摘 要:TMS320DM355 是TI 公司的一款高性能,低價格、針對于便攜性消費(fèi)電子應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一款處理器。本設(shè)計(jì)是以該處理器為平臺,采用CMOS 高清圖像傳感器,結(jié)合GPS 定位技術(shù)、CDMA 無線通訊技術(shù),實(shí)現(xiàn)車內(nèi)圖像、聲音及車輛位置信息的采集并無線發(fā)送的車輛安全監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)通過CMOS 圖像傳感器采集車內(nèi)圖像,GPS 模塊采集車輛位置信息,高質(zhì)量音頻ADC 采集車內(nèi)語音信息,并實(shí)現(xiàn)JPEG 及G.711 壓縮,以網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的形式通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至監(jiān)控中心,以進(jìn)行車輛信息的采集,管理及控制。本文主要介紹了整個系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及軟件的架構(gòu)方法。
隨著社會的飛速發(fā)展及人民生活水平的提高,乘坐出租車" title="出租車">出租車出行已經(jīng)成為日常出行的一種非常便捷且必不可少的出行方式。出租車在方便人們?nèi)粘I畹耐瑫r,其安全問題也日益被關(guān)注。如何保障司機(jī)的人身及財(cái)產(chǎn)安全,車輛的防盜與監(jiān)控自然是一個需要解決的問題。本系統(tǒng)即基于這個目標(biāo)而設(shè)計(jì)。
1系統(tǒng)簡介
系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的功能是在乘客乘坐時采集車內(nèi)高清圖片及車輛GPS 位置信息,實(shí)現(xiàn)圖片JPEG 壓縮與存儲,發(fā)送,以便對車輛運(yùn)行情況及時掌握;在報警的情況下,還可以采集實(shí)時音頻數(shù)據(jù),結(jié)合照片信息,為突發(fā)事件的及時處理提供可能,為案件的偵破提供可靠的證據(jù)。系統(tǒng)將采集到的GPS、圖像及音頻信號通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至監(jiān)控中心,由監(jiān)控中心處理數(shù)據(jù),并做出及時響應(yīng)。
2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)整體框架
本出租車安全監(jiān)控" title="安全監(jiān)控">安全監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控中心、網(wǎng)絡(luò)傳輸鏈路、車載監(jiān)控終端3 部分組成。車載監(jiān)控端實(shí)現(xiàn)車內(nèi)聲音、圖像、GPS 等數(shù)據(jù)的采集、壓縮處理等;網(wǎng)絡(luò)傳輸鏈路將是車載監(jiān)控終端所采集信息的傳輸鏈路,以實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控中心的連接;而監(jiān)控中心接收車載監(jiān)控終端所發(fā)送的數(shù)據(jù),并對聲音、圖像數(shù)據(jù),進(jìn)行解壓、顯示以及標(biāo)志車輛當(dāng)前位置地圖等;同時還可以有多個客戶端監(jiān)控計(jì)算機(jī)登陸監(jiān)控中心服務(wù)器來查看實(shí)時效果,但并不具有操作權(quán)限。整個系統(tǒng)的示意圖如圖1 所示。
圖 1 出租車安全監(jiān)控系統(tǒng)示意圖
2.1.車載監(jiān)控終端
車載終端采用德州儀器(TI)推出的達(dá)芬奇(DaVinci)系列處理器TMS320DM355" title="TMS320DM355">TMS320DM355 作為主處理器,進(jìn)行聲音、圖像及GPS 信息的采集,格式處理與發(fā)送。該處理器采用MJCP 硬件協(xié)處理器,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的壓縮,極大提高了系統(tǒng)實(shí)時性。定義報警及正常關(guān)門信號為中斷,在中斷信號的觸發(fā)下,通過接收CMOS 高清圖像傳感器采集的圖像信號,進(jìn)行JPEG 壓縮,實(shí)現(xiàn)對車內(nèi)圖像信息的采集;當(dāng)中斷為報警信號時啟動音頻模數(shù)轉(zhuǎn)換采集車內(nèi)聲音信息;GPS 信息實(shí)時采集,以標(biāo)志車輛目前位置;通過對這些信息的采集,并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸鏈路發(fā)送至監(jiān)控中心,供監(jiān)控中心作相應(yīng)處理。此外,當(dāng)監(jiān)控終端運(yùn)行異常時,其內(nèi)部的守護(hù)進(jìn)程會進(jìn)行監(jiān)視,適當(dāng)?shù)臅r候進(jìn)行重啟。
