一种数字化列车广播系统及实现方法

说 明 书 附 图

同步动态随机存取存储器同步动态随机存取存储器视频采集模块视频解码器音频采集模块编解码器音频数模转换实时时钟非易失闪存器中央处理器以太网口通用串行总线报警输入输出I/O 端口控制RS232/485通讯口 图1

5636365主机PCU以太网络以太网络以太网络主机PCU车辆接口装置VIU车辆接口装置VIU车辆接口装置VIU欢迎使用扬声器扬声器扬声器欢迎使用控制面板DCPLCD显示器LCD显示器LCD显示器控制面板DCP司机室412车厢872车厢872车厢81司机室4

图2

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PWR提供电源以太网MSS音视频信号ENC编码音视频信号NIU编码音视频信号

图3

PWR提供电源以太网解码音视频信号终端设备

NIU编码音视频信号编码音视频信号DNC图4

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电源VGA信号ENC音频信号编码后的音视频数字信号电源VGA信号编码后的音视频数字信号DNC音频信号 图5

以太网解码音视频信号终端设备MSS音视频信号ENC编码音视频信号NIU编码音视频信号NIU编码音视频信号DNC图6

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说 明 书

一种数字化列车广播系统及实现方法

技术领域

本发明涉及一种数字化列车广播系统及实现方法，属于城市轨道交通车辆、动车组技术领域。 背景技术

目前地铁轻轨或动车组中的音视频广播系统一般采用模拟音频信号，在列车干线的传输过程中，极易受到列车线路和环境的干扰，声音和图像质量不佳。

本发明的数字化列车广播系统，采用音视频编码后的数字化信号，可有效解决干线传输过程中的线路和环境干扰问题。在系统中需要加入模拟音视频的数字化编码电路和解码电路。 发明内容

为了克服上述现有技术结构的不足, 解决现有的广播系统在列车干线传输过程中模拟音视频信号易受干扰的问题。本发明提供一种数字化列车广播系统及实现方法。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种数字化列车广播系统的实现方法,采用的主要技术手段是模拟音视频信号的数字化编解码，并通过列车以太网络传输编码后的数字化信号，再将数字信号解码后驱动车厢内的终端，以实现列车音视频信号的广播功能。

一种数字化列车广播系统的实现方法,含有以下步骤；

步骤1、系统主机中的音视频编码器通过DM355芯片对输入的模拟音视频信号进行采样，并按照预先设置的参数进行编码，然后通过数据接口将压缩后的MPEG4数据送至ARM中央处理器（CPU）；

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步骤2、CPU在收到数据后，将数据按要求进行封装后传送到以太网络上； 步骤3、车辆接口装置中的音视频编解码器的CPU通过网络接口接受网络上的MPEG4数据包，并将其转换成DM355芯片可识别的数据格式通过数据接口传送给DM355，由其进行解码后转换成模拟的音视频信号，并通过外围电路输出并驱动终端设备，如显示器、扬声器等。

一种数字化列车广播系统，包括控制面板、广播系统主机、车辆接口装置，所有装置连接到以太网络构成数字化列车广播系统；其特征在于：

控制面板包括主控板、液晶显示屏和控制按键，用于发出控制指令，并监控系统的工作状态；

广播系统主机包括有电源模块、音视频数字化编码模块和网络交换模块；其中，音视频编码模块将模拟的音视频信号进行数字化编码后，经网络交换模块传送到以太网络上；

广播系统主机有四个单元设备组成：

（1） 电源模块给MSS媒体播放主机单元、音视频数字化编码模块、网络交

换模块提供电源；

（2） MSS媒体播放主机单元输出高品质的音视频信号；

（3） 音视频数字化编码模块对MSS媒体播放主机单元传输的高品质的音视

频输出信号进行编码；

（4） 网络交换模块接收编码后的音视频数字信号，将编码后的音视频数字

信号输入到以太网；

电源模块连接MSS媒体播放主机单元、音视频数字化编码模块、网络交换模块提供电源；MSS媒体播放主机单元将音视频信号直接输入到音视频数字化编码模块进行编码，编码后的音视频数字信号再输入到网络交换模块，由网络交换模块输入到以太网上；

车辆接口装置包括有电源模块、数字化音视频解码模块，数字化音视频解

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码模块从以太网络上接收数字化音视频信号，解码并转换成模拟音视频信号后播放到车厢内的音视频终端上，为全列车提供音视频广播功能，音视频质量得到极大改善。

车辆接口装置含有以下单元：

（1） 电源模块给数字化音视频解码模块、网络交换模块和AMP功率放大器

提供电源；

（2） 网络交换模块接收音视频数字信号传输给数字化音视频解码模块； （3） 数字化音视频解码模块将接收的音视频信号进行解码； （4） AMP功率放大器对解码后的信号进行放大直接输出到终端； 电源模块连接数字化音视频解码模块、网络交换模块提供电源；以太网上的音视频信号经过网络交换模块输入到数字化音视频解码模块上，解码后的音视频信号直接输出到终端。

