摘  要： 針對目前大多數(shù)車載移動終端在應用于某些復雜環(huán)境下衛(wèi)星定位精度不高和實時數(shù)據(jù)在傳輸過程中出現(xiàn)的速率較低、延遲較大,、可靠性較差的問題,，從實際應用出發(fā)，采用海思Hi3512處理器為核心處理器，將具有最新SIRF starIII芯片組技術的GPS模塊與最新的3G電信無線傳輸模塊相結合,，通過3G系統(tǒng)來高速傳輸GPS信息和音視頻信息,，大大提高了系統(tǒng)的定位能力和數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性。在系統(tǒng)軟件設計上結合了有效的GPS數(shù)據(jù)無損壓縮技術,，進一步提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性,，降低了數(shù)據(jù)的通信費用。實驗和仿真結果表明,，該系統(tǒng)基本達到了設計目標,。
關鍵詞： Hi3512；3G,；GPS,；SC-1513模塊；數(shù)據(jù)壓縮,；車載移動終端

　車載移動終端是智能交通（ITS）中的重要組成部分,，是移動互聯(lián)網(wǎng)的重要應用之一，廣泛應用于交通,、安防,、衛(wèi)生、氣象及軍事等領域[1],。國內傳統(tǒng)的車載移動終端大多采用GSM（Global System for Mobile Communications）或GPRS（General Packet Radio Service）等無線通信方式,，產(chǎn)品功能單一，定位精度不高,，數(shù)據(jù)傳輸延遲較大,，費用昂貴，難于應用于實時性和可靠性要求較高的場合,。隨著近兩年來嵌入式系統(tǒng)技術,、3G無線通信技術和GPS（Global Positioning System）定位技術等相關技術的不斷發(fā)展，利用3G系統(tǒng)本身的技術優(yōu)勢,，通過3G系統(tǒng)提供的輔助功能,，擴大GPS系統(tǒng)的可用范圍，快速傳輸GPS定位信息和多媒體信息,，將具有重要的意義[2],。
　國外發(fā)達國家的車載移動終端已相對成熟，而國內還是處于從傳統(tǒng)終端向新型終端轉型的起步階段,，各項技術成果的應用還有待完善,，特別是在應用于極端復雜環(huán)境下的定位精度和數(shù)據(jù)傳輸實時性、可靠性方面需要很大的改進,。因此,，針對國內車載移動終端的現(xiàn)狀,，本文提出了一種基于3G車載移動終端的GPS定位系統(tǒng)，采用海思Hi3512處理器為核心處理器,，以嵌入式Linux為操作系統(tǒng),，結合車載高清攝像頭、電信EV-DO 3G無線通信模塊和具有最新的SIRF starIII芯片組技術的GPS接收模塊等外設,，構建了基于嵌入式系統(tǒng)的多功能車載導航系統(tǒng),，并在軟件設計上采用了有效GPS數(shù)據(jù)無損壓縮技術，減小了數(shù)據(jù)傳輸量,，進一步提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性,，降低了通信費用。實驗結果表明,，該系統(tǒng)具有體積小,、成本低、定位精度高,、實時性強,、可靠性高和擴展性好等特點。
1 系統(tǒng)硬件設計
　基于3G車載移動終端的GPS定位系統(tǒng)主要由GPS接收模塊,、音視頻采集模塊,、3G無線通信模塊和地面監(jiān)控指揮中心等組成。GPS接收模塊接收到定位衛(wèi)星信號,，經(jīng)過Hi3512中的ARM926EJ-S處理器校驗和提取出有用信息（包括自身所在的地理位置坐標,、速度、時間等）后,，壓縮打包成符合通信協(xié)議的字符串放入全局緩沖區(qū),。音視頻采集模塊通過高清攝像頭和拾音器采集到多路音視頻數(shù)據(jù)，經(jīng)過Hi3512中的DSP將其壓縮編碼成H.264格式的音視頻復合流數(shù)據(jù)存入緩沖區(qū),。最后,，3G無線通信模塊將緩沖區(qū)的GPS定位數(shù)據(jù)和音視頻復合流數(shù)據(jù)封裝入同一個結構體內，進一步打包成IP數(shù)據(jù)包發(fā)送到基站,，再利用基站的無線通信網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)包轉發(fā)到地面監(jiān)控指揮中心,。監(jiān)控指揮中心的專用計算機接收到數(shù)據(jù)包后，首先解包分離出GPS數(shù)據(jù)和音視頻數(shù)據(jù),，并根據(jù)需要分別進行存儲,。然后將音視頻數(shù)據(jù)進行解碼和格式轉換，將GPS數(shù)據(jù)通過地圖匹配技術進行處理,，最終在顯示模塊中顯示車輛的運動軌跡和音視頻信號,。地面指揮中心的監(jiān)控人員根據(jù)車輛的狀態(tài)和位置信息，對車輛進行調度指揮,。本系統(tǒng)的硬件結構圖如圖1所示,。

