基于嵌入式系統(tǒng)的違章車輛視頻檢測系統(tǒng)
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在進行視頻處理時，從攝像頭輸入模擬信號，這些全電視信號構(gòu)成極為復(fù)雜，因而對視頻信號進行A／D轉(zhuǎn)換的電路也非常復(fù)雜，Philips公司將這些非常復(fù)雜的A／D轉(zhuǎn)換電路集成到了一塊芯片中，從而生產(chǎn)出功能強大的視頻輸入處理芯片SAA7113，為視頻信號的數(shù)字化應(yīng)用提供了極大的方便。
SAA7113是一種視頻解碼芯片，它可以輸入4路模擬視頻信號，通過內(nèi)部寄存器的不同配置可以對4路輸入進行轉(zhuǎn)換，輸入4路CVBS或2路S視頻(Y／C)信號，輸出8位“VPO”數(shù)據(jù)總線。通過設(shè)置寄存器的值，可以輸出標(biāo)準(zhǔn)的ITU-R BT656，YUV 4：2：2格式。
SAA7113具有雙通道模擬預(yù)處理電路，包括信號源選擇，兩個模擬抗混迭濾波器和模／數(shù)轉(zhuǎn)換器，一個自動鉗位和增益控制電路，一個時鐘發(fā)生電路(CGC)，一個數(shù)字多制式解碼器，一個亮度／對比度／飽和度控制電路和一個色彩空間轉(zhuǎn)換矩陣。主要應(yīng)用于多媒體、可視電話、圖像處理及安防等方面。
3．2 視頻圖像處理單元
從視頻A／D芯片SAA7113送來的數(shù)字視頻流必須經(jīng)過處理，如對數(shù)字視頻流進行解碼，識別出行、場同步信號，并根據(jù)電子警察系統(tǒng)要求選擇采集的圖像大小，截取每幀圖像數(shù)據(jù)等。系統(tǒng)控制單元根據(jù)電子警察系統(tǒng)的設(shè)計要求，對紅燈信號時截取的圖像數(shù)據(jù)幀進行處理，并判斷是否有車輛違章行為；如有車輛闖紅燈，則將截取到的圖像添加相應(yīng)信息，保存到系統(tǒng)存儲器中，并傳輸?shù)浇煌ü芾肀O(jiān)控中心。
一個路口的電子警察系統(tǒng)一般有多路視頻信號同時傳入，數(shù)據(jù)量大，實時性要求高。如果將這些視頻數(shù)據(jù)送到電子警察控制單元ARM芯片進行處理是不現(xiàn)實的。因此必須在ARM芯片前端增加專門的圖像采集處理器件。在目前市場上的圖像采集處理系統(tǒng)中，用作系統(tǒng)的核心器件一般有現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、數(shù)字信號處理器(DSP)以及特定用途集成電路(專用ASIC)芯片。FPGA是在ASIC基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，克服了ASIC不夠靈活的缺點，F(xiàn)PGA芯片不僅可以和ASIC芯片一樣解決電子傳統(tǒng)小型化、低功耗等問題，還具有高速、高可靠性、開發(fā)周期短、質(zhì)量穩(wěn)定、開發(fā)軟件投入小、開發(fā)工具先進、標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品小需測試及可實時在線檢測等一系列ASIC無法比擬的優(yōu)點，而且還可以根據(jù)后期現(xiàn)場的需要進行現(xiàn)場編程，可擦寫多次，使得無論在開發(fā)過程中和后期現(xiàn)場調(diào)試或者增加一定的功能都十分方便，設(shè)計比較靈活；而且隨著現(xiàn)代工藝的發(fā)展和提高，F(xiàn)PGA芯片本身的成本越來越低。同時，在數(shù)字圖像處理方面，DSP更適宜于用作高層數(shù)據(jù)處理。實時圖像采集和處理對系統(tǒng)性能的要求極高，數(shù)據(jù)流量一般情況下也比較大，因此幾乎所有只具有最簡單功能的通用DSP都不能在圖像采集處理系統(tǒng)中達到所需的性能要求，因而更多地采用FPGA來實現(xiàn)。
