一种支持5G音视频调度通信的机车CIR设备及调度通信方法与流程

一种支持5g音视频调度通信的机车cir设备及调度通信方法
技术领域
1.本发明涉及机车无线通信技术领域，尤其是涉及一种支持5g音视频调度通信的机车cir设备及调度通信方法。


背景技术：

2.用于铁路移动通信的gsm-r系统是基于公网gsm发展起来的专用通信系统，具有典型的数字窄带无线通信特点，主要用于语音通信、低速数据通信。随着5g技术逐步与垂直行业的深度融合，铁路行业也在积极探索和尝试5g技术在铁路通信中的应用研究。调度通信作为铁路日常运营管理的关键业务系统，也将在铁路5g专网中得到应用发展。铁路5g调度通信除了支持gsm-r既有的语音调度通信功能外，还将出现视频调度通信等新业务。
3.由于5g音视频业务对cir设备的总线带宽和处理能力都有较高的要求，既有机车综合无线通信设备(cir)采用十多年前的基于单片机加串口总线的总体思想来设计的，无法通过只升级软件来支持5g音视频调度通信的功能。如果对cir设备进行全新的设计，将无法兼容既有在线运行的cir设备，最终导致既有cir设备的整体替换，无法保护既有cir设备的投资。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种为机车提供高质量音视频通信、改造成本低、方便快捷、通用性强的支持5g音视频调度通信的机车cir设备及调度通信方法。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.一种支持5g音视频调度通信的机车cir设备，所述的cir设备包括设有主控单元的cir主机和操作显示终端mmi，所述的cir主机包括背板，所述的主控单元包括底板和核心板；所述的核心板安装在底板上；所述的底板通过插座与背板相接；所述的底板上设有第一以太网口和第二以太网口；所述的操作显示终端mmi包括第一操作显示终端和第二操作显示终端；所述的第一以太网口接入第一操作显示终端；第二以太网口接入5g通信模块；所述的第二操作显示终端与第一操作显示终端级连。
7.优选地，所述的cir主机还包括机框、a子架和b子架；所述的a子架和b子架分别安装在机框上；所述的主控单元安装在a子架上；
8.所述的a子架上安装有分别与主控单元相连的电源单元、高速数据单元、gsm-r话音单元、gsm-r数据单元、卫星定位单元和记录转接单元；
9.所述的b子架上安装有450mhz机车电台单元、lbj报警单元和接口单元；所述的450mhz机车电台单元、lbj报警单元通过接口单元及背板与主控单元通信。
10.优选地，所述的a子架设有插槽；所述的主控单元通过插槽与a子架进行插拔式连接。
11.优选地，所述的核心板包括：
12.核心板cir内部通信协议处理模块，用于处理音视频调度操作信令信息，实现cir音视频调度业务内部协议处理，并将内部协议转换成5g音视频调度控制操作，实现与5g音视频调度通信协议处理模块的通信；
13.核心板5g音视频调度通信协议处理模块，用于实现与cir内部通信协议处理模块的通信，同时与5g通信模块进行信令交互；
14.核心板rtp协议处理模块，用于与第一操作显示终端进行音频rtp流交互，同时将相应音频rtp流与主控单元的声卡驱动进行交互。
15.优选地，所述的第一操作显示终端包括：
16.操作显示终端人机交互模块，用于实现mmi的人机交互；
17.操作显示终端cir内部通信协议处理模块，用于与主控单元交互5g音视频调度业务信令和cir内部既有控制流；
18.操作显示终端amr-wb编解码模块，用于将音频码流进行pcm编码和amr-wb编码之间的转换；
19.操作显示终端h.264编解码模块，用于对视频码流进行h.264编解码操作；
20.操作显示终端rtp协议处理模块，用于对音视频码流进行打包以及从rtp包中抽取音视频码流。
21.一种用于上述任一项所述机车cir设备的5g音视频调度通信方法，所述的5g音视频调度通信方法包括：
22.5g信令流通信子方法，用于实现mmi、cir主机与5g通信模块三者之间信令流的交互；
23.5g媒体流通信子方法，用于实现mmi、cir主机与5g通信模块三者之间媒体流的交互；
