基于ARM+3G技術(shù)的無線車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)

廣西盛源行電子信息有限公司 謝世逸

東風(fēng)柳州汽車有限公司 陳 來

基于ARM+3G技術(shù)的無線車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)

廣西盛源行電子信息有限公司 謝世逸

東風(fēng)柳州汽車有限公司 陳 來

在對(duì)車載視頻監(jiān)控功能需求分析的基礎(chǔ)上，本文提出基于ARM以及3G技術(shù)的無線車載監(jiān)控系統(tǒng)方案，通過系統(tǒng)的前端、后端進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，并對(duì)構(gòu)成系統(tǒng)的核心芯片、攝像裝置、存儲(chǔ)設(shè)備等硬件進(jìn)行詳細(xì)描述，并對(duì)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)部分也進(jìn)行了陳述。

車載；3G；監(jiān)控；遠(yuǎn)程

1.引言

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷進(jìn)步，汽車逐步得到普及，人們?cè)谠絹碓蕉嗟膱?chǎng)合中使用汽車，作為代步或生產(chǎn)工具，與此同時(shí)，汽車作為個(gè)人或企業(yè)的資產(chǎn)，在停放或行車過程中，其安全性也得到日益重視，市場(chǎng)上出現(xiàn)了以GPS定位為主要監(jiān)控手段的車載智能終端設(shè)備，但伴隨著信息技術(shù)的高速更新，汽車的使用者不再滿足于僅了解汽車的位置，還需要知道汽車的行駛狀態(tài)，以及汽車在停放、行駛過程中，車輛周邊的實(shí)時(shí)視頻信息，并錄制或上傳至遠(yuǎn)程后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中，使車輛的擁有者或管理者能夠動(dòng)態(tài)的了解車輛的信息。

本文基于上述的應(yīng)用背景，對(duì)車載的智能終端系統(tǒng)進(jìn)行深入研究，該系統(tǒng)除了實(shí)現(xiàn)基本GPS定位、導(dǎo)航、媒體播放等功能外，還在ARM平臺(tái)上，以3G以及視頻采集、壓縮技術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)視頻監(jiān)控功能。

2.車載無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)概述

本系統(tǒng)作為車載智能移動(dòng)終端的一個(gè)子系統(tǒng)，主要采用ARM硬件平臺(tái)，并結(jié)合嵌入式Linux操作系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)，外圍硬件包括GPS模塊、WCDMA模塊、RFID無線射頻模塊等，通過開發(fā)應(yīng)用程序，并將其編譯至嵌入式系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)視頻的采集、壓縮、傳輸，并與后臺(tái)服務(wù)中心互動(dòng)通信等功能。

3.系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

本文提出的無線車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)，核心技術(shù)包括視頻采集、數(shù)據(jù)壓縮處理、無線傳輸?shù)葞讉€(gè)方面，與車載智能終端其它硬件模塊配合，從而實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的硬件控制功能。

系統(tǒng)從整體上可分為前端、后端兩大部分，前端主要是指以ARM處理器為核心的硬件平臺(tái)，配合攝像頭、WCDMA通信模塊、存儲(chǔ)模塊等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的采集、編碼壓縮、存儲(chǔ)、車內(nèi)顯示、以及通過RTP（實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議）進(jìn)行封裝并通過完成數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程無線傳輸任務(wù)。后端主要是指通過互聯(lián)網(wǎng)，完成接收視頻數(shù)據(jù)并進(jìn)行解碼、顯示、存儲(chǔ)等功能，并根據(jù)應(yīng)用需求，向前端發(fā)送控制指令，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的車輛遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控目的，系統(tǒng)框圖如下圖1所示。

系統(tǒng)的具體工作流程是，通過攝像機(jī)采集的視頻信號(hào)，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后生成標(biāo)準(zhǔn)的CCIR-656數(shù)字視頻格式，經(jīng)過iMX27核心芯片編碼壓縮后，即可得到H.264視頻流，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定，在將這些編碼后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在車載移動(dòng)終端中的同時(shí)，也通過流媒體服務(wù)軟件將其封裝為RTP數(shù)據(jù)格式，再通過3G無線通信模塊，發(fā)送給后端服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行進(jìn)一步處理與應(yīng)用。

4.系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)

4.1 硬件平臺(tái)選擇

系統(tǒng)中，核心處理器既是車載智能終端的核心，又是視頻處理的主要部件，因此，系統(tǒng)采用飛思卡爾推出的iMX27芯片，利用其H.264硬件編解碼模塊可在車載智能終端上實(shí)現(xiàn)MPEG4、H.263及H.264視頻流的高效處理，并使智能終端產(chǎn)品達(dá)到D1(DVD畫面質(zhì)量，720×480的屏幕分辨率)分辨率。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

iMX27在處理H.264的同時(shí)占用極少的CPU的資源并提高了視頻處理的性能，使核心有更多資源進(jìn)行其它的應(yīng)用，例如GPS定位與導(dǎo)航、RFID無線射頻識(shí)別等，另外，iMX27還具備非常靈活和豐富的標(biāo)準(zhǔn)接口、串行端口和擴(kuò)展端口，實(shí)現(xiàn)與多種外部設(shè)備的連接，包括攝像頭、顯示器，還可以使用Wi-Fi、藍(lán)牙實(shí)現(xiàn)即插即用及無線互連的功能，通過增加適當(dāng)?shù)耐鈬K，即可實(shí)現(xiàn)GPS定位、通信等應(yīng)用。

4.2 系統(tǒng)前端硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)前端硬件主要包括攝像裝置、iMX27視頻處理平臺(tái)、存儲(chǔ)設(shè)備、3G無線通信模塊以及相應(yīng)的外圍電路構(gòu)成。