綜上所述，采用FPGA代替DSP或者ASIC芯片作為在ARM芯片前端的圖像采集處理器件，實現(xiàn)視頻圖像采集和處理。
3．3 系統(tǒng)控制單元
系統(tǒng)控制部分是整個電子警察系統(tǒng)的核心，其主要工作為：
(1)獲取FPGA截取的視頻圖像，并對圖像進行處理，檢測是否有車輛違章闖紅燈的行為；
(2)當(dāng)有車輛闖紅燈違章行駛時，對車輛違章行為進行抓拍，并在車輛違章圖像中添加相應(yīng)信息；
(3)控制車輛違章圖像及信息的傳輸。
為了能很好地完成以上控制功能，可以采用Atmel公司生產(chǎn)的AT91RM9200微處理器。它是完全圍繞ARM920T ARM Thumb處理器構(gòu)建的系統(tǒng)。具有豐富的系統(tǒng)與應(yīng)用外設(shè)及標(biāo)準(zhǔn)的接口，從而為低功耗、低成本、高性能的計算機寬范圍應(yīng)用提供一個單片解決方案。為完善性能，AT91RM9200集成了包括JTAGICE、專門UART調(diào)試通道(DBGU)及嵌入式的實時追蹤等一系列的調(diào)試功能。這些功能使得開發(fā)、調(diào)試所有的應(yīng)用，特別是使實時性限制的應(yīng)用成為可能。
3．4 網(wǎng)絡(luò)傳輸單元
AT91RM9200內(nèi)部包含了MAC以太網(wǎng)控制，支持媒體獨立接口(Media Independent Interface，MII)或簡化獨立媒體接口(RMII)，可在半雙工或全雙工模式下提供情報10／100Mb／s的以太網(wǎng)接入。以太網(wǎng)MAC是OSI參考模型物理層(PHY)和邏輯鏈路層(LLC)間MAC子層的硬件工具。以太網(wǎng)MAC包括所需邏輯與DMA管理的發(fā)送與接收FIFO。然而，AT91RM9200并未提供物理層接口，故需外接一片物理層芯片，以提供以太網(wǎng)的接入通道。
DM9161是一款單芯片、低功耗、物理層傳輸接口芯片，支持100BASE-TX及10BASE-T網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。DM9161采用低功耗、高效率CMOS處理器，包含了由IEEE 802．3u規(guī)定的100BASE-TX所有物理層功能，包括物理代碼子層(Physical Coding Sublayer，PSC)、物理媒體捆綁(Physical Medium Attachrnent，PMA)、雙絞線物理媒體依賴子層(Twisted Pair Physical Medium Dependent Sublayer，TP-PMD)、10BASE-TX編碼／解碼(10BASE-TX Encoder／Decoder，ENC／DEC)及雙絞線媒體接入單元(Twisted Pair Media AccessUnit，TPMAU)。DM9161利用自動媒體速度和協(xié)議選擇功能，提供強大的自適應(yīng)支持。由于DM9161內(nèi)置有波形塑造濾波器，因而不用外部擴展濾波器就能實現(xiàn)在100BASE-TX或10BASE-T媒介中傳輸信號。DM9161通過RJ45接口，可實現(xiàn)與路由器或CDMAMODEM連接。
4 結(jié)語
車輛視頻檢測是一門多種技術(shù)融合多學(xué)科交叉的綜合學(xué)科，基于嵌入式系統(tǒng)的違章車輛視頻檢測系統(tǒng)是整個電子警察系統(tǒng)的核心，實驗數(shù)據(jù)表明有比較高的檢測率，基于視頻的車輛檢測系統(tǒng)是ITS中的前端信息采集系統(tǒng)，有著廣泛的應(yīng)用，除了用于檢測車輛違章以外，還可以用于交通流量的檢測與統(tǒng)計。
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