摘 要：TMS320DM355 是TI 公司的一款高性能,，低價格,、針對于便攜性消費電子應(yīng)用而設(shè)計的一款處理器。本設(shè)計是以該處理器為平臺,，采用CMOS 高清圖像傳感器,，結(jié)合GPS 定位技術(shù)、CDMA 無線通訊技術(shù),，實現(xiàn)車內(nèi)圖像,、聲音及車輛位置信息的采集并無線發(fā)送的車輛安全監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)通過CMOS 圖像傳感器采集車內(nèi)圖像,，GPS 模塊采集車輛位置信息,，高質(zhì)量音頻ADC 采集車內(nèi)語音信息，并實現(xiàn)JPEG 及G.711 壓縮,，以網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的形式通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至監(jiān)控中心,，以進行車輛信息的采集，管理及控制,。本文主要介紹了整個系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及軟件的架構(gòu)方法,。

　　隨著社會的飛速發(fā)展及人民生活水平的提高，乘坐出租車" title="出租車">出租車出行已經(jīng)成為日常出行的一種非常便捷且必不可少的出行方式,。出租車在方便人們?nèi)粘Ｉ畹耐瑫r,，其安全問題也日益被關(guān)注。如何保障司機的人身及財產(chǎn)安全,，車輛的防盜與監(jiān)控自然是一個需要解決的問題,。本系統(tǒng)即基于這個目標(biāo)而設(shè)計,。

　　1系統(tǒng)簡介

　　系統(tǒng)所實現(xiàn)的功能是在乘客乘坐時采集車內(nèi)高清圖片及車輛GPS 位置信息,，實現(xiàn)圖片JPEG 壓縮與存儲，發(fā)送,，以便對車輛運行情況及時掌握;在報警的情況下,，還可以采集實時音頻數(shù)據(jù)，結(jié)合照片信息,，為突發(fā)事件的及時處理提供可能,，為案件的偵破提供可靠的證據(jù)。系統(tǒng)將采集到的GPS,、圖像及音頻信號通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至監(jiān)控中心,，由監(jiān)控中心處理數(shù)據(jù),，并做出及時響應(yīng)。

　　2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)整體框架

　　本出租車安全監(jiān)控" title="安全監(jiān)控">安全監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控中心,、網(wǎng)絡(luò)傳輸鏈路,、車載監(jiān)控終端3 部分組成。車載監(jiān)控端實現(xiàn)車內(nèi)聲音,、圖像,、GPS 等數(shù)據(jù)的采集、壓縮處理等;網(wǎng)絡(luò)傳輸鏈路將是車載監(jiān)控終端所采集信息的傳輸鏈路,，以實現(xiàn)與監(jiān)控中心的連接;而監(jiān)控中心接收車載監(jiān)控終端所發(fā)送的數(shù)據(jù),，并對聲音、圖像數(shù)據(jù),，進行解壓,、顯示以及標(biāo)志車輛當(dāng)前位置地圖等;同時還可以有多個客戶端監(jiān)控計算機登陸監(jiān)控中心服務(wù)器來查看實時效果，但并不具有操作權(quán)限,。整個系統(tǒng)的示意圖如圖1 所示,。

　　圖 1 出租車安全監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

　　2.1.車載監(jiān)控終端

　　車載終端采用德州儀器(TI)推出的達芬奇(DaVinci)系列處理器TMS320DM355" title="TMS320DM355">TMS320DM355 作為主處理器，進行聲音,、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,，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的壓縮,，極大提高了系統(tǒng)實時性。定義報警及正常關(guān)門信號為中斷,，在中斷信號的觸發(fā)下,，通過接收CMOS 高清圖像傳感器采集的圖像信號，進行JPEG 壓縮,，實現(xiàn)對車內(nèi)圖像信息的采集;當(dāng)中斷為報警信號時啟動音頻模數(shù)轉(zhuǎn)換采集車內(nèi)聲音信息;GPS 信息實時采集,，以標(biāo)志車輛目前位置;通過對這些信息的采集，并通過網(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)控終端運行異常時,，其內(nèi)部的守護進程會進行監(jiān)視,，適當(dāng)?shù)臅r候進行重啟。

　　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,。針對車輛應(yīng)用的移動性,，采用無線傳輸方式是非常必要的。目前,，可以有多種無線傳輸方式可供選擇,，例如：無線電臺,、GPRS、CDMA 及各種3G標(biāo)準(zhǔn)方式,。其中,，無線電臺的成本較低，但其應(yīng)用范圍受到一定的限制;3G 標(biāo)準(zhǔn)是國內(nèi)無線傳輸速度最快的一種方式,，但相應(yīng)價格也比較昂貴,。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 作為無線傳輸?shù)慕橘|(zhì),，其傳輸速率可達到153 kbps,，完全滿足實時性需求，同時也降低了應(yīng)用成本,。