1.1 Hi3512的概述
　Hi3512是一款基于ARM926EJ-S處理器內核以及視頻硬件加速引擎的高性能通信媒體處理器,，具有高集成,、可編程,、支持MPEG-4 AVC/H.264和MJPEG等多協(xié)議的優(yōu)點，支持30 fps DI的H.264/MJPEG同時編解碼或60 fps DI和60 fps CIF的H.264/MJPEG的雙碼流編碼,。其內部硬件集成AES,、DES、3DES多種加解密算法和數(shù)字水印技術,，并提供豐富的外圍接口,，包括PCI、SDIO,、I2C,、I2S、SPI,、GPIO,、IR、UART,、USB 1.0 HOST和USB 2.0 OTG等,。可廣泛應用于實時視頻通信,、數(shù)字圖像監(jiān)控等領域[3],。
1.2 GPS定位模塊
　GPS定位模塊通過串行接口與主電路板相連接，負責接收GPS定位衛(wèi)星發(fā)送的導航電文,，是實現(xiàn)接收GPS數(shù)據(jù)的關鍵,。GPS模塊的選擇通常從技術參數(shù)、支持的通信協(xié)議,、控制接口和成本幾個方面考慮,。本系統(tǒng)中的GPS接收模塊采用LOCOSYS公司生產(chǎn)的SC-1513 GPS接收模塊，接收數(shù)據(jù)采用NMEA0183格式,，波特率設置為4.8 kb/s,，支持20通道C/A碼接收控制，可同時監(jiān)控20路衛(wèi)星信號,。SC-1513 GPS接收模塊有著高靈敏度,、低功耗、體積小和性能穩(wěn)定等特色,，采用了最新的SIRF starIII芯片組技術,，在大樓林立的都會或濃密的森林環(huán)境中都能正常的運作，廣泛應用于車載定位領域[4],。
    主芯片Hi3512和SC-1513通過UART口連接,，接口配置的輸入標準電壓為3.3 V,。硬件接口電路如圖2所示。