本发明的有益效果具体如下：数字编码后的音视频数字信号，经网络交换模块在以太网络上传输，可有效避免传输线路和环境的干扰，保证信号在接收端可靠地解码还原成模拟信号，驱动车厢内的音视频终端设备，如LCD显示器和扬声器等。

本发明音视频的信号质量得到加大提升，视频信号可达到720*576的图像分辨率（相当于DVD的画面质量），远高于目前在列车上现有的广播系统的模拟音视频的信号质量。 附图说明

图1 音视频编解码器连接示意图； 图2 数字化列车广播系统连接示意图； 图3 广播系统主机连接示意图； 图4 车辆接口装置连接示意图； 图5 音视频编解码器连接示意图；

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图6 数字化列车广播系统连接框图。 具体实施方式

实施例1：如图1所示，

ARM中央处理器配合并行总线端口的FLASH存储器、串行总线端口的NAND FLASH、随机存储器RAM作为中央处理器的存储单元。

为了控制的需要，中央处理器同时引出数字量的输入和输出端口，输入端口经过光藕和外部的开关量输入信号连接，而输出端口则驱动继电器来完成对外部的控制。当此设备用于视频监控系统的图像编码设备时，这些端口其中的一部份可以作为视频监控系统的报警信号接入和输出来使用。

由于数字信号需要通过以太网络传递，所以中央处理器还提供以太网络端口，而CPU提供了以太网络MAC端的应用，在外围只需要提供PHY的应用即可。设备可以支持10/100M的应用模式。

串行端口是CPU的标准端口用于和外部设备通讯。

使用DM355编解码芯片作为DAC和ADC设备主芯片，这两个芯片之间使用MIPS总线方式连接。

在编解码芯片的外围，设置信号调理电路，包括视频和音频的调理电路，使得信号满足输入要求。

DM355芯片同时需要连接随机存储器，用于信号的处理。

中央处理器和编解码芯片都需要设置一个标准时钟，为设备提供时钟标准。 一种数字化列车广播系统的实现方法,含有以下步骤；

步骤1、系统主机中的音视频编码器，视频采集模块对输入的模拟视频信号按BT656格式进行转换，转换后的信号时钟频率为24.576MHz；音频采集模块对输入的模拟音频信号按16KHz进行采样。信号发送到芯片DM355后，分别按H.264或MPEG4格式和MPEG1格式进行压缩编码，然后再通过数据接口将压缩后的数据送至中央处理器（CPU）；

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步骤2、CPU在收到压缩后的音视频数据后，按网络传输的要求，如速率、带宽、帧率等，对数据进行封装处理后传送到以太网络上；

步骤3、车辆接口装置中的音视频编解码器的CPU通过网络接口接收网络上压缩的音视频数据包，并按封装的格式进行解包，将其中按H.264或MPEG4格式和MPEG1格式编码的音视频数据通过数据接口传送给DM355进行解码，并转换成模拟的音视频信号，并通过外围电路输出并驱动终端设备，如显示器、扬声器等。

实施例2：一种数字化列车广播系统的实现方法,含有以下步骤； 步骤1、音视频播放设备通过线缆输出音视频信号到音视频编码单元； 步骤2、音视频解码单元的视频采集模块对输入的模拟视频信号按BT656格式进行转换，时钟频率为24.576MHz；音频采集模块对输入的模拟音频信号按16KHz进行采样。转换后的信号发送到芯片DM355后，分别按H.264或MPEG4格式和MPEG1格式进行压缩编码，然后再通过数据接口将压缩后的数据送至中央处理器（CPU）；

步骤3、 CPU在收到压缩后的音视频数据后，按网络传输的要求，如速率、带宽、帧率等，对数据进行封装处理后通过以太网口传送到以太网络上；

步骤4、音视频编解码器的CPU通过网络接口接收网络上压缩的音视频数据包，并按封装的格式进行解包，将其中按H.264或MPEG4格式和MPEG1格式编码的音视频数据通过数据接口传送给DM355进行解码，；

步骤5、DM355对数据进行解码后，控制外围芯片将得到的数据分别转化为相应的音视频模拟信号，输出到外围终端（显示器和扬声器）。

实施例3：

数字化列车广播系统的原理框图如图2所示；司机室1系统装置中的控制面板4连接主机装置PCU 5；主机装置PCU 5通过以太网络3与车厢2中的车辆接口装置6连接；车辆接口装置6连接扬声器7、LCD显示器8。车辆接口装置

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6与另一个车厢2的另一个车辆接口装置6连接，以此方式连接下一个车厢2，在列车的另一个端司机室1有相同的系统装置。

