地铁站台视频传输技术

1 地铁站台视频传输技术地铁站台视频传输技术 南通市智勇电子有限公司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 一 视频信号传输总体结构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 Digital Video Broadcast 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 11 1 网络流媒体技术 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 21 2 数字电视广播技术数字电视广播技术 数字视频地面广播 Digital Video Broadcasting 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 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 二 站台视频信号的传输技术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 4 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 信号模拟传输技术信号模拟传输技术 2 1 12 1 1 VGA 信号模拟传输原理信号模拟传输原理 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 LCD TV 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 6 2 1 2站台站台 VGA 信号模拟传输示意图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站台站台 VGA 信号模拟传输设备信号模拟传输设备 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 4 1 接线示意总图 5 图 5 8 2 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 白绿白绿 绿绿 白橙白橙 蓝蓝 白蓝白蓝 橙橙 白棕白棕 棕棕 3 VGA 信号 音频信号输入输出接口如图 7 图 7 9 4 RS232 输入 RS485 输出显示屏控制部分如图 8 图 8 2 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 9 10 图 10 2 接口定义及接口电气要求如图 11 图 12 图 11 11 图 12 2 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 12 2 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 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 13 RS232 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或软件设置 2 1 5站台内的安装与调试 模拟 站台内的安装与调试 模拟 1 VGA 信号发送器采用标准机架式 1U 机箱 因此安装方便 美观 VGA 信号发送器无需调试 2 VGA 信号接收器底部设置了二个 T 形安装小件 方便了安装 可安装 于显示屏的安装支架上 也可以安装于天花板内的任何结构件上 14 VGA 信号接收器需根据传输距离对亮度和对比度进行调整 使图 像显示最好 2 1 6站台站台 VGA 信号模拟传输成功案例信号模拟传输成功案例 上海轨道交通六号线站台 上海轨道交通八号线站台 上海轨道交通九号线站台 天津地铁一号线站台 重庆轻轨二号线站台 北京地铁四号线站台 上海轨道交通二号线延伸线站台 南京地铁二号线站台 实施中 2 2 VGA 信号数字传输技术信号数字传输技术 2 2 1 VGA 信号数字传输原理信号数字传输原理 VGA 信号数字传输系统是基于 IP 网络实现 VGA 信号的采集编码 传输 解码显示 通过 VGA 信号数字发送器 音视频信号数字编码器 以高质量的 编码方式将视频信号 音频信号通过宽带网络传输至 VGA 信号数字接收器 音视频信号数字解码器 然后由 VGA 信号数字接收器将媒体信息转换成 电视机的音视频信号播出或 VGA 信号和音频信号输出供显示器显示 这种播 出方式对于广告的播放及信息的传播是极为理想的 不仅可以集中和远程管理 还可以随时更新广告内容 以高频率无干扰的方式播出广告 而且可以随时插 