1.3 3G無線通信模塊
　該系統(tǒng)的3G無線通信模塊采用的是中興公司的MC8630 CDMA EV-DO無線模塊,，它具有語音,、短信、數(shù)據(jù)業(yè)務和GPS等功能,，支持內嵌TCP/IP,，RevA數(shù)據(jù)業(yè)務前向峰值數(shù)據(jù)速率可達3.1 Mb/s，反向峰值數(shù)據(jù)速率達1.8 Mb/s,，可以提供經(jīng)濟型高速互聯(lián)網(wǎng)接入和無線數(shù)據(jù)等業(yè)務,。Hi3512和MC8630通過USB口連接，并通過AT指令來控制對采集數(shù)據(jù)的打包,，使用起來非常方便,。此外，ARM可以借助3G無線通信模塊強大的數(shù)據(jù)傳輸功能,，實時地進行信息查詢,，可以通過互聯(lián)網(wǎng)，充分利用網(wǎng)絡資源,，享受網(wǎng)絡快捷,、方便、全面的服務[5],。
2 系統(tǒng)軟件設計
　基于3G車載移動終端的GPS定位系統(tǒng)在軟件部分的設計上主要可以分為6個功能模塊,，即初始化模塊、控制模塊,、GPS數(shù)據(jù)獲取和處理模塊,、GPS數(shù)據(jù)壓縮模塊、用戶界面模塊以及通信模塊,。
　初始化模塊主要實現(xiàn)對串口的初始化及所有的標志位置零,。本系統(tǒng)的GPS串口參數(shù)需初始化為：波特率設置為4 800 B，無奇偶校驗位,，數(shù)據(jù)位設置為8 bit,，停止位為1 bit?？刂颇K主要是根據(jù)上位機的命令來執(zhí)行相應的操作,，如采集GPS數(shù)據(jù)、發(fā)送當前行車狀態(tài)等,。用戶界面模塊的主要功能就是把GPS數(shù)據(jù)及狀態(tài)數(shù)據(jù)等在LED屏上顯示出來,，同時還可以響應觸摸屏上的中斷，以便實現(xiàn)通過觸摸屏操作車載中斷的功能。
GPS數(shù)據(jù)獲取和處理模塊的主要功能就是通過與串口相連的GPS模塊獲取當前的GPS信息,，并驗證當前所獲取的GPS信息的有效性和提取所需要的有用信息（包括自身的地理位置坐標,、速度、時間等）,。
　GPS數(shù)據(jù)壓縮模塊主要采用對硬件資源要求不高,、運算量不大、壓縮效率高,，適合在嵌入式終端上應用的Huffman編碼技術對有待傳輸?shù)腉PS數(shù)據(jù)進行有效的無損壓縮,，不僅節(jié)省了數(shù)據(jù)傳輸時的通信費用,，更提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性,。本設計將Huffman編碼的源程序直接嵌入到ARM中，實時地對原文件直接進行概率統(tǒng)計后編碼[6],。一般,，GPS定位數(shù)據(jù)中有大量的重復字符，屬于冗余信息,，完全可以去掉,。因此，本設計的思想是先去除定位數(shù)據(jù)中的直觀冗余信息,，在此基礎上對照Huffman壓縮編碼表對處理后的數(shù)據(jù)進行快速壓縮,，最后存入數(shù)據(jù)存儲緩沖區(qū)，以便數(shù)據(jù)的后處理,。其中,，Huffman壓縮編碼表是由PC對GPS數(shù)據(jù)中的字符出現(xiàn)的次數(shù)進行預先統(tǒng)計后生成，并預存入終端Flash中的,。其具體流程圖如圖3所示,。

　通信模塊的主要任務是完成車載終端與監(jiān)控指揮中心的無線通信，該設計利用MC8630無線模塊連接3G無線網(wǎng)絡與監(jiān)控指揮中心進行通信,。啟動車載終端的同時,，MC8630模塊也會被啟動，這時,，該模塊會自動連接上無線網(wǎng)絡進入命令模式,，等撥號成功后，該模塊會把存儲區(qū)已處理好的GPS數(shù)據(jù)和音視頻流數(shù)據(jù)封裝入一個結構體內,，打包成IP數(shù)據(jù)包,，通過3G無線網(wǎng)絡發(fā)送到監(jiān)控指揮中心，實現(xiàn)與監(jiān)控指揮中心的無線通信,。
根據(jù)以上對功能模塊的描述,，本設計軟件部分的主流程圖如圖4所示。
3 系統(tǒng)測試效果
　根據(jù)上述方案開發(fā)的實驗系統(tǒng)在實際運營網(wǎng)絡中進行了測試,。目標定位信息接收速率為1 次/s,，動態(tài)定位精度10 m,，測試結果如圖5所示。其能實現(xiàn)動態(tài)的視頻傳輸,，幀率在10~30 fb/s之間可調,，最大分辨率為CIF（352 288），視頻流暢,，延遲較小,，測試結果如圖6所示。GPS數(shù)據(jù)經(jīng)預處理后再編碼的壓縮效果明顯,，壓縮比為50%左右,，利用MATLAB仿真軟件對測試效果進行最小二乘法曲線擬合，得出了壓縮比隨文件大小的走勢如圖7所示,，可以看出壓縮比最初隨文件的增大而略有增大,，以后趨于穩(wěn)定。測試表明,，本系統(tǒng)各項性能已達到工業(yè)要求,，基本實現(xiàn)了設計的目標。

參考文獻
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[8] Zhu Feilong， Ming Yang. Design of remote video acquisition system based on 3G[J]. 2011 International Conference on Multimedia Technology（ICMT）,， 2011：4909-4912.