音视频编解码器的总体框架由音视频编解码芯片DM355、ARM处理器和外围功能芯片组成。

DM355负责控制外围芯片对输入的音视频进行采样，并按照H.264或MPEG4格式和MPEG1格式进行编码，然后通过数据接口将压缩后的MPEG4数据送至ARM中央处理器（CPU）。

ARM中央处理器在收到数据后，负责将数据按要求进行封装后传送到以太网络上。

同时，音视频编解码器的CPU也接受来自网络上的MPEG4数据包，并将其转换成DM355可识别的数据格式通过数据接口传送给DM355，由其进行解码后，控制外围芯片将得到的数据分别转化为相应的音视频模拟信号，输出到外围端口驱动显示器。

方案中，ARM中央处理器除了完成上述功能外，还要完成对DM355的初始化、动态配置及对实时时钟、RS232/485通讯接口、外部I/O的控制，IP地址设定等功能。

实施例4：

如图2、3、4、5和6所示，一种数字化列车广播系统，包括控制面板、广播系统主机、车辆接口装置，所有装置连接到以太网络构成数字化列车广播系统。

控制面板包括主控板、液晶显示屏和控制按键，用于对系统发出控制指令，并监控系统的工作状态。

广播系统主机包括有电源模块、音视频数字化编码模块和网络交换模块。其中，音视频编码模块将模拟的音视频信号进行数字化编码后，经网络交换模块传送到以太网络上。

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广播系统主机有四个单元设备组成：

（1） PWR供电单元给MSS、ENC、NIU提供电源； （2） MSS媒体播放主机单元输出高品质的音视频信号；

（3） ENC音视频编码单元对MSS媒体播放主机单元传输的高品质的音视频

输出信号进行编码；

（4） NIU网络交换模块接收编码后的音视频数字信号，将编码后的音视频

数字信号输入到以太网。

PWR供电单元连接MSS媒体播放主机单元、ENC音视频编码单元、网络交换模块NIU提供电源；MSS媒体播放主机单元将音视频信号直接输入到ENC音视频编码单元进行编码，编码后的音视频数字信号再输入到NIU网络交换模块，由NIU网络交换模块输入到以太网上。

车辆接口装置包括有电源模块、数字化音视频解码模块，数字化音视频解码模块从以太网络上接收数字化音视频信号，解码并转换成模拟音视频信号后播放到车厢内的音视频终端上

车辆接口装置含有以下单元：

（5） PWR供电单元给DCD音视频解码单元、网络交换模块NIU提供电源； （6） NIU网络交换模块接收音视频数字信号传输给DCD音视频解码单元； （7） DCD音视频解码单元将接收的音视频信号进行解码； （8） AMP功率放大器对解码后的信号进行放大直接输出到终端。 PWR供电单元连接DCD音视频解码单元、NIU网络交换模块提供电源。以太网上的音视频信号经过NIU网络交换模块输入到DCD音视频解码单元上，解码后的音视频信号直接输出到终端。

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权 利 要 求 书

1、一种数字化列车广播系统，包括控制面板、广播系统主机、车辆接口装置，所有装置连接到以太网络构成数字化列车广播系统；其特征在于：

控制面板包括主控板、液晶显示屏和控制按键，用于发出控制指令，并监控系统的工作状态；

广播系统主机包括有电源模块、音视频数字化编码模块和网络交换模块；其中，音视频编码模块将模拟的音视频信号进行数字化编码后，经网络交换模块传送到以太网络上；

广播系统主机有四个单元设备组成：

（5） 电源模块给MSS媒体播放主机单元、音视频数字化编码模块、网络交

换模块提供电源；

（6） MSS媒体播放主机单元输出高品质的音视频信号；

（7） 音视频数字化编码模块对MSS媒体播放主机单元传输的高品质的音视

频输出信号进行编码；

（8） 网络交换模块接收编码后的音视频数字信号，将编码后的音视频数字

信号输入到以太网；

电源模块连接MSS媒体播放主机单元、音视频数字化编码模块、网络交换模块提供电源；MSS媒体播放主机单元将音视频信号直接输入到音视频数字化编码模块进行编码，编码后的音视频数字信号再输入到网络交换模块，由网络交换模块输入到以太网上；

车辆接口装置包括有电源模块、数字化音视频解码模块，数字化音视频解码模块从以太网络上接收数字化音视频信号，解码并转换成模拟音视频信号后播放到车厢内的音视频终端上；

车辆接口装置含有以下单元：

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（9） 电源模块给数字化音视频解码模块、网络交换模块和AMP功率放大器

提供电源；

（10） 网络交换模块接收音视频数字信号传输给数字化音视频解码模

块；

（11） 数字化音视频解码模块将接收的音视频信号进行解码； （12） AMP功率放大器对解码后的信号进行放大直接输出到终端； 电源模块连接数字化音视频解码模块、网络交换模块提供电源；以太网上的音视频信号经过网络交换模块输入到数字化音视频解码模块上，解码后的音视频信号直接输出到终端。