24.既有控制流通信子方法，用于实现mmi、cir主机两者之间既有控制流的交互；
25.既有音频流通信子方法，用于实现mmi、cir主机两者之既有音频流的交互。
26.优选地，所述的5g信令流通信子方法具体为：
27.操作显示终端人机交互模块接收来自输入设备的指令，产生5g音视频调度业务操作指令，并将相关操作指令传输至操作显示终端cir内部通信协议处理模块；操作显示终端cir内部通信协议处理模块将相应的5g音视频调度业务操作指令转换为mmi与cir主机之间的内部通信协议信息，通过第一以外网口发送至主控单元；
28.主控单元内的核心板cir内部通信协议处理模块处理5g音视频调度业务操作指令，实现cir音视频调度业务内部协议处理，并将内部协议转换成5g音视频调度控制操作，并发送至核心板5g音视频调度通信协议处理模块；核心板5g音视频调度通信协议处理模块通过第二以太网口与5g通信模块进行通信，通过5g网络实现与5g音视频调度业务服务器的信令交互。
29.优选地，所述的5g媒体流通信子方法具体为：
30.主控单元将媒体流发送至5g通信模块的方法为：
31.第一操作显示终端将包含amr-wb语音的rtp包送到主控单元，核心板5g音视频调度通信协议处理模块将相应的语音rtp包转发到第二以太网口的特定udp端口，从而通过5g通信模块发送到5g网络和服务器；第一操作显示终端将包含h.264视频的rtp包送到主控单
元，核心板5g音视频调度通信协议处理模块将相应的视频rtp包通过第二以太网口的特定udp端口发送至5g通信模块；
32.主控单元从5g通信模块接收媒体流的方法为：
33.5g通信模块将语音rtp包发送到第二以太网口的特定udp端口，核心板5g音视频调度通信协议处理将相应的语音rtp包转发到第一以太网口的特定udp端口，从而将音频流转发到第一操作显示终端；5g通信模块将视频rtp包发送到第二以太网口的特定udp端口，核心板5g音视频调度通信协议处理模块将相应的视频rtp包转发到第一以太网口的特定udp端口，从而将音频流转发到第一操作显示终端；
34.第一操作显示终端将媒体流发送到主控单元的方法为：
35.第一操作显示终端的音频驱动从相应的音频通道进行音频采集和模数转换，形成pcm数字音频流，操作显示终端amr-wb编解码模块将音频码流进行从pcm编码到amr-wb编码的转换，操作显示终端rtp协议处理模块将arm-wb码流封装成rtp包，通过第一以太网口提供的特定udp端口，将音频rtp包发送到主控单元；第一操作显示终端通过视频驱动进行视频采集，形成数字视频码流，操作显示终端h.264编解码模块将视频码流编码成h.264格式，操作显示终端rtp协议处理模块将h.264码流封装成rtp包，通过第一以太网口提供的特定udp端口，将视频rtp包发送到主控单元；
36.第一操作显示终端从主控单元接收媒体流的方法为：
37.第一操作显示终端的操作显示终端rtp协议处理模块从第一以太网口的特定udp端口接收语音rtp包，从中抽取amr-wb语音数据流，并将语音数据转发给操作显示终端amr-wb编解码模块，操作显示终端amr-wb编解码模块将进行语音解码，形成pcm数据流输出到音频驱动，完成声音的播放；第一操作显示终端的操作显示终端rtp协议处理模块从第一以太网口的特定udp端口接收视频rtp包，从中抽取h.264视频流，并将h.264视频数据转发给操作显示终端h.264编解码模块，操作显示终端h.264编解码模块将进行视频解码，形成视频数据流输出到显示驱动，完成视频的播放。
38.优选地，所述的既有控制流通信子方法具体为：
39.核心板cir内部通信协议处理模块通过第一以太网口的特定udp端口与第一操作显示终端交互cir内部既有控制流，同时主控单元91将相应控制指令通过背板的接口与cir主机其它单元通信，实现主控单元与cir设备的兼容；
40.操作显示终端cir内部通信协议处理模块通过第一以太网口的特定udp端口与主控单元交互cir内部既有控制流，并通过操作显示终端人机交互模块实现人机交互，实现第一操作显示终端与cir设备的兼容。
41.优选地，所述的既有音频流通信子方法具体为：
