长途客运车无线视频监控系统的设计

系统简介

    随着公路交通的不断发展，长途客运车也随之不断增长，方便人们出行的同时，交通事故不断发生，盗窃、抢劫也时有发生。为了能使汽车安全的行驶，乘客放心的乘坐，开发研究一套良好的长途客运车无线视频监控系统就显得尤其的重要。

　　近年来传统的模拟视频监控技术正在逐步向数字化、网络化、智能化发展，将监控技术与网络技术，特别是无线网络技术完美结合，是数字监控领域的新方向。本文介绍的长途客运车无线视频监控系统是整合嵌入式技术、CDMA无线网络通讯技术、MPEG-4数字视频压缩技术和GPS定位技术为一体的视频终端。

　　整个无线视频监控系统由车载终端(包括CPU模块、视频输入模块、CDMA模块、GPS模块等)、通信网络和监控中心组成，其系统结构如图1所示。

    车载终端被放置在长途客车内，用来采集车内图像并利用MPEG-4技术对图像进行压缩，使图像分辨率达到CIF格式，帧率在1-8帧/秒可调。同时GPS模块实时接收全球定位卫星发射的信号，得到当前车辆位置和速度。最后CPU将压缩后的视频流与GPS数据通过CDMA无线通信网络和Internet网络发送到监控中心，从而在监控中心可以看到车内情形，以及在电子地图上显示客车的方位与速度。

无线视频监控系统车载终端硬件设计

　　车载终端的设计是根据系统的总体要求，将硬件电路划分为独立的硬件功能模块(CPU模块、视频输入模块、CDMA模块、GPS模块等)，并给出各个硬件模块的功能定义以及他们之间的关系。车载终端的结构框图如图2所示。

　　CPU模块

　　TI公司推出的一款双核多媒体处理器。它内部集成了两个处理器：ARM7TDMI RISC处理器；TMS320C5409 DSP，并带有两个协处理器——图像加速器(iMX)和可变步长编解码器(VLCD)。

　　DM270还集成了SDRAM控制器、CCD可编程控制器、预览引擎(Preview engine)、专用的硬件3A模块可以消除主处理器的某些任务负担，如：白平衡、自动曝光和自动调焦。除此之外，还有USB、UART、SPI、外围存储接口等功能。

　　视频输入模块
　　
　　视频输入模块主要由镜头模块和模拟前端电路组成。模拟前端的作用是将图像传感器输出的模拟信号钳位放大，并完成A/D转换，这里采用的是TVP5150。TVP5150是TI的一款高质量数字视频解码器，可以很方便将模拟视频信号转换成数字视频信号。TVP5150由一组内部寄存器初始化并控制，因此在系统复位上电时DM270要通过I2C对TVP5150进行初始化。

　　CDMA模块和网络模块

　　作为监控调度系统，首先要考虑监控覆盖范围、实时性、车辆容量、刷新速率等要求，选择合适的无线数据链路。由于长途客车的行驶范围比较大，所以本系统选择无线网络覆盖范围较大的CDMA网络。

　　CDMA是码分多址的英文缩写(Code Division Multiple Access)，它是在数字技术的分支——扩频通信技术上发展起来的一种移动通信技术。本系统采用Q2358C RJ45接口模块作为CDMA接入设备，它内嵌TCP/IP协议栈，支持高达153.6Kb/s的数据吞吐率，适合窄带宽视频传输，有相当高的稳定性。由于系统采用了先进的MPEG-4编码技术，所以完全可以适应CDMA的传输速率。

　　网络模块也是本系统中一个重要的组成环节，采用的是AX88796网卡芯片。它负责将CPU处理后的数据(MPEG-4视频数据、GPS数据)通过RJ45接口发送给CDMA模块，CDMA模块再根据目的地址把数据送给监控中心。

　　GPS模块

　　GPS(Global Positioning System)是一套由美国国防部历时20年，耗资200亿美元，于1994年建成的卫星定位系统，其基本原理是利用绕着地球的24颗卫星所发射的信号，再加以几何上的计算，来得到接收者的位置。本系统采用的是Motorola UART接口的一款GPS模块，定位误差小于25米，测量速度范围是515米/秒。该模块将接收的卫星数据转换为规定的数据格式，其中包括经度、维度、高度、速度等。CPU从串口读取这些数据，确定车辆的位置与速度。

　　FLASH和SDRAM模块

　　本系统设计2M的NORFLASH用来存储程序，NORFLASH的2M空间被划分为四部分，分别存放Bootloader、参数、内核和文件系统。16M的SDRAM用于系统软件的运行以及各种数据(MPEG-4视频数据、GPS数据)的存取。

　　车载终端软件设计

　　基于DM270的软件设计分为两部分：ARM端设计、DSP端设计。DSP端的软件设计主要是图像算法的设计，本系统采用的是MPEG-4算法，同时把DSP作为嵌入式uClinux的外部设备，并编写DSP的驱动程序，注册进内核；ARM端运行uClinux操作系统，处理非成像功能，用来控制整个系统的各个模块。系统软件层次结构如图3所示。