2.2.網(wǎng)絡(luò)傳輸鏈路
網(wǎng)絡(luò)傳輸鏈路負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸。針對車輛應(yīng)用的移動性,采用無線傳輸方式是非常必要的。目前,可以有多種無線傳輸方式可供選擇,例如:無線電臺、GPRS、CDMA 及各種3G標(biāo)準(zhǔn)方式。其中,無線電臺的成本較低,但其應(yīng)用范圍受到一定的限制;3G 標(biāo)準(zhǔn)是國內(nèi)無線傳輸速度最快的一種方式,但相應(yīng)價格也比較昂貴。鑒于圖像及聲音數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量比較小,此處選用CDMA 1X 作為無線傳輸?shù)慕橘|(zhì),其傳輸速率可達(dá)到153 kbps,完全滿足實(shí)時性需求,同時也降低了應(yīng)用成本。
2.3.監(jiān)控中心
監(jiān)控中心作為整個監(jiān)控系統(tǒng)的核心,接收各個監(jiān)控終端所發(fā)送的圖像、GPS 及聲音信息,根據(jù)發(fā)送信息做出及時響應(yīng),并實(shí)現(xiàn)本地存儲,以便查詢。監(jiān)控中心還需對車輛當(dāng)前位置進(jìn)行標(biāo)志,以實(shí)時跟蹤車輛運(yùn)行情況。監(jiān)控中心可以采用個人電腦或者工作站,通過綁定固定公網(wǎng)IP 或者NAT 方式,實(shí)現(xiàn)監(jiān)控終端的訪問,監(jiān)控電腦需安裝相應(yīng)監(jiān)控軟件以實(shí)現(xiàn)對信息的接收,解析與存儲。
3 車載監(jiān)控終端硬件平臺設(shè)計(jì)
終端采用TI 公司的DaVinci 系列TMS320DM355 為主處理器,外擴(kuò)CMOS 圖像傳感器、實(shí)時時鐘模塊、GPS 模塊、CDMA 模塊及立體聲音頻采集模塊。其中主處理器作為整個系統(tǒng)的控制中心,主要實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的控制,通過對外部事件的響應(yīng),實(shí)現(xiàn)對圖像及音頻信號的采集、存儲與發(fā)送;CMOS 圖像傳感器實(shí)現(xiàn)對車內(nèi)圖像的高清采集;實(shí)時時鐘模塊為系統(tǒng)提供硬件時鐘;GPS 模塊采集車輛的當(dāng)前位置信息,為監(jiān)控提供位置信息,以便快速處理;立體聲音頻采集模塊實(shí)現(xiàn)報警情況下對車內(nèi)聲音信息的采集;CDMA 模塊實(shí)現(xiàn)將圖像、GPS 及音頻信息通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至監(jiān)控中心的功能。下面對一些主要模塊進(jìn)行介紹。
3.1 主處理器
TMS320DM355 是TI 公司推出的一款針對數(shù)字照相機(jī),數(shù)碼相框,IP 攝像機(jī)等一些低功耗便攜式數(shù)字多媒體應(yīng)用的處理器,它集高性能、低功耗、低成本于一身,可實(shí)現(xiàn)低成本、高質(zhì)量的多媒體應(yīng)用解決方案。
其內(nèi)部采用 ARM926EJ-S 內(nèi)核,可運(yùn)行在216M及270MHz 時鐘頻率,與ARM9 軟件完全兼容;內(nèi)部集成一個MPEG4/JPEG 協(xié)處理器(MJCP),實(shí)現(xiàn)視頻與圖像的硬件實(shí)時編解碼;構(gòu)建視頻處理子系統(tǒng)(VPSS),分為視頻處理前端(VPFE)與視頻處理后端(VPBE)。視頻處理前端實(shí)現(xiàn)與CCD 或CMOS 圖像傳感器的接口,完成數(shù)據(jù)流格式轉(zhuǎn)換及圖像縮放與翻轉(zhuǎn)功能。視頻處理后端提供硬件OSD 及NTSC/PAL 格式模擬視頻輸出或者LCD 數(shù)據(jù)格式輸出;外部存儲器接口提供對DDR2 與mDDR SDRAM 及NAND Flash 的支持;64 個獨(dú)立增強(qiáng)型直接內(nèi)存存取(EDMA)通道,實(shí)現(xiàn)靈活的無CPU 干預(yù)的數(shù)據(jù)搬移;同時提供了USB,SPI,I2C,I2S,ASP(Audio Serial Port)及UART 外設(shè)接口以實(shí)現(xiàn)外部功能擴(kuò)展及外部通訊交互。
3.2 存儲模塊
DM355 提供了DDR2 及NAND FLASH 的擴(kuò)展支持,通過外擴(kuò)存儲器可以極大提高系統(tǒng)的存儲容量及處理性能。系統(tǒng)外擴(kuò)512M字節(jié)NAND FLASH 固態(tài)存儲器,用來存儲UBL、U-boot、內(nèi)核及根文件系統(tǒng),以支持系統(tǒng)上電自啟動,還可以實(shí)現(xiàn)采集圖片的暫時存儲;當(dāng)系統(tǒng)上電后,位于Flash 上的U-boot、內(nèi)核將被搬移到RAM 內(nèi)運(yùn)行,通過外擴(kuò)128M字節(jié)的DDR2 SDRAM,提高了系統(tǒng)運(yùn)行速度及數(shù)據(jù)吞吐量,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)性能的提升。
