示意圖

車載視頻播放系統結構如圖2所示。多媒體素材進入到車載設備，由于車載機柜空間有限，以及車頭車廂網絡環境相對不穩定，并且車上播放終端設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絡流媒體為載體利用車載網絡進行傳輸的。

圖2 車載視頻播放系統結構圖

圖3 車載視頻播放流程

2 存在問題

2.1 文件傳輸的完整性

由于列車運行環境，經常會出現網絡連接中斷的現象，影響多媒體文件傳輸的連續性，從而影響到文件的完整程度。車載視頻播放系統播放文件會出現畫面抖動和跳幀就是由于文件的不完整造成的。

2.2 流媒體的持續性

現階段各城市地鐵運營單位為更好的為乘客提供高品質服務，車載視頻播放系統播放與地面乘客信息系統相同的直播視頻流媒體。但是由于車載視頻播放系統的運行環境與地面系統存在很大差別，在流媒體播放過程中經常會出現中斷的現象，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一下發的，列車運行狀態及區域不同，傳統的車載視頻播放系統在車輛入庫時，由車輛段AP集中傳輸，這就導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

傳統的車載視頻播放系統通過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、多媒體技術以及網絡技術的不斷發展，FTP越來越不能滿足車載視頻播放系統的要求。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協議的通信協議。WebDAV在以下幾個方面對FTP具有明顯優勢。

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

（2）WebDAV傳輸數據采用HTTPS進行傳輸，加密解密操作自動在底層完成。FTP傳送所有數據使用明文，如需加密需自己實現。因此WebDAV在數據傳輸方面比FTP更加安全有效。

（3）WebDAV的數據傳輸效率明顯高于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如不經特殊設置很難穿越防火墻，因此WebDAV在廣域網中應用范圍更廣。

WebDAV傳輸解決傳統文件傳輸的3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據。WebDAV將所管理的資源作為一個集合，并通過資源管理可以創建、移動、復制和刪除集合，以及集合中的資源和文件。

（3）文檔屬性描述。不同類型數據的屬性是唯一的，這有助于描述數據。WebDAV通過XML可以描述任何類型的數據。

3.2 P2P管理方案

P2P（對等網絡）是通過直接交換來共享計算機資源和服務。其網絡中的每一臺主機既能充當網絡服務的請求者，又對其它計算機的請求做出響應，提供資源和服務。處于網絡中所有具有文件交互功能的節點（不只是播放終端，還包括媒體素材服務器）都是對等關系，其中任何一個節點不止要從網絡中獲取資源，還要向其他節點提供已有資源。

正是由于該結構具有這種特點，所以比較適合像車載視頻播放系統一對多的網絡結構，可以充分利用系統的網絡資源。

如圖4所示，在基于P2P技術的分布式媒體文件傳輸中，所有節點是對等的關系，利用每個視頻播放終端節點的傳輸資源來分擔文件服務器的工作，文件服務器只要把文件隨機下發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

與傳統的FTP管理媒體相比較，P2P具有以下優勢：

（1）P2P采用點對點的模式，FTP采用傳統的C/S模式，即服務器與客戶端的結構，因此P2P網絡結構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器，但是P2P模式的資源管理對服務器的依賴性沒有FTP高。

（3）P2P網絡中的任兩點都可建立聯系，網絡利用效率與FTP相比較提高很多，并且能夠充分利用邊緣性網絡資源。

（4）P2P模式的服務能力會隨著網絡資源節點的增加而提高，這極大的改善了多節點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媒體管理，WebDAV與P2P兩種媒體管理解決方案相對于傳統的FTP文件傳輸協議有很多改善。但是這兩種解決方案之間所關注的方向是不同的，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是通過控制服務器端線程數控制文件傳輸速度的，而P2P是通過網絡中的節點數量和傳輸帶寬上限決定傳輸速度，因此如果網絡中的節點較多時（節點大于WebDAV服務器端線程數），P2P的傳輸速度將會比WebDAV高。

（2）網絡利用率。由于WebDAV采用FTTPS進行傳輸，注重于數據的安全性；而P2P采用TCP和UDP結合的手段，文件大小分包大小等關鍵數據采用TCP，然后用UDP發送數據包，因此P2P模式對網絡利用率較高，如果節點夠多的話將會達到帶寬的上限。

（3）文件安全性。WebDAV在數據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的傳輸線程數是可以從服務端進行設置；P2P雖然傳輸速度可以進行限制，但是其傳輸線程數主要是由網絡中設備數量決定的，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中主要使用WLAN車地無線網絡承載車載視頻播放系統，受周圍建設環境及WLAN架構方式影響，在列車運行過程中經常會出現數據丟失或錯亂的現象，因此城軌建設中更加注重數據安全性。并且車地無線網絡帶寬也非常有限，需要承載車載視頻播放系統和車載視頻監控等系統，如果文件傳輸過分搶占帶寬將會影響其他系統的正常運行。因此，WebDAV模式的媒體管理方案更加適合當前城軌建設的車載視頻播放系統。

5 結束語

綜上所述，如何更加有效地管理系統媒體，為乘客提供更好的乘車感受是系統發展的重要課題。本文提供了兩種媒體管理解決方案，并對比兩者的優缺點，提出了基于WebDAV通信協議的實用管理方案，該方案更加適合當前的城軌建設。

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責任編輯 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。