播天气预报和各种文字信息 成本大大低于传统的 电视 报纸 电台 广告 媒体 系统支持 MPEG 等播放标准 网络传输支持 HTTP FTP 等国际标 准协议 由于 VGA 信号和音频信号的编码数字流大 目前这能适用于局域网 内完全传输 随着压缩技术的提高 能满足互联网上宽带传输的需求 VGA 信号数字传输系统采用高性能 DSP 处理器 支持 VGA 信号的分辨率达 1024 768 60Hz 编码解码输入输出帧率 25 帧 带宽占用 2M 左右 15 2 2 2站台站台 VGA 信号数字传输示意图信号数字传输示意图 14 图 14 注 图中的交换机可以多台级联 一台 VGA 信号数字发送器可以带 20 台 VGA 信号数字接收器 2 2 3站台站台 VGA 信号数字传输设备信号数字传输设备 VGA 信号数字传输设备由一台 VGA 信号数字发送器 音视频信号数字 编码器 和一台至多台 VGA 信号数字接收器 音视频信号数字解码器 组成 其中多媒体视频和音频信号由上行或下行媒体控制器产生信号源 传输至 VGA 信号数字发送器 经过 VGA 信号数字发送器编码 经网线或光纤传输至 VGA 信 号数字接收器 需加交换机或光纤收发器 由 VGA 信号数字接收器输出至显 示屏或液晶电视机 压缩和解压缩主板如图 15 16 图 15 1 1 VGAVGA 信号数字发送器信号数字发送器 VGA 信号数字发送器也叫音视频信号数字编码器 它 是将输入的 CVBS 复合视频信号 或 VGA 信号 RGB 信号 进行数字编码 同时进行数字压缩 MPEG4 压缩 形成一音视频数字码流 通过局域网形式 进行远距离传输 结构示意如图 16 图 16 2 2 VGAVGA 信号数字接收器 信号数字接收器 VGA 信号数字接收器也叫音视频信号数字解码器 它 是接收网络上的流媒体数字信号 把流媒体数字信号解码成视频信号和音频 信号输出 其输出设备可分二种类型 17 A A 音视频直接输出型 音视频直接输出型 VGA 信号数字接收器接收由 VGA 信号数字发送器传输来的数据流信号 经解压缩后直接输出的视频复合信号 CVBS VGA 信号 1024 768 60Hz 音频立体信号 这些信号直接供显示设备显示 VGA 信号数字接收器置于显示设备的附近 或采用音视频分配器供多台显示设备 使用 其缺点是 VGA 信号数字接收器与显示设备的距离短 不适合大范围 内多显示设备的使用 如果显示设备比较分散就需要多台 VGA 信号数字接收 器 使用成本高 一些特殊场所使用不方便 如列车内的视频传输如果采用 视频电缆容易产生干扰等 示意图如图 17 图 17 B B 双绞线输出型 双绞线输出型 VGAVGA 信号双绞线输出型信号双绞线输出型 它是用一根五类网线 CAT5 传输 VGA 信号和音频 信号 传输方式在上面已作介绍的 VGA 信号模拟传输 结构示意图 18 图 18 18 应用示意如图 19 图 19 2 2 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 站台大屏幕显示屏的控制可以方便地使用 VGA 信号数字接收器的 RS232 串口进行远程控制 配以相应的显示屏的厂家软件就能很方便的实现对显示 屏的控制 2 3 HDMI 数字信号传输技术数字信号传输技术 HDMI 是新一代的多媒体接口标准 全称是 High Definition Multimedia Interface 中文意思为高清晰多媒体接口 该标准由索尼 日立 松下 飞利 浦 东芝 Silicon image Thomson RCA 等 7 家公司在 2002 年 4 月开始发起 的 其产生是为了取代传统的 DVD 碟机 电视及其它视频输出设备的已有接口 统一并简化用户终端接线 并提供更高带宽的数据传输速度和数字化无损传送 音视频信号 19 传统的 AV 复合和色差接口都需要独立分开音频和视频数据线来传输信号 同为数字接口的 DVI 接口则并不支持音频传输 目前唯有 HDMI 具备了在一条数 据线上同时传送影音信号的能力 因此人们也习惯把 HDMI 称为高清一线通 由于 HDMI 带宽达到 340M 其速率达到 10 2Gbps 专用的 HDMI 电缆传输距 离最长为 10 米 最新国外推出一款采用 CAT5 网线传输 HDMI 信号的传输设备 传输距离最远达到 50 米 而且还需要高质量带屏蔽的网线 如果要用到站台 HDMI 信号的传输 必须采用接联的传输方式 才能满足长距离传输 目前国内 市场也有 HDMI 光纤传输器 但此设备的价格每对在一万多元 这两种 HDMI 传 输设备的成本很高 实际应用的性价比及低 目前从控制中心到每个站台的传输采用流媒体传输方式 图像质量一般在 800 600 60Hz 或 1024 768 60Hz 之间 另外摄录过程中的图像也没真