42.核心板rtp协议处理模块通过第一以太网口的特定udp端口与第一操作显示终端交互cir内部既有音频rtp流，同时将相应音频rtp流与主控单元的声卡驱动交互，实现音频的模数/数模转换，再通过背板的接口与cir主机其它单元进行音频通信，实现主控单元与cir设备的兼容；
43.操作显示终端rtp协议处理模块通过第一以太网口的特定udp端口与主控单元交互cir内部既有音频流，完成数字音频流的rtp封装或解封，同时与第一操作显示终端的声卡驱动交互数字音频流，完成音频的采集和播放，实现第一操作显示终端与cir设备的兼
容。
44.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
45.一、为机车提供高质量音视频通信：本发明中的支持5g音视频调度通信的机车cir设备及调度通信方法支持更高质量的5g宽带视频(h.264)、语音(amr-wb)编解码，可以为机车提供更高质量的音视频通信体验。
46.二、改造成本低：本发明中的支持5g音视频调度通信的机车cir设备无需改变既有机车综合无线通信设备(cir)主机的总体架构，兼容既有cir主机的背板硬件设计，只需要更换主控单元和操作显示终端mmi，保护既有cir设备投资。
47.三、方便快捷：本发明中的支持5g音视频调度通信的机车cir设备只需要通过插拔的方式更换新的主控单元即可支持高质量5g音视频通信，对既有cir设备改造时方便快捷。
48.四、通用性强：本发明中的支持5g音视频调度通信的机车cir设备及调度通信方法用高性能硬件，音频编解码通过软件实现，可灵活支持今后其它类型的多媒体编码，通用性强。
附图说明
49.图1为本发明中cir设备的结构示意图；
50.图2为本发明中主控单元的结构示意图；
51.图3为本发明中第一操作显示终端的结构示意图；
52.图4为本发明中cir主机的结构示意图。
53.图中标号所示：
54.1、主控单元，2、机框，3、a子架，4、b子架，5、电源单元，6、高速数据单元，7、gsm-r话音单元，8、gsm-r数据单元，9、卫星定位单元，10、记录转接单元，11、450mhz机车电台单元，12、lbj报警单元，13、接口单元，14、第一操作显示终端，15、第二操作显示终端，101、底板，102、核心板，103、第一以太网口，104、第二以太网口，1021、核心板cir语音业务内部协议处理模块，1022、核心板5g语音呼叫控制协议处理模块，1023、核心板rtp协议处理模块，1024、核心板rtp协议处理模块，1401、操作显示终端人机交互模块，1402、操作显示终端cir内部通信协议处理模块，1403、操作显示终端amr-wb编解码模块，1404、操作显示终端h.264编解码模块，1405、操作显示终端rtp协议处理模块。
具体实施方式
55.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
56.一种支持5g音视频调度通信的机车cir设备，其结构如图1～4，cir设备包括设有主控单元1的cir主机和操作显示终端mmi，主控单元1包括底板101和核心板102，核心板102安装在底板101上，底板101通过插座与背板相接，底板101上设有第一以太网口103和第二以太网口104，操作显示终端mmi包括第一操作显示终端14和第二操作显示终端15，第一以太网口103接入第一操作显示终端14，第二以太网口104接入5g通信模块，第二操作显示终
端15与第一操作显示终端14级连。
57.现有cir设备的操作显示终端mmi是通过各自的线缆连接到接口单元的，带宽不足以支撑视频业务，本实施例通过两个级连的操作显示终端来满足音视频带宽需求，以降低对既有cir设备的改造难度，同时本实施例以第一操作显示终端14进行描述，因为本领域技术人员熟知第二操作显示终端15与第一操作显示终端14的连接与通信方法，本实施例不再赘述。
