詳解車載安防系統(tǒng)技術(shù)原理

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人財富的積累， 汽車逐漸變成了人們出行旅游的普遍的交通工具， 同時汽車被盜案例也屢見不鮮。因此如何保證個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

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， 即表明無移動物體， 則丟棄該幀， 以節(jié)省存儲空間； 如果不相同則表明有移動的物體， 處理器會把這幀數(shù)據(jù)存儲起來， 并啟動GSM模塊發(fā)送報警短信。客戶端如果想及時了解車中的情況， 可以通過瀏覽器訪問到嵌入式的Web服務(wù)器來查看實時視頻。

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處理器實現(xiàn)了MMU、AMBA BUS 和Harvard高速緩存體系結(jié)構(gòu)， 具有獨立的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Q pixel公司的QL202B， 它是低功耗實時單片半雙工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

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計包括： 嵌入式Linux操作系統(tǒng)的移植、視頻采集程序和動態(tài)檢測程序的編寫、嵌入式Web Server的實現(xiàn)以及相關(guān)驅(qū)動程序的編寫與移植。

2.1 視頻采集的動態(tài)檢測

視頻采集及動態(tài)監(jiān)測的原理如圖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， 接下來每隔時間T采集一幀， 利用背景減除法進(jìn)行運動目標(biāo)檢測。這種檢測方法是從視頻流中實時提取目標(biāo)， 檢測出圖像序列中與運動的三維物體相關(guān)的點， 濾除圖像中與運動對象無關(guān)的信息。

該軟件使用QT/E的圖像處理類庫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)報警， 啟動GSM模塊發(fā)送報警信息， 同時告知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

嵌入式Web Server的軟件設(shè)計構(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)計就要求Web能夠動態(tài)實現(xiàn)顯示和交互式操作， 傳統(tǒng)的靜態(tài)網(wǎng)頁不具備這樣的功能。為解決這個問題可以引入CGI （Common Gateway Interface），它是外部應(yīng)用擴(kuò)展應(yīng)用程序與WWW服務(wù)器交互的一個標(biāo)準(zhǔn)接口， 能實現(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)頁無法實現(xiàn)的功能， 比如搜索引擎、遠(yuǎn)程監(jiān)控、基于Web的數(shù)據(jù)庫訪問等等。它還具有運行速度快， 支持多種編程語言，與瀏覽器兼容等優(yōu)點。CGI實現(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

本系統(tǒng)只需打開任何一個瀏覽器輸入IP號就可以登錄嵌入式服務(wù)器， 觀看實時、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， 因此， 在汽車安放領(lǐng)域內(nèi)具有非常廣闊的市場前景， 只是有需要完善的地方，比如存儲的視頻的容量有限， 由于每臺機(jī)器都有一個獨立的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， 傳輸時會有幾秒的時延， 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。