基于SDI数字技术实现PIS系统数据传输

摘要

乘客信息系统（Passenger Information System，PIS）作为地铁通信系统的重要组成部分，对实现公共媒体讯息的视频化展示起到重要作用。然而视频数据经过控制中心子系统、车-地网络、车载子系统后质量严重下降，导致车载视频显示不清晰、播放不平稳等问题，因此研究PIS系统的硬件架构和相关软件的优化方法，具有重要的实际意义和应用价值。
　　为使车载视频达到更好的显示效果，本文将串行数字接口(Serial Digital Interface，SDI)技术应用在PIS系统的数据传输中，对传输硬件架构及其软件分别进行了优化设计和开发。主要工作如下。
　　(1)提出了基于SDI数字技术的PIS系统传输硬件架构及软件开发设计方案
　　从需求分析和硬件架构设计入手，将SDI数字技术应用在PIS系统的视频传输中，减少时延和压缩带来的损耗。从现状分析、性能需求、功能需求和功能设计四个方面入手，提出了TS（Transport Stream，TS）码流转发模块和SDI信号采集模块的设计方案。
　　(2)设计并实现了TS码流转发模块
　　设计并自定义有限可靠性机制，从功能的角度并结合数据逻辑流程顺序将其划分为列车在线确认、乱序重组、乱序丢弃、请求重发、重发、重发流量控制、切换本地视频、选举、同步9种机制，研究分析了各种机制的实现方法，在此基础之上实现了具有连续性和平稳性的TS码流转发模块。并建立了模块的界面，分析及研究了模块的通信方式。
　　(3)设计并实现了SDI信号采集模块
　　设计了解码采用FFmpeg库和数据写入SDI播出卡采用板卡SDK的方法，研究了采集数据、解码、视频与底图的叠加、板卡逻辑流程、板卡初始化和数据写卡的方法，在此基础上实现了TS码流写入板卡，从而实现视频的播放。
　　(4)测试验证与实际应用
　　搭建了实际硬件架构，对软件整体进行测试。实现了TS码流转发模块子机制的正常工作，避免了视频播放的马赛克现象，实现了平稳的播放效果。进一步在SDI信号采集模块中，利用FFmpeg库实现100％解码。软件运行时，句柄数平稳，内存占用不大，满足了设计要求。硬件架构具体接线图被设计，现已应用于实际的地铁项目中。
　　综上所述，实现了将SDI数字技术应用在PIS系统的数据传输中，所设计硬件架构和对应软件在优化PIS系统视频数据的传输方面具有借鉴意义。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 研究背景

1．2国内外研究现状和分析

1．2．1视频传到列车的路径

1．2．2视频解码工具的现状

1．3论文研究的意义

1．4论文研究的内容及结构

2基础理论

2．1 PIS系统视频的传输结构

2．2网络编程方面的理论

2．2．1网络应用程序

2．2．2网络通讯模式

2．3优化PIS系统传输的理论

2．3．1 UDP协议及协议格式

2．3．2 TS码流及FFmpeg库

2．3．3 SDI技术和SDI播出卡

2．4本章小结

3基于SDI数字技术的PIS系统需求分析和初步设计

3．1 基于SDI数字技术的PIS系统硬件架构需求分析和设计

3．2基于SDI数字技术PIS系统硬件架构的软件需求分析

3．2．1播放控制器实际状况分析

3．2．2 TS码流转发模块需求分析

3．2．3 SDI信号采集模块需求分析

3．3基于SDI数字技术PIS系统硬件架构的软件性能需求

3．4基于SDI数字技术PIS系统硬件架构的软件功能需求

3．5基于SDI数字技术PIS系统硬件架构的软件功能设计

3．5．1系统的数据流设计

3．5．2系统用户需求设计

3．5．3系统功能需求设计

3．6本章小结

4基于SDI数字技术PIS系统硬件架构的软件设计和实现

4．1软件原理

4．1．1工作位置

4．1．2软件要点

4．2 TS码流转发模块的设计和实现

4．2．1 自定义有限可靠性的丢包重发机制

4．2．2 自定义有限可靠性的其他机制

4．2．3基于套接字的通讯设计和实现

4．2．4初始化和界面部分的设计及实现

4．3解码模块的设计和实现

4．3．1解码模块中TS码流接收部分的实现

4．3．2解码模块中FFmpeg解码部分的实现

4．3．3解码模块中视频界面合成部分的实现

4．4 SDI播出卡写入模块的设计和实现

4．4．1 SDI播出卡写入模块的设计

4．4．2 SDI播出卡写入模块的实现

4．5系统软件架构

4．5．1应用架构

4．5．2功能架构

4．6本章小结

5系统测试

5．1实验环境描述

5．2实验功能测试

5．2．1 TS码流转发模块

5．2．2解码模块的测试

5．2．3 SDI播出卡写入模块

5．2．4系统整体的测试

5．3 本章小结

6．1 工作总结

6．2工作展望

参考文献

附录

插图索引

表格索引

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

学位论文数据集