2、一种数字化列车广播系统，其特征在于：包含有主机装置、车辆接口装置和司机控制器；

主机装置包括有媒体播放单元、编码单元和网络交换单元； 车辆接口装置包括有网络交换单元、解码单元和功放单元；

司机控制器连接到主机装置中的媒体播放单元，用于控制播放单元的播放；

主机装置中的媒体播放单元输出的音视频信号连接到压缩编码单元；编码单元对音视频信号压缩编码后，传送到网络交换单元，经网络交换单元传送到以太网上；

车辆接口装置中的数字音视频信号解码单元，经网络交换单元从以太网上接收数字音视频信号进行解码，并输出模拟音视频信号给功率放大单元；

车辆接口装置中的功放单元，对从解码单元输入的音视频信号进行放大，并输出驱动外部的扬声器和LCD显示器。

3、根据权利要求2所述的一种音视频压缩编码单元，其特征在于对输入

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的模拟音视频信号压缩编码，支持H.264或MPEG4和MPEG1的压缩编码格式。

4、根据权利要求2所述的一种数字音视频信号解码单元，其特征在于支持H.264或MPEG4和MPEG1的压缩编码格式。

5、根据权利要求2所述的一种列车广播系统，其特征在于对音频和视频信号同时编码、传送和解码，实现全数字化的广播信号传输方式。

6、一种数字化列车广播系统的实现方法, 其特征在于含有以下步骤； 步骤1、系统主机中的音视频编码器通过DM355芯片对输入的模拟音视频信号进行采样，并按照预先设置的参数进行编码，然后通过数据接口将压缩后的MPEG4数据送至ARM中央处理器CPU；

步骤2、CPU在收到数据后，将数据按要求进行封装后传送到以太网络上； 步骤3、车辆接口装置中的音视频编解码器的CPU通过网络接口接受网络上的MPEG4数据包，并将其转换成DM355芯片可识别的数据格式通过数据接口传送给DM355，由其进行解码后转换成模拟的音视频信号，并通过外围电路输出并驱动终端设备显示器或扬声器。

7、根据权利要求6所述的一种数字化列车广播系统的实现方法, 其特征在于步骤1中有视频采集模块对输入的模拟视频信号按BT656格式进行转换，转换后的信号时钟频率为24.576MHz；音频采集模块对输入的模拟音频信号按16KHz进行采样；信号发送到芯片DM355后，分别按H.264或MPEG4格式和MPEG1格式进行压缩编码，然后再通过数据接口将压缩后的数据送至中央处理器CPU的步骤。

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8、根据权利要求6所述的一种数字化列车广播系统的实现方法, 其特征在于步骤2中有CPU在收到压缩后的音视频数据后，按网络传输的要求，如速率、带宽、帧率，对数据进行封装处理后传送到以太网络上的步骤。

9、根据权利要求6所述的一种数字化列车广播系统的实现方法, 其特征在于步骤3中有车辆接口装置中的音视频编解码器的CPU按封装的格式进行解包，将其中按H.264或MPEG4格式和MPEG1格式编码的音视频数据通过数据接口传送给DM355进行解码的步骤。

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说 明 书 摘 要

一种数字化列车广播系统及实现方法，有电源模块、音视频数字化编码模块和网络交换模块；车辆接口装置包括有电源模块、数字化音视频解码模块，数字化音视频解码模块从以太网络上接收数字化音视频信号，解码并转换成模拟音视频信号后播放到车厢内的音视频终端上，为全列车提供音视频广播功能，音视频质量得到极大改善。本发明数字编码后的音视频数字信号，经网络交换模块在以太网络上传输，可有效避免传输线路和环境的干扰，保证信号在接收端可靠地解码还原成模拟信号，驱动车厢内的音视频终端设备。本发明音视频的信号质量得到加大提升，视频信号可达到720*576的图像分辨率相当于DVD的画面质量，远高于目前在列车上现有的模拟音视频信号质量。

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摘 要 附 图

5636365主机PCU以太网络以太网络以太网络主机PCU车辆接口装置VIU车辆接口装置VIU车辆接口装置VIU欢迎使用扬声器扬声器扬声器欢迎使用控制面板DCPLCD显示器LCD显示器LCD显示器控制面板DCP司机室412车厢872车厢872车厢81司机室4

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摘 要 附 图

5636365主机PCU以太网络以太网络以太网络主机PCU车辆接口装置VIU车辆接口装置VIU车辆接口装置VIU欢迎使用扬声器扬声器扬声器欢迎使用控制面板DCPLCD显示器LCD显示器LCD显示器控制面板DCP司机室412车厢872车厢872车厢81司机室4

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