基于TMS320DM355處理器的出租車(chē)安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　摘 要： 是TI 公司的一款高性能，低價(jià)格、針對(duì)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(tái)，采用CMOS 高清圖像傳感器，結(jié)合GPS 定位技術(shù)、CDMA 無(wú)線通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車(chē)內(nèi)圖像、聲音及車(chē)輛位置信息的采集并無(wú)線發(fā)送的車(chē)輛安全監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)通過(guò)CMOS 圖像傳感器采集車(chē)內(nèi)圖像，GPS 模塊采集車(chē)輛位置信息，高質(zhì)量音頻ADC 采集車(chē)內(nèi)語(yǔ)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(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至監(jiān)控中心，以進(jìn)行車(chē)輛信息的采集，管理及控制。本文主要介紹了整個(gè)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及軟件的架構(gòu)方法。TMS320DM355

　　隨著社會(huì)的飛速發(fā)展及人民生活水平的提高，乘坐出租車(chē)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(chē)在方便人們?nèi)粘Ｉ畹耐瑫r(shí)，其安全問(wèn)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(chē)輛的防盜與監(jiān)控自然是一個(gè)需要解決的問(wèn)題。本系統(tǒng)即基于這個(gè)目標(biāo)而設(shè)計(jì)。

　　1系統(tǒng)簡(jiǎn)介

　　系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的功能是在乘客乘坐時(shí)采集車(chē)內(nèi)高清圖片及車(chē)輛GPS 位置信息，實(shí)現(xiàn)圖片JPEG 壓縮與存儲(chǔ)，發(fā)送，以便對(duì)車(chē)輛運(yùn)行情況及時(shí)掌握;在報(bào)警的情況下，還可以采集實(shí)時(shí)音頻數(shù)據(jù)，結(jié)合照片信息，為突發(fā)事件的及時(shí)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(hào)通過(guò)無(wú)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(shí)響應(yīng)。

　　2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)整體框架

　　本出租車(chē)安全監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控中心、網(wǎng)絡(luò)傳輸鏈路、車(chē)載監(jiān)控終端3 部分組成。車(chē)載監(jiān)控端實(shí)現(xiàn)車(chē)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(chē)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(chē)載監(jiān)控終端所發(fā)送的數(shù)據(jù)，并對(duì)聲音、圖像數(shù)據(jù)，進(jìn)行解壓、顯示以及標(biāo)志車(chē)輛當(dāng)前位置地圖等;同時(shí)還可以有多個(gè)客戶端監(jiān)控計(jì)算機(jī)登陸監(jiān)控中心服務(wù)器來(lái)查看實(shí)時(shí)效果，但并不具有操作權(quán)限。整個(gè)系統(tǒng)的示意圖如圖1 所示。

　　圖 1 出租車(chē)安全監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

　　2.1.車(chē)載監(jiān)控終端

　　車(chē)載終端采用德州儀器(TI)推出的達(dá)芬奇(DaVinci)系列處理器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(shí)性。定義報(bào)警及正常關(guān)門(mén)信號(hào)為中斷，在中斷信號(hào)的觸發(fā)下，通過(guò)接收CMOS 高清圖像傳感器采集的圖像信號(hào)，進(jìn)行JPEG 壓縮，實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)內(nèi)圖像信息的采集;當(dāng)中斷為報(bào)警信號(hào)時(shí)啟動(dòng)音頻模數(shù)轉(zhuǎn)換采集車(chē)內(nèi)聲音信息;GPS 信息實(shí)時(shí)采集，以標(biāo)志車(chē)輛目前位置;通過(guò)對(duì)這些信息的采集，并通過(guò)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(shí)，其內(nèi)部的守護(hù)進(jìn)程會(huì)進(jìn)行監(jiān)視，適當(dāng)?shù)臅r(shí)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(duì)車(chē)輛應(yīng)用的移動(dòng)性，采用無(wú)線傳輸方式是非常必要的。目前，可以有多種無(wú)線傳輸方式可供選擇，例如：無(wú)線電臺(tái)、GPRS、CDMA 及各種3G標(biāo)準(zhǔn)方式。其中，無(wú)線電臺(tái)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(guó)內(nèi)無(wú)線傳輸速度最快的一種方式，但相應(yīng)價(jià)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(wú)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(shí)性需求，同時(shí)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(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的核心，接收各個(gè)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(shí)響應(yīng)，并實(shí)現(xiàn)本地存儲(chǔ)，以便查詢。監(jiān)控中心還需對(duì)車(chē)輛當(dāng)前位置進(jìn)行標(biāo)志，以實(shí)時(shí)跟蹤車(chē)輛運(yùn)行情況。監(jiān)控中心可以采用個(gè)人電腦或者工作站，通過(guò)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(wèn)，監(jiān)控電腦需安裝相應(yīng)監(jiān)控軟件以實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的接收，解析與存儲(chǔ)。

