地铁站台视频传输技术

1地铁站台视频传输技术南通市智勇电子有限公司摘要:主要介绍了在地铁站台及站厅内乘客资讯发布的视频传输，实现乘客资讯发布的几种高清视频传输技术。并分析了几种视频传输技术的优缺点，提出了适合于地铁应用的基于模拟及数字传输视频技术,并获得了国内多条地铁线路的成功应用。关键词:地铁；视频；VGA信号；模拟传输；数字传输作为城市轨道交通建设重要组成部分的乘客资讯的发布，可以让乘客了解轨道交通列车到达预告、换乘信息、导向及时间等与乘车有关的信息，播放重要新闻、天气预报、娱乐、电视节目、广告等资讯信息，还可用来传递紧急救灾、安防反恐信息；在发生紧急情况时，可立即中断正常信息发布，并通过声音和图像报警的形式，提醒乘客紧急避险等信息。这些乘客资讯信息的发布从上海地铁一、二号线建设之后，国内多条新建地铁线路已把这套系统归入最初的规划设计中，该系统主要分为车站和车载两个主要部分，本文主要介绍站台乘客资讯中视频信号的传输设计与实现。一、视频信号传输总体结构站台及站厅内的视频传输，在设计时主要存在两种技术实现方式，一种是基于网络流媒体技术;一种是基于数字视频广播(DigitalVideoBroadcast,简称DVB)技术。随着科学技术的发展，这两种技术也相互吸收对方的长处，不断扩展各自的应用领域。随着网络媒体技术的快速发展，基于网络流媒体技术在国内已应用于多条地铁中，已基本取代了数字视频广播技术。1.1网络流媒体技术：网络流媒体技术是伴随着现代计算机技术、网络技术发展起来的，随着网络速度和计算机运算能力地不断提高，使得远程实时播放视频文件成为可能。乘客资讯采用分布式全数字多媒体网络发布和演播技术，是一个由控制中心和车站/车载子系统构成的分布式全数字多媒体网络发布与管理平台。控制中心子系统是系统的核心平台和管理中心。控制中心与各车站子系统逻辑上是一个三层树型结构。第一层是控制中心；第二层是各车站的中继控制器，他们各自通过业主提供的光纤以太网与控制中心连接。第三层是站台媒体控制器和车载子系统。不同车站之间、站台不同行驶方向之间，以及站台与站厅之间所需向乘客显示的信息是不同的。2系统采用集中控制方式运行，信源的采编在控制中心完成，车站及列车的媒体控制器(MC)主要负责信息的接收与播放。通过模拟及数字方式把媒体控制器输出的VGA信号传送至站台及车厢内的液晶显示屏上。系统控制采用中心级、车站级与列车级3级构架：中心级主要完成全线信息的集中采编及播放控制，车站级主要完成自动从中心级接收本站及本站范围列车的信息并自动播放，列车级主要完成自动从中心级、车站级接收及播放多媒体信息并将列车内的视频监控图像上传到控制中心。乘客资讯信息的无线传输部分主要由设于轨旁的无线接入点（AP）、安装于列车上的车载天线、车载无线接收设备、设于控制中心的无线局域网网络管理设备组成。有线传输部分主要由光纤收发器、光纤、交换机等构成，轨道沿线各AP点通过光纤收发器接入至车站局域网交换机，系统简单构成如图1所示。图1在站台乘客资讯信息发布中，由二台媒体控制器负责列车的上行及下行的资讯的发布，二台媒体控制器与车站交换机通讯，车站交换机通过光纤以太网或无线以太网与控制中心主服务器通讯，及时发布各种资讯。二台媒体控制器输出的VGA信号通过VGA信号视频传输设备送至站台内的大屏幕显示屏上。3采用这一技术方案好处在于:一是系统可控性强，可以根据不同列车、不同的运营方向（上行，下行）来播放不同的节目、运营信息；二是可以充分利用已建好的地铁内的计算机系统及通讯系统。但是在系统设计时无线以太网传输技术水平还比较低，数据信息量少，更新效率较低，接收到的视频图像数据还达不到实时播放的效果。因此控制中心至站台交换机采用现有的光纤，站台交换机与车载媒体控制器采用无线网络（AP）。但随着无线以太网传输技术的发展，无线以太网的传输速度已能满足视频实时播放的要求。此方案已在国内很多条线路中成功应该，也是今后重点发展的技术。