一种地铁列车广播音量自动调节方法.pdf

一种地铁列车广播音量自动调节方法，属于嵌入式计算机领域。该方法由噪音检测模块和音量调节模块两部分组成。噪音检测模块利用安装在客室内的多个噪音检测装置，实时检测每节客室内各点的噪音值；主控制器利用MVB总线通信机制，接收各噪音检测装置发送的噪音值；最后，将这些噪音值按照客室号存储在主控制器中。音量调节模块首先读取存储在主控制器内的各客室的全部噪音值；再根据客室噪音与客室广播音量的线性关系，计算得到每个噪音检测装置对应的广播音量值；最后在每个客室内，取各广播音量值的平均数，将此数发送给本客室的所有喇叭。本发明能够根据客室中噪音情况自动调节广播音量，在地铁乘客信息系统中起到重要作用。

1.  一种地铁列车广播音量自动调节方法，包括噪音检测模块和音量调节模块，其特征在于：
噪音检测模块主要负责列车客室噪音的检测与记录；模块开始运行后，首先启动Log记录子模块，进行程序运行过程中相关调试信息的打印与存储；然后读取配置文件中AMP音量调节所需参数a和b；接下来初始化MVB网卡并检查是否成功，如果初始化失败则重启MVB网卡，再进行初始化；MVB网卡的初始化主要涉及到网卡的打开和网卡状态的配置；然后，初始化MVB端口，包括端口的大小、端口的地址和端口数据的存储格式；创建MVB数据读写线程，进行MVB数据的接收和发送，即接收ANM采集的噪音值和发送客室音量给AMP；最后，判断ANM是否正常在线，若正常在线则接收ANM噪音值并按照客室号顺序存储，否则循环检测ANM是否正常在线；
音量调节模块主要负责音量值的计算和设定；在噪音检测模块得到当前噪音值之后，应检查当前是否有广播，有广播时ANM会受广播语音的影响，ANM检测的噪音值将不能正常反映客室实际噪音值，因此返回再次判断ANM是否正常在线；如果无广播，则读取客室对应位置的ANM噪音值，利用算法公式计算发给客室AMP的音量值y；该公式为y＝ax+b，其中参数a和b由实验计算得到，x为经过公式计算后的ANM噪音值，由公式x＝10*log(x₀/16)求得，其中x₀为ANM噪音值；最后利用MVB总线通信协议，将计算出的音量值y，发送给对应客室的所有AMP。

一种地铁列车广播音量自动调节方法
技术领域
本发明属于嵌入式计算机领域，涉及一种地铁列车广播音量自动调节方法。
背景技术
城市地铁交通是指具有固定线路，铺设有固定轨道，并配备有运输车辆及服务设施的公共交通的总称，它具有节能环保、快捷高效和安全舒适的优点。一列地铁列车由2节司机室和若干节客室组成。在地铁列车中，运行着一套乘客信息系统PIS(Passenger Information System)。PIS内部集成了网络和多媒体技术，为地铁乘客和工作人员提供地铁运营信息和多媒体信息，有效的提高了城市轨道交通的运行质量和市场竞争力。PIS整体结构如图1所示，主要由列车广播与视频控制单元ACSU(Announcement Control System Unit)和客室广播与视频控制单元PACU(Passenger Announcement Control Unit)两部分组成。ACSU配置在司机室控制机柜中，其内部顺序安放了电源控制卡、视频编码器Encoder、广播主控制卡Controller、以太网交换机、MVB交换机(Multifunction Vehicle Bus Switch)和视频播放器MP(Media Player)，外部挂载了触摸显示屏TLCD(CCTV Touch LCD)和司机室广播控制单元DACU(Driver Audio Communication Unit)。PACU配置在客室控制机柜中，其内部主要包括了电源控制卡、视频解码器Decoder、广播客室控制卡Controller、以太网交换机、MVB交换机和功率放大器AMP(Amplifier)，外部挂载了乘客紧急通信单元PECU(Passenger Emergency Communication Unit)和LCD显示屏。在ACSU和PACU中，电源控制卡的主要功能是提供直流电源，Encoder的主要功能是负责视频编码，广播主控制卡Controller(后面记为ACSU Controller)主要功能是控制整个PIS系统，以太网交换机的主要功能是完成以太网数据传输，MVB交换机的主 要功能是完成MVB总线数据传输，MP的主要功能是完成视频的控制，TLCD的主要功能是显示车内摄像头画面、设置广播音量和设置列车运行路线，DACU的主要功能是处理司机与司机的对讲和司机与乘客的对讲，Decoder的主要功能是解析视频编码，广播客室控制卡Controller的主要功能是负责客室MVB数据的处理，AMP的主要功能是控制音频播放，PECU的主要功能是完成乘客与司机对讲，LCD显示屏的主要功能是播放视频和显示站点信息。