《電子技術(shù)應(yīng)用》
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一種汽車安全與防御系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
EEworld
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摘要: 近年來嵌入式技術(shù)與Internet技術(shù)的結(jié)合,使嵌入式技術(shù)在遠(yuǎn)程控制、智能交通、電視會(huì)議、安防...
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Key words :

關(guān)鍵字:網(wǎng)絡(luò)攝像頭 視頻監(jiān)控 嵌入式 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器 汽車安防系統(tǒng)

  0 引言

  近年來嵌入式技術(shù)與Internet技術(shù)的結(jié)合, 使嵌入式技術(shù)在遠(yuǎn)程控制、智能交通、電視會(huì)議、安防等領(lǐng)域占有越來越重要的地位。隨著人們生活水平的提高及個(gè)人財(cái)富的積累, 汽車逐漸變成了人們出行旅游的普遍的交通工具, 同時(shí)汽車被盜案例也屢見不鮮。因此如何保證個(gè)人或者集體汽車就成為迫切需要解決的問題。這就促使我們開發(fā)一種更低成本、更方便的視頻監(jiān)控設(shè)備—車載安防系統(tǒng)來滿足有車大眾的需要。

  1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

  汽車安全與防御系統(tǒng)主要由視頻采集及處理模塊、3G無線上網(wǎng)卡、嵌入式Web Server、GSM模塊及客戶端瀏覽器組成。嵌入式Web Server由Samsung公司的ARM處理器S3c2440 和網(wǎng)絡(luò)芯片構(gòu)成。其攝像頭首先將采集到的圖像數(shù)據(jù)傳給視頻處理器, 由視頻處理器進(jìn)行壓縮編碼, 然后傳遞給ARM處理器, ARM處理器再將這幀數(shù)據(jù)與前一幀數(shù)據(jù)進(jìn)行比較, 如果相同, 即表明無移動(dòng)物體, 則丟棄該幀, 以節(jié)省存儲(chǔ)空間; 如果不相同則表明有移動(dòng)的物體, 處理器會(huì)把這幀數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來, 并啟動(dòng)GSM模塊發(fā)送報(bào)警短信。客戶端如果想及時(shí)了解車中的情況, 可以通過瀏覽器訪問到嵌入式的Web服務(wù)器來查看實(shí)時(shí)視頻。

  系統(tǒng)硬件主要有Samsung公司的ARM處理器S3c2440, 3G無線上網(wǎng)卡, 16/32位的ARM處理器實(shí)現(xiàn)了MMU、AMBA BUS 和Harvard高速緩存體系結(jié)構(gòu), 具有獨(dú)立的16KB指令Cache和16K B數(shù)據(jù)Cache。網(wǎng)絡(luò)芯片采用比較常用的Cs8900。

  SDRAM 選用兩片HY57 V561620 (32M) 。NORFLASH 選用AM29LV 160DB 。NAND FLASH選用32M的K9F 1208 芯片。視頻處理部分, 采用硬件的H.264編解碼器, 具體采用美國(guó)Q pixel公司的QL202B, 它是低功耗實(shí)時(shí)單片半雙工H.264/AVC編碼器。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

  2 軟件設(shè)計(jì)

  本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括: 嵌入式Linux操作系統(tǒng)的移植、視頻采集程序和動(dòng)態(tài)檢測(cè)程序的編寫、嵌入式Web Server的實(shí)現(xiàn)以及相關(guān)驅(qū)動(dòng)程序的編寫與移植。

  2.1 視頻采集的動(dòng)態(tài)檢測(cè)

  視頻采集及動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的原理如圖2所示。設(shè)定攝像頭視頻采集循環(huán)的周期為T, 系統(tǒng)初始化以后, 獲得的第一幀圖像就保存為背景圖像, 接下來每隔時(shí)間T采集一幀, 利用背景減除法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)。這種檢測(cè)方法是從視頻流中實(shí)時(shí)提取目標(biāo), 檢測(cè)出圖像序列中與運(yùn)動(dòng)的三維物體相關(guān)的點(diǎn), 濾除圖像中與運(yùn)動(dòng)對(duì)象無關(guān)的信息。