国内上海地铁、广州地铁、北京地铁、深圳地铁、重庆轻轨、天津地铁、南京地铁等不同程度地开通或设计了该系统，其他城市也都考虑上此系统。1.2数字电视广播技术数字视频地面广播(DigitalVideoBroadcasting-Terrestrial,DVB-T)是DVB一系列标准中较新的一个标准，用于地面开路数字电视系统，采用国际标准的MPEG-2编码，COFDM(编码正交频分复用)调制方式。在采用该技术的系统中，地铁列车在运行过程中连续不间断地接收到由泄漏电缆或地面发射基站发射的实时信号，通过数字机顶盒进行解码，并转换为模拟复合视频和音频信号，再经过视音频分配器输出到终端显示屏上。采用这一技术方式好处在于:一是系统实时视频节目播放质量高，新闻时效性高，娱乐性强;二是可利用己建好的地铁光纤网络和隧道信号泄漏系统。但是由于DVB-T是广播方式发送信号的，虽可以通过加扰器和CA(身份认证)卡做到针对某列车发送定制信息，但信息量小，且需要通过电视台发送，所以无法做到地铁运营信息、紧急状态信息等实时远程播控。另外硬件平台和软件系统往往具有丰富而复杂的视频编辑功能，是面向电视（包括网络电视）广播系统操作员的软硬件环境，很难适应乘客资讯无人值守并且自动不间断运行的要求；在视频广播方案中也可以选择在每个车站设置一个“小电视台”，然而数十个“车站电视台”在系统集中运营、管理和维护方面将带来难以控制的复杂性和整个系统的在稳定可靠性方面的难以控制的隐患。数字电视广播系统难以适应未来无缝整合列车车载资讯系统的可扩展性要求。二、站台视频信号的传输技术以下我们讨论站台上行媒体控制器和下行媒体控制器至站台内的大屏幕显示屏的视频信号传输技术：用于站台乘客资讯系统发布的上行媒体控制器和下行媒体控制器设置在站台中心机房内，与站厅内的大屏幕显示屏之间的距离最远的在300米，最近的也要在50米左右。要把媒体控制器输出的VGA信号和音频信号传输到每块显示4屏上，就需要采用专用的视频传输设备才能传输这么长的距离。通常采用模拟传输的方式，随着视频传输技术的发展，新的传输方式不断出现，以下对这些传输技术作介绍。2.1VGA信号模拟传输技术2.1.1VGA信号模拟传输原理VGA信号传输器是一款VGA信号长距离传输的设备，传输介质为CAT5网线。由VGA信号发送器和VGA信号接收器组成，传输距离由VGA信号接收器决定,分为50米接收、150米接收、300米三种，以适应不同传输距离。长距离接收器可以向下兼容短距离的设备。VGA信号传输器是专为大屏幕显示工程、工业自动化控制、医疗设备、安防监控、多媒体教学等显示系统工程中高质量视频信号长距离传输的需求而专业设计的。它集成了VGA信号转换、分配、驱动、接收和还原功能为一身的信号传输系统。它将VGA信号通过非屏蔽五类网线上平衡传输，以增强对共模噪声及干扰信号的抑制，利用CAT5网线作为VGA信号传输电缆，可以大幅度地节约线材成本并简化了工程布线。VGA信号传输器采用专利技术将H和V信号编码至RGB信号上加重处理后发送，仅利用CAT5网线电缆的三对双绞线完成VGA、SVGA、SXGA、XGA、SXGA的RGBHV信号的平衡编解码，并采用远距离高频补偿加重处理，带宽高达350MHz。高品质的图像以满足大型工程投影机、显示器、TFT-LCDTV、PDP信号传输的需要。由于整个传输系统采用了加权零值拆分的平衡传输的专利技术，因此CAT5网线在传输信号时不会对外造成EMI的干扰。此外，多出的一对双绞线可以传输音频信号。传输原理如图2：5图2应用：地铁、列车站台及车载视频传输液晶广告机、液晶电视广告机、楼宇液晶电视等离子显示广告工程大屏幕LCD幕墙显示工程工业自动化控制系统医疗显示系统银行、证券、金融显示系统国防军事演习显示系统安防监控显示系统多媒体网络教室显示系统长距离KVM延长切换器62.1.2站台VGA信号模拟传输示意图地铁站台视频传输分为上行乘客资讯显示系统和下行乘客资讯显示系统二个部分组成，所显示的资讯内容各不相同，上行和下行分别由上行媒体控制器和下行媒体控制器发布资讯信息。