3.3 圖像傳感器
系統(tǒng)采用了低功耗、高分辨率,高性價比的CMOS 圖像傳感器OV5620,這是OmniVision公司的第二代五百萬成像芯片,光學(xué)規(guī)格為1/2.5 英寸,最大輸出分辨率為2592×1944,并支持鏡頭黑點(diǎn)校正,邊緣增強(qiáng)及噪聲減弱功能。采用此圖像傳感器采集現(xiàn)場2560×1632的高清圖像,為報警處理及事件取證提供更豐富的信息。
4 監(jiān)控終端軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)在嵌入式Linux 操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,通過驅(qū)動接口各個硬件設(shè)備,編寫應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)功能。系統(tǒng)啟動方式選擇為NAND FLASH 啟動,在Flash 上存儲Boot Loader、內(nèi)核及文件。系統(tǒng)上電首先運(yùn)行Boot Loader,完成一些必須的初始化操作,然后將Linux 內(nèi)核搬運(yùn)到DDR 中,并將控制權(quán)交給內(nèi)核。內(nèi)核啟動后,通過掛載文件系統(tǒng)的方式,將Flash上的文件系統(tǒng)掛載成為根文件系統(tǒng),此時即可運(yùn)行用戶應(yīng)用程序。
本設(shè)計(jì)采用 C/S 結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能,以一臺電腦或者監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控軟件,作為服務(wù)器,而下位機(jī)采取隨機(jī)向監(jiān)控主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的方式,實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控與控制。
本設(shè)計(jì)將整個應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)為3個進(jìn)程:capture 進(jìn)程、dir_send 進(jìn)程及gps 進(jìn)程。capture進(jìn)程主要完成圖像采集設(shè)備OV5620 的初始化,中斷初始化,并接收外部中斷,以進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的采集,JPEG 壓縮及本地存儲;dir_send 進(jìn)程主要完成capture 進(jìn)程采集數(shù)據(jù)的發(fā)送,實(shí)現(xiàn)定時檢測功能,一旦發(fā)現(xiàn)有圖片文件生成時,即檢測該圖片是否完整,如果完整則在網(wǎng)絡(luò)良好的情況下發(fā)送至監(jiān)控中心,一旦監(jiān)控中心接收成功,則刪除該圖片文件,以充分利用本地有限的存儲資源;gps 進(jìn)程通過串口接收GPS 模塊的定位信息,并將信息及時通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至監(jiān)控中心,以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心對車輛的行駛實(shí)時監(jiān)控與記錄。各進(jìn)程流程圖如圖2所示:
圖 2 應(yīng)用程序流程圖
通過設(shè)計(jì)3個進(jìn)程,完全實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)功能,經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證,系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。
總結(jié):
本文介紹了基于 TI 公司TMS320DM355 處理器的出租車安全監(jiān)控系統(tǒng),從系統(tǒng)架構(gòu),車載監(jiān)控終端硬件設(shè)計(jì)及應(yīng)用軟件三個方面對整個系統(tǒng)進(jìn)行了介紹。該系統(tǒng)通過在中斷信號的觸發(fā)下,采集車內(nèi)圖片信息,GPS 位置信息實(shí)現(xiàn)對車輛行駛狀態(tài)及車內(nèi)狀況的監(jiān)控。該系統(tǒng)通過實(shí)車環(huán)境檢測,信息傳輸穩(wěn)定,系統(tǒng)響應(yīng)及時可靠。該系統(tǒng)可在不改變硬件設(shè)計(jì)的情況下升級為視頻監(jiān)控系統(tǒng),但與此同時無線傳輸鏈路也應(yīng)升級為速度更高的3G 等方式。