58.主控单元1的底板101采用型号为din4162的插座与既有cir主机背板连接，插座接口的定义遵循既有cir的各单元接口定义标准，实现与既有cir的其它各单元的连接，便于既有cir设备的平滑升级。主控单元1的底板101的前面板对外提供两个m12 female d coding的4芯插座形式的以太网口，第一以太网口103与第一操作显示终端14连接，第二以太网口104与外部5g通信模块连接。主控单元1的核心板102通过内部私有接口与主控单元1的底板101连接，实现5g音视频调度通信的信令流和媒体流的处理。
59.cir主机还包括机框2、a子架3和b子架4，a子架3和b子架4分别安装在机框2上，主控单元1安装在a子架3上。a子架3上安装有分别与主控单元1相连的电源单元5、高速数据单元6、gsm-r话音单元7、gsm-r数据单元8、卫星定位单元9和记录转接单元10；b子架4上安装有450mhz机车电台单元11、lbj报警单元12和接口单元13，450mhz机车电台单元11、lbj报警单元12通过接口单元13及背板与主控单元1通信。
60.a子架3设有插槽，主控单元1通过插槽与a子架3进行插拔式连接。
61.既有机车综合无线通信设备(cir)升级支持5g音视频调度通信业务，需要重新设计cir主机主控单元和cir设备的mmi，在实际工程中用新mmi和cir主机新主控单元对的相应单元进行替换，既有cir主机的其它单元不需要更换。
62.核心板102包括：
63.核心板cir内部通信协议处理模块1021，用于处理音视频调度操作信令信息，实现cir音视频调度业务内部协议处理，并将内部协议转换成5g音视频调度控制操作，实现与5g音视频调度通信协议处理模块1022的通信；
64.核心板5g音视频调度通信协议处理模块1022，用于实现与cir内部通信协议处理模块1021的通信，同时与5g通信模块进行信令交互；
65.核心板rtp协议处理模块1023，用于与第一操作显示终端14进行音频rtp流交互，同时将相应音频rtp流与主控单元1的声卡驱动进行交互。
66.第一操作显示终端14包括：
67.操作显示终端人机交互模块1401，用于实现mmi的人机交互；
68.操作显示终端cir内部通信协议处理模块1402，用于与主控单元1交互5g音视频调度业务信令和cir内部既有控制流；
69.操作显示终端amr-wb编解码模块1403，用于将音频码流进行pcm编码和amr-wb编码之间的转换；
70.操作显示终端h.264编解码模块1404，用于对视频码流进行h.264编解码操作；
71.操作显示终端rtp协议处理模块1405，用于对音视频码流进行打包以及从rtp包中抽取音视频码流。
72.本实施例还涉及一种用于所述机车cir设备的5g音视频调度通信方法，包括：
73.5g信令流通信子方法，用于实现mmi、cir主机与5g通信模块三者之间信令流的交互；
74.5g媒体流通信子方法，用于实现mmi、cir主机与5g通信模块三者之间媒体流的交互；
75.既有控制流通信子方法，用于实现mmi、cir主机两者之间既有控制流的交互；
76.既有音频流通信子方法，用于实现mmi、cir主机两者之既有音频流的交互。
77.5g信令流通信子方法具体为：
78.既有机车综合无线通信设备(cir)的第一操作显示终端14处理5g音视频调度业务的个呼、功能号呼、组呼、紧急呼叫等等操作，通过主控单元1的第一以太网口103实现cir设备内部5g音视频调度业务的信令收发。
79.操作显示终端人机交互模块1401接收来自输入设备的指令，产生5g音视频调度业务操作指令，并将相关操作指令传输至操作显示终端cir内部通信协议处理模块1402，操作显示终端cir内部通信协议处理模块1402将相应的5g音视频调度业务操作指令转换为mmi与cir主机之间的内部通信协议信息，通过第一以外网口103发送至主控单元1；
80.主控单元1内的核心板cir内部通信协议处理模块1021处理5g音视频调度业务操作指令，实现cir音视频调度业务内部协议处理，并将内部协议转换成5g音视频调度控制操作，并发送至核心板5g音视频调度通信协议处理模块1022，核心板5g音视频调度通信协议处理模块1022通过第二以太网口104与5g通信模块进行通信，通过5g网络实现与5g音视频调度业务服务器的信令交互。
81.5g媒体流通信子方法具体为：
82.主控单元1将媒体流发送至5g通信模块的方法为：