　　3 車(chē)載監(jiān)控終端硬件平臺(tái)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(shí)時(shí)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(gè)系統(tǒng)的控制中心，主要實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的控制，通過(guò)對(duì)外部事件的響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像及音頻信號(hào)的采集、存儲(chǔ)與發(fā)送;CMOS 圖像傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)內(nèi)圖像的高清采集;實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊為系統(tǒng)提供硬件時(shí)鐘;GPS 模塊采集車(chē)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(bào)警情況下對(duì)車(chē)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(guò)無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至監(jiān)控中心的功能。下面對(duì)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(duì)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(shí)鐘頻率，與ARM9 軟件完全兼容;內(nèi)部集成一個(gè)MPEG4/JPEG 協(xié)處理器(MJCP)，實(shí)現(xiàn)視頻與圖像的硬件實(shí)時(shí)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(chǔ)器接口提供對(duì)DDR2 與mDDR SDRAM 及NAND Flash 的支持;64 個(gè)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(wú)CPU 干預(yù)的數(shù)據(jù)搬移;同時(shí)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(chǔ)模塊

　　DM355 提供了DDR2 及NAND FLASH 的擴(kuò)展支持，通過(guò)外擴(kuò)存儲(chǔ)器可以極大提高系統(tǒng)的存儲(chǔ)容量及處理性能。系統(tǒng)外擴(kuò)512M字節(jié)NAND FLASH 固態(tài)存儲(chǔ)器，用來(lái)存儲(chǔ)UBL、U-boot、內(nèi)核及根文件系統(tǒng)，以支持系統(tǒng)上電自啟動(dòng)，還可以實(shí)現(xiàn)采集圖片的暫時(shí)存儲(chǔ);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(guò)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(jià)比的CMOS 圖像傳感器OV5620，這是OmniVision公司的第二代五百萬(wàn)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(chǎng)2560×1632的高清圖像，為報(bào)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(guò)驅(qū)動(dòng)接口各個(gè)硬件設(shè)備，編寫(xiě)應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)功能。系統(tǒng)啟動(dòng)方式選擇為NAND FLASH 啟動(dòng)，在Flash 上存儲(chǔ)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(dòng)后，通過(guò)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(shí)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(tái)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(shí)監(jiān)控與控制。

　　本設(shè)計(jì)將整個(gè)應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)為3個(gè)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(chǔ);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(shí)檢測(cè)功能，一旦發(fā)現(xiàn)有圖片文件生成時(shí)，即檢測(cè)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(chǔ)資源;gps 進(jìn)程通過(guò)串口接收GPS 模塊的定位信息，并將信息及時(shí)通過(guò)無(wú)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(duì)車(chē)輛的行駛實(shí)時(shí)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(guò)設(shè)計(jì)3個(gè)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(chē)安全監(jiān)控系統(tǒng)，從系統(tǒng)架構(gòu)，車(chē)載監(jiān)控終端硬件設(shè)計(jì)及應(yīng)用軟件三個(gè)方面對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了介紹。該系統(tǒng)通過(guò)在中斷信號(hào)的觸發(fā)下，采集車(chē)內(nèi)圖片信息，GPS 位置信息實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛行駛狀態(tài)及車(chē)內(nèi)狀況的監(jiān)控。該系統(tǒng)通過(guò)實(shí)車(chē)環(huán)境檢測(cè)，信息傳輸穩(wěn)定，系統(tǒng)響應(yīng)及時(shí)可靠。該系統(tǒng)可在不改變硬件設(shè)計(jì)的情況下升級(jí)為視頻監(jiān)控系統(tǒng)，但與此同時(shí)無(wú)線傳輸鏈路也應(yīng)升級(jí)為速度更高的3G 等方式。