ACSU Controller的硬件结构如图2所示，主要包括XC7Z010、485转MVB模块、RS232、DC/DC模块、88E1512、DDR、USB模块和NOR Flash。其中XC7Z010是控制芯片，内部集成了ARM和FPGA，FPGA提供底层MVB协议和串行总线通信接口，ARM内部移植了Linux内核和文件系统；485转MVB模块提供将485总线接口转变为MVB总线接口的功能；RS232提供串行通信接口；DC/DC模块提供电源；88E1512是以太网PHY芯片，提供以太网通信功能；DDR提供程序运行所需内存；USB模块提供USB通信接口；NOR Flash存储系统启动参数。ACSU Controller的主要职责是控制整个列车的语音广播和视频显示。
PIS可分为数字广播子系统、乘客信息显示子系统和闭路电视监视子系统三个部分。其中数字广播子系统包含了站点广播、人工广播和司机对讲。站点广播包括列车运行过程中，ACSU Controller根据列车信号触发的离站广播、预到站广播、到站广播和开关门的语音提示广播，为乘客提供列车运行中的站点实时信息。人工广播是指在发生临时停车或火灾等特殊情况时，司机通过DACU来触发面向客室的广播，以便在紧急情况下能够及时正确的引导乘客。司机对讲是指列车两端驾驶室司机通过DACU实现的语音对讲。在列车正常运营的过程中，站点广播的播放次数最为频繁，它必须准确无误的将站点提示信息传达给每位乘客，因此站点广播也是最为重要的广播类型。ACSU Controller通过列 车信号触发，执行相应的站点广播操作，读取存储卡中的语音文件，利用MVB协议将其发送给每节客室的AMP，AMP将其转换成电信号并放大，通过喇叭播放出去。PIS对站点广播的控制主要包括播放内容和播放音量两个方面。考虑到列车运行时，会受到各种各样噪音的影响，当列车音量偏大时可能会影响乘客乘车情绪，当音量偏小的时候又可能会导致乘客无法及时获得正确的站点信息，因此播放音量的准确控制非常关键。传统固定音量和司机手动调节音量的方案，均无法满足列车复杂环境的苛刻要求，这就需要一种全新的音量自动调节方法。本发明涉及到的音量调节方法就是一种地铁列车音量自动调节解决方法，它可以自动检测每节客室的噪音情况，据此进行列车广播音量的精确自动控制。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种地铁列车广播音量自动调节方法，在无需司机手动操作的情况下，通过检测每节客室的噪音情况，自动调节广播音量，使音量值始终维持在适中水平。
本发明的技术方案：
本发明增加了噪音检测装置ANM(Announcement Noise Monitor)。其安装在PACU机箱的MVB交换机上，与PECU串联排列。ANM的主要功能是检测客室噪音值并将噪音值反馈给ACSU Controller。ANM的硬件结构如图3所示，主要包括FPGA、NOR Flash、485转MVB模块、AIC23音频模块、光耦模块、电源模块和复位模块。其中，FPGA为控制芯片；NOR Flash存储系统启动参数；485转MVB模块提供MVB通信接口；AIC23音频模块负责噪音采集；光耦模块负责电气隔离；电源模块提供电源；复位模块提供FPGA复位功能。
音量自动调节方法整体流程如图4所示，主要包含两个模块，噪音检测模块和音量调节模块。
噪音检测模块主要负责列车客室噪音的检测与记录。模块开始运行后，首先启动Log记录子模块，进行程序运行过程中相关调试信息的打印与存储；然后读取配置文件中AMP音量调节所需参数a和b；接下来初始化MVB网卡并检查是否成功，如果初始化失败则重启MVB网卡，再进行初始化。MVB网卡的初始化主要涉及到网卡的打开和网卡状态的配置。然后，初始化MVB端口，包括端口的大小、端口的地址和端口数据的存储格式；创建MVB数据读写线程，进行MVB数据的接收和发送，即接收ANM采集的噪音值和发送客室音量给AMP。最后，判断ANM是否正常在线，若正常在线则接收ANM噪音值并按照客室号顺序存储，否则循环检测ANM是否正常在线。
音量调节模块主要负责音量值的计算和设定。在噪音检测模块得到当前噪音值之后，应检查当前是否有广播，有广播时ANM会受广播语音的影响，ANM检测的噪音值将不能正常反映客室实际噪音值，因此返回再次判断ANM是否正常在线。如果无广播，则读取客室对应位置的ANM噪音值，利用算法公式计算发给客室AMP的音量值y。该公式为y＝ax+b，其中参数a和b由实验计算得到，x为经过公式计算后的ANM噪音值，由公式x＝10*log(x₀/16)求得，其中x₀为ANM噪音值。最后利用MVB总线通信协议，将计算出的音量值y，发送给对应客室的所有AMP。