83.第一操作显示终端14将包含amr-wb语音的rtp包送到主控单元1，核心板5g音视频调度通信协议处理模块1022将相应的语音rtp包转发到第二以太网口104的特定udp端口，从而通过5g通信模块发送到5g网络和服务器，第一操作显示终端14将包含h.264视频的rtp包送到主控单元1，核心板5g音视频调度通信协议处理模块1022将相应的视频rtp包通过第二以太网口104的特定udp端口发送至5g通信模块；
84.主控单元1从5g通信模块接收媒体流的方法为：
85.5g通信模块将语音rtp包发送到第二以太网口104的特定udp端口，核心板5g音视频调度通信协议处理1022将相应的语音rtp包转发到第一以太网口103的特定udp端口，从而将音频流转发到第一操作显示终端14，5g通信模块将视频rtp包发送到第二以太网口10的特定udp端口，核心板5g音视频调度通信协议处理模块1022将相应的视频rtp包转发到第一以太网口103的特定udp端口，从而将音频流转发到第一操作显示终端14。
86.第一操作显示终端14将媒体流发送到主控单元1的方法为：
87.第一操作显示终端14的音频驱动从相应的音频通道进行音频采集和模数转换，形成pcm数字音频流，操作显示终端amr-wb编解码模块1403将音频码流进行从pcm编码到amr-wb编码的转换，操作显示终端rtp协议处理模块1405将arm-wb码流封装成rtp包，通过第一以太网口103提供的特定udp端口，将音频rtp包发送到主控单元1，第一操作显示终端14通过视频驱动进行视频采集，形成数字视频码流，操作显示终端h.264编解码模块1404将视频码流编码成h.264格式，操作显示终端rtp协议处理模块1405将h.264码流封装成rtp包，通
过第一以太网口103提供的特定udp端口，将视频rtp包发送到主控单元1；
88.第一操作显示终端14从主控单元1接收媒体流的方法为：
89.第一操作显示终端14的操作显示终端rtp协议处理模块1405从第一以太网口103的特定udp端口接收语音rtp包，从中抽取amr-wb语音数据流，并将语音数据转发给操作显示终端amr-wb编解码模块1403，操作显示终端amr-wb编解码模块1403将进行语音解码，形成pcm数据流输出到音频驱动，完成声音的播放，第一操作显示终端14的操作显示终端rtp协议处理模块1405从第一以太网口103的特定udp端口接收视频rtp包，从中抽取h.264视频流，并将h.264视频数据转发给操作显示终端h.264编解码模块1404，操作显示终端h.264编解码模块1404将进行视频解码，形成视频数据流输出到显示驱动，完成视频的播放。
90.既有控制流通信子方法具体为：
91.核心板cir内部通信协议处理模块1021通过第一以太网口103的特定udp端口与第一操作显示终端14交互cir内部既有控制流，同时主控单元91将相应控制指令通过背板的接口与cir主机其它单元通信，实现主控单元1与cir设备的兼容；
92.操作显示终端cir内部通信协议处理模块1402通过第一以太网口103的特定udp端口与主控单元1交互cir内部既有控制流，并通过操作显示终端人机交互模块1401实现人机交互，实现第一操作显示终端14与cir设备的兼容。
93.既有音频流通信子方法具体为：
94.核心板rtp协议处理模块1023通过第一以太网口103的特定udp端口与第一操作显示终端14交互cir内部既有音频rtp流，同时将相应音频rtp流与主控单元1的声卡驱动交互，实现音频的模数/数模转换，再通过背板的接口与cir主机其它单元进行音频通信，实现主控单元1与cir设备的兼容；
95.操作显示终端rtp协议处理模块1405通过第一以太网口103的特定udp端口与主控单元1交互cir内部既有音频流，完成数字音频流的rtp封装或解封，同时与第一操作显示终端14的声卡驱动交互数字音频流，完成音频的采集和播放，实现第一操作显示终端14与cir设备的兼容。
96.在主控单元1上安装有linux操作系统，上述软件流程部分均通过linux操作系统实现。
97.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。