攝像裝置采用深圳世國(guó)公司的SGMCEX-M(3D)車載防爆紅外攝像儀，該設(shè)備具有低照度、高清晰、功耗低的特點(diǎn)，搭載最新SONY第二代EFFIO Super HAD/Exview HAD方案超高像素的960H(PAL:976*582)CCD，模擬攝像機(jī)清晰度最高可以達(dá)到700TVL，同時(shí)最低照度低至彩色0.001Lux@F1.2，動(dòng)態(tài)范圍大于75dB，體積小巧、重量輕、安裝靈活，配合本系統(tǒng)，具有較好的實(shí)用效果。

存儲(chǔ)設(shè)備分為兩部分，一部分采用NVND FLASH作為存儲(chǔ)系統(tǒng)軟件及數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元，以及采用DDRAM作為軟件運(yùn)行所需的內(nèi)部存儲(chǔ)器，另一部分是是采用USB接口大容量存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)容量為32G，通過高速接口（High Speed）連接至核心硬件平臺(tái)上，主要為視頻的本地存儲(chǔ)提供空間。

3G通信部分，采用華為EM770W（WCDMA）無線模塊，支持HSPA(HSPA data rate-7.2 Mbps DL/2 Mbps UL)，該模塊接口為mini PCIE，52個(gè)引腳，引腳中對(duì)外數(shù)據(jù)接口包含一個(gè)全串口UART1，一個(gè)四線串口UART2，一個(gè)USB2.0。EM770W與ARM芯片連接有兩種方式：一種是通過UART1，速度只能達(dá)到115.200KBPS，第二種方式是通過USB和ARM芯片連接，此方式適合大量數(shù)據(jù)傳輸，速率更快，本文即采用第二種方式，為視頻遠(yuǎn)程傳輸提供穩(wěn)定可靠的高速無線通信支持。

5.軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

5.1 前端軟件程序設(shè)計(jì)

完成前端硬件平臺(tái)的搭建后，首先，需要根據(jù)處理器及其外圍設(shè)備各引腳的定義，對(duì)嵌入式操作系統(tǒng)的內(nèi)核進(jìn)行裁剪，通過加載設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的方式，使其支持系統(tǒng)的各組成模塊，并在此基礎(chǔ)上，調(diào)用Linux中有關(guān)視頻設(shè)備應(yīng)用程序接口（API，即Video4Linux）進(jìn)行開發(fā)的應(yīng)用程序，該程序主要完成視頻數(shù)據(jù)的采集、編碼工作。

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸功能，同樣需求對(duì)Linux內(nèi)核進(jìn)行重新配置，使其對(duì)PPP協(xié)議提供支持，再將pppd撥號(hào)軟件移植至操作系統(tǒng)中，對(duì)撥號(hào)的腳本進(jìn)行修改，在華為3G通信模塊的硬件支持下，實(shí)現(xiàn)撥號(hào)上網(wǎng)，數(shù)據(jù)的傳輸提供可能。

5.2 后端軟件程序設(shè)計(jì)

后端應(yīng)用軟件，是系統(tǒng)的監(jiān)控管理平臺(tái)，主要負(fù)責(zé)視頻數(shù)據(jù)的接收，解碼H.264視頻數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)回放等功能，并實(shí)現(xiàn)對(duì)車載移動(dòng)終端的控制，接收終端的反饋信息等操作。

監(jiān)控中心通過互聯(lián)網(wǎng)與車載移動(dòng)終端進(jìn)行連接，并接收視頻數(shù)據(jù)，后臺(tái)接收到數(shù)據(jù)后，首先判斷是否是為RTP數(shù)據(jù)包，如果不是，則丟棄，如果是，則首先打開該數(shù)據(jù)包的頭部，對(duì)前端發(fā)送過來的數(shù)據(jù)類型進(jìn)行辨識(shí)并獲得視頻的屬性信息，接著對(duì)該數(shù)據(jù)包進(jìn)行解壓縮，調(diào)用視頻播放進(jìn)程進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)回放，在播放過程中，采用雙緩沖池技術(shù)，以保證視頻的流暢播放，對(duì)前端的控制信息，則封裝在發(fā)給前端的RTCP數(shù)據(jù)包中。

最后，為使監(jiān)控人員便于操作，還根據(jù)人機(jī)界面開發(fā)原則，進(jìn)行統(tǒng)一操作界面的開發(fā)，把所有常用功能集成在一個(gè)可視化窗口中，操作人員可輕松完成車輛定位、視頻監(jiān)控、視頻回放、存儲(chǔ)備份等操作。

6.結(jié)語

本文在以iMX27為核心的ARM平臺(tái)上，通過對(duì)攝像裝置、存儲(chǔ)系統(tǒng)、3G通信模塊等硬件設(shè)備的集成，并對(duì)嵌入式Linux操作系統(tǒng)的移植與編譯，應(yīng)用程序的開發(fā)等，為車載移動(dòng)智能終端增加了車輛遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車輛內(nèi)外場(chǎng)景的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并通過采用H.264編解碼技術(shù)、RTP/RTCP實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議，使系統(tǒng)具備良好的先進(jìn)性、穩(wěn)定性和可靠性，有較廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

[1]李潺,郭志濤,李偉超,劉玉佳.基于Hi3515嵌入式系統(tǒng)的無線車載監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件,2012,29(9):252-254.

[2]劉丙濤.3G無線車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2012(18):22.

謝世逸（1973—），男，廣西柳州人，廣西盛源行電子信息有限公司工程師，研究方向：汽車電子技術(shù)、道路運(yùn)輸監(jiān)控平臺(tái)、車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

陳來（1987—），男，廣西柳州人，東風(fēng)柳州汽車有限公司助理工程師，研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、汽車電子技術(shù)、車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。