媒体控制器通过车站交换机以光纤方式与控制中心组网。上行和下行媒体控制器输出的VGA信号通过VGA信号传输器送至站台内的多台显示屏上。其结构示意图如图3：上行与下行的传输示意图相同图3说明：此示意图中没有RS232控制部分，在后面单独介绍。2.1.3站台VGA信号模拟传输设备站台VGA信号传输器由多台VGA信号发送器和VGA信号接收器组成。其中VGA信号发送器可以根据接收器的数量选择。VGA信号发送器不分传输距离长短。具体型号为：八路VGA信号发送器(ZY-VGAT8-RS232)和四路VGA信号发送器(ZY-VGAT4-RS232)。VGA信号接收器有150米接收器（ZY-VGAR2-RS232）和300米接收器（ZY-VGAR3-RS232）。7由于站台大厅内的显示屏至站台中心机房的距离各不相同，在VGA信号传输设备的选择时可以根据传输距离的长短来选择150米接收器或300米接收器。传输距离可以向下兼容。以下分别介绍VGA信号发送器和VGA信号接收器。2.1.3.1VGA信号八路发送器（ZY-VGAT8-RS232）VGA信号发送器有四路和八路二款型号，其各技术参数相同。VGA信号发送器产品如图4图41、接线示意总图5图582、CAT5网线输出接口图6：图6说明：1-8路输出口完全相同，可以互换使用，输出口的使用数量不受限制。由VGA信号输入的R、G、B三色信号经内部电路转换为差分信号通过此接口输出，在远端可使用我公司的其它型号的VGA信号接收器与之配套使用，组成VGA信号传输系统。与我公司的其它VGA信号传输设备完全兼容。水晶头中的4#、5#线用于传输音频信号。水晶头的排线顺序为：白绿/绿/白橙/蓝/白蓝/橙/白棕/棕3、VGA信号、音频信号输入输出接口如图7：图794、RS232输入、RS485输出显示屏控制部分如图8：图82.1.3.2VGA信号接收器（ZY-VGAR-RS232）VGA信号接收器有150米和300米二款，其各项技术参数相同。1、外观如图9、图10图910图102、接口定义及接口电气要求如图11、图12图1111图122.1.3.3大屏幕显示屏通过上面的介绍，我们了解到在站台及站厅内是把媒体播放器输出的VGA信号进行远距离传输的，因此在我们选择大屏幕显示屏时完全可以考虑采用大屏幕显示器，它与我们常用的大屏幕电视机是不相同的，它作为专业的大屏幕显示器，多功能输入系统，几乎能在任何视听设备、电脑、或交互式环境下使用。新型专业等离子显示屏能让您尽情发挥，为自己的专业需求改造出功能卓越的组合来。。它的显示屏的物理分辨比电视机高，显示的图像质量比大屏幕电视机高得多，同时价格也低。122.1.4站台大屏幕显示屏的控制技术站台大屏幕显示屏的控制技术就是通过上行媒体播放器或下行媒体播放器中的控制软件经RS232串口与显示屏的RS232串口通讯，对显示屏进行各种显示参数进行调整以及对显示屏进行远程定时开关机，显示屏厂家提供此软件。由于VGA信号发送器和接收器都已集成了RS232接口，因此在对站台大屏幕显示屏控制上这需增加一对双绞线电缆，即能完成对显示屏的控制。示意图如图13：13图13RS232转RS485部分：VGA信号发送器内部集成了一组RS232转RS485组件，可同时输出八路RS485接口信号，供远端的八台VGA信号接收器使用。VGA接收器内部集成了二组RS485转RS232组件，输出接口兼容EIA/TIA的RS232C、RS485/RS422标准。RS232接口通过一个DB9母头接口与等离子电视串口相连。由于RS485支持两线半双工，也就是说RS485仅有一对差分线路既要发送数据也要接收数据。VGA信号接收器内部电路能够自动感知数据流方向，并且自动切换发送/接收使能控制。由于采用RS485进行平衡传输，因此传输距离远、速率高、性能稳定等特性。采用的RS232、RS485接口是自适应接口无需做硬件