本发明的有益效果在于列车运行过程中，ANM设备可以准确检测到每节客室的噪音值，并实时传送给ACSU Controller，由ACSU Controller控制每节客室的播放音量，使客室的音量调节由原来的手动调节变为无需人工操作的全自动调节，简化了音量调节操作，提高了音量调节精度。
附图说明
图1是本发明的PIS整体结构图。
图2是本发明的ACSU Controller硬件结构框图。
图3是本发明的ANM的硬件结构框图。
图4是本发明的音量自动调节方法流程图。
图5是本发明的噪音检测模块流程图。
图6是本发明的音量调节模块流程图。
具体实施方式
以下结合发明内容和说明书附图详细说明本发明的具体实施方式。
(1)噪音检测模块
如图5所示，ACSU Controller启动后，调用Log记录子模块，读取存储卡中的log.txt文件，判断文件大小，如果文件大于30MB，则按照文件内容写入的时间，将时间靠后的部分转移到备份的log文件中。然后，将log文件的写入操作封装为流操作，以便其它模块调用。接下来读取ANM_SETTING.txt文件中的参数a和b，并按照客室号分别存储在系统中，其中a和b为音量调节中公式y＝ax+b的系数。接着，初始化MVB网卡，包括FPGA底层协议的初始化和MVB网卡设备的打开，如果MVB网卡初始化失败，则等待50ms，然后重新执行MVB网卡初始化操作，直到MVB网卡正确启动。
音量调节涉及到的所有MVB设备，其通信协议均为MVB通信协议，每个设备上均有数个MVB端口，用于发送和接收MVB数据。接下来初始化3个MVB端口，分别为ANM发送给ACSU Controller的端口，记作ANM_TO_ACSU，AMP发送给ACSU Controller的端口，记作AMP_TO_ACSU，以及ACSU Controller发送给AMP的端口，记作ACSU_TO_AMP。其中端口ANM_TO_ACSU的数据内容包括客室噪音值、生命周期信号和ANM功能使能信号，端口AMP_TO_ACSU的数据内容主要为AMP的生命周期信号，端口 ACSU_TO_AMP的数据内容主要为客室喇叭的音量值。这些MVB端口的参数包括端口大小、端口周期和端口地址。系统运行后，会将这些端口参数写入FPGA，以便FPGA周期性的收发MVB数据，完成各设备间的MVB通信。
端口初始化完毕后，系统创建MVB数据的读写线程，在读写线程中调用FPGA读写函数，处理各个端口的MVB数据；在端口数据更新时，根据数据变化创建相应的事件类型，并将其压入事件队列中，由事件处理机调用对应事件类型的处理函数进行处理。然后，判断ANM是否在线，如果不在线，则循环检测，直到ANM在线为止。如果ANM在线，则读取ANM噪音值，将最近n个噪音采样值存储在动态数组M中，若读取失败则将故障内容和故障时间写入log文件，并重新初始化MVB网卡。其中，参数n为噪音采样值的个数，ANM_TO_ACSU端口的周期为128ms，在一秒内可采样点数最多为8个。采样的时间越长，采样的点数越多，这样计算得出的音量值越能正确反映出客室噪音情况，因此可以通过调节n来提高音量的控制精度。
(2)音量调节模块
如图6所示，模块启动后，判断当前系统是否正在进行广播操作，如果正在广播，客室内的音量较大，会使ANM噪音值也偏大，此时计算噪音值则会导致正反馈，使AMP的音量值很快达到上限，因此需要返回继续判断系统当前是否正在进行广播操作，循环进行，直到广播停止为止。如果系统当前没有进行广播，则读取ANM噪音值，判断其是否为0，若为0则将其设置为-2，该值为客室以平均音量播放广播时ANM噪音值。若该噪音值不为0，则利用公式x＝10*log(x₀/16)，得到转换后的噪音值x，再将x带入公式y＝ax+b，得到的结果y即为该ANM所测噪音值对应的播放音量值。公式中，参数a和b由实验获取，实验步骤如下：①在列车车门关闭的情况下，通过喇叭以一定的AMP音量值， 持续播放1KHz正弦波，模拟客室内部噪音；②利用音量计在客室中央，距离地面1米处测量几组噪音的分贝值；③对应存储ANM采集到的噪音值；④调节AMP音量值，重复上述实验，得到6组不同音量值下音量计采集的分贝值和ANM噪音值；⑤由于音量计采集的分贝值和ANM噪音值为线性关系，根据所得数据，利用最小二乘法，计算得到参数a和b。接下来，对每节客室中ANM噪音值对应的音量值y取平均值，得到一个音量参考值。考虑到实际因素，列车客室广播音量不能过小或过大，AMP所控制的喇叭音量值应在一个区间内，实际测得的实验客室音量值区间为102～127，转换成分贝值为78dB～103dB，因此需要判断计算的音量值是否在这个区间，如果超过了最大值127则记为127，如果低于最小值102则记为102。最后，调用MVB数据发送函数，将其发送给对应客室的所有AMP，使得在下一次广播来临时，喇叭播放的音量值为一个合适的值。