  該軟件使用QT/E的圖像處理類庫(kù)QImage process開發(fā)。首先循環(huán)采集兩幀圖像數(shù)據(jù), 進(jìn)行二值化處理后, 分別提取兩幅圖像的亮度作差。得到背景差分圖像后, 與設(shè)定的亮度閾值進(jìn)行比較, 如果未超過閥值則丟棄該幀。超過該值則觸發(fā)報(bào)警, 啟動(dòng)GSM模塊發(fā)送報(bào)警信息, 同時(shí)告知ARM處理器, 以便ARM處理器進(jìn)行后續(xù)的工作。

圖2 視頻采集流程圖

  2.2 嵌入式Web Server的軟件設(shè)計(jì)

  嵌入式Web Server的軟件設(shè)計(jì)構(gòu)建分為兩部分:

  (1) Linux服務(wù)器boa的配置與移植;

  (2) 嵌入式CGI的實(shí)現(xiàn)。嵌入式Web的工作流程圖如圖3所示。

圖3 嵌入式Web server工作流程圖

  1) boa的移植與配置

  Boa是一種單任務(wù)的Http服務(wù)器, 性能優(yōu)越且速度快, 可以到http://www.boa.org網(wǎng)站上下載一個(gè)主流版本的boa發(fā)行包上下載源代碼, 并進(jìn)行配置與移植。由于Boa的配置與移植方法在網(wǎng)上可以很容易查到, 這里就不再贅述了。

  2) 嵌入式CGI

  本設(shè)計(jì)就要求Web能夠動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)顯示和交互式操作, 傳統(tǒng)的靜態(tài)網(wǎng)頁(yè)不具備這樣的功能。為解決這個(gè)問題可以引入CGI (Common Gateway Interface),它是外部應(yīng)用擴(kuò)展應(yīng)用程序與WWW服務(wù)器交互的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口, 能實(shí)現(xiàn)Web的客戶端與服務(wù)器之間進(jìn)行交互式操作。通過CGI可以提供許多靜態(tài)的HTML網(wǎng)頁(yè)無法實(shí)現(xiàn)的功能, 比如搜索引擎、遠(yuǎn)程監(jiān)控、基于Web的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問等等。它還具有運(yùn)行速度快, 支持多種編程語(yǔ)言,與瀏覽器兼容等優(yōu)點(diǎn)。CGI實(shí)現(xiàn)客戶端與服務(wù)器交互的過程如圖4所示。

圖4 HTTP調(diào)用CGI過程圖

  3 結(jié)束語(yǔ)

  本系統(tǒng)只需打開任何一個(gè)瀏覽器輸入IP號(hào)就可以登錄嵌入式服務(wù)器, 觀看實(shí)時(shí)、或歷史車內(nèi)情況。其視頻截取圖片如圖5所示。

圖5 視頻截取圖

  本文所介紹的這種車載安防系統(tǒng)的方案具有便于安放的優(yōu)點(diǎn), 因此, 在汽車安防領(lǐng)域內(nèi)具有非常廣闊的市場(chǎng)前景, 只是有需要完善的地方,比如存儲(chǔ)的視頻的容量有限, 由于每臺(tái)機(jī)器都有一個(gè)獨(dú)立的I P, 比較占用I P 資源, 再者視頻信息量非常大, 3G無線上網(wǎng)卡傳輸率有限, 傳輸時(shí)會(huì)有幾秒的時(shí)延, 相信不久的將來, 隨著壓縮算法的技術(shù)和3G無線上網(wǎng)卡傳輸?shù)陌l(fā)展, IPV6協(xié)議的普及等問題都將迎刃而解。

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