　　2.3.監(jiān)控中心

　　監(jiān)控中心作為整個監(jiān)控系統(tǒng)的核心,，接收各個監(jiān)控終端所發(fā)送的圖像、GPS 及聲音信息,，根據(jù)發(fā)送信息做出及時響應(yīng),，并實現(xiàn)本地存儲，以便查詢,。監(jiān)控中心還需對車輛當(dāng)前位置進行標(biāo)志,，以實時跟蹤車輛運行情況。監(jiān)控中心可以采用個人電腦或者工作站,，通過綁定固定公網(wǎng)IP 或者NAT 方式,，實現(xiàn)監(jiān)控終端的訪問，監(jiān)控電腦需安裝相應(yīng)監(jiān)控軟件以實現(xiàn)對信息的接收,，解析與存儲,。

　　3 車載監(jiān)控終端硬件平臺設(shè)計

　　終端采用TI 公司的DaVinci 系列TMS320DM355 為主處理器，外擴CMOS 圖像傳感器,、實時時鐘模塊,、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系統(tǒng)的控制中心,，主要實現(xiàn)整個系統(tǒng)的控制，通過對外部事件的響應(yīng),，實現(xiàn)對圖像及音頻信號的采集,、存儲與發(fā)送;CMOS 圖像傳感器實現(xiàn)對車內(nèi)圖像的高清采集;實時時鐘模塊為系統(tǒng)提供硬件時鐘;GPS 模塊采集車輛的當(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現(xiàn)報警情況下對車內(nèi)聲音信息的采集;CDMA 模塊實現(xiàn)將圖像、GPS 及音頻信息通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至監(jiān)控中心的功能,。下面對一些主要模塊進行介紹,。

　　3.1 主處理器

　　TMS320DM355 是TI 公司推出的一款針對數(shù)字照相機,，數(shù)碼相框，IP 攝像機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,，可運行在216M及270MHz 時鐘頻率,，與ARM9 軟件完全兼容;內(nèi)部集成一個MPEG4/JPEG 協(xié)處理器(MJCP)，實現(xiàn)視頻與圖像的硬件實時編解碼;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;外部存儲器接口提供對DDR2 與mDDR SDRAM 及NAND Flash 的支持;64 個獨立增強型直接內(nèi)存存取(EDMA)通道,，實現(xiàn)靈活的無CPU 干預(yù)的數(shù)據(jù)搬移;同時提供了USB，SPI,，I2C,，I2S，ASP(Audio Serial Port)及UART 外設(shè)接口以實現(xiàn)外部功能擴展及外部通訊交互,。

　　3.2 存儲模塊

　　DM355 提供了DDR2 及NAND FLASH 的擴展支持,，通過外擴存儲器可以極大提高系統(tǒng)的存儲容量及處理性能。系統(tǒng)外擴512M字節(jié)NAND FLASH 固態(tài)存儲器,，用來存儲UBL,、U-boot、內(nèi)核及根文件系統(tǒng),，以支持系統(tǒng)上電自啟動,，還可以實現(xiàn)采集圖片的暫時存儲;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)運行,，通過外擴128M字節(jié)的DDR2 SDRAM，提高了系統(tǒng)運行速度及數(shù)據(jù)吞吐量,，實現(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,，高性價比的CMOS 圖像傳感器OV5620,，這是OmniVision公司的第二代五百萬成像芯片，光學(xué)規(guī)格為1/2.5 英寸,，最大輸出分辨率為2592×1944,，并支持鏡頭黑點校正,，邊緣增強及噪聲減弱功能。采用此圖像傳感器采集現(xiàn)場2560×1632的高清圖像,，為報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

　　系統(tǒng)在嵌入式Linux 操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過驅(qū)動接口各個硬件設(shè)備,，編寫應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)功能,。系統(tǒng)啟動方式選擇為NAND FLASH 啟動，在Flash 上存儲Boot Loader,、內(nèi)核及文件,。系統(tǒng)上電首先運行Boot Loader，完成一些必須的初始化操作,，然后將Linux 內(nèi)核搬運到DDR 中,，并將控制權(quán)交給內(nèi)核。內(nèi)核啟動后,，通過掛載文件系統(tǒng)的方式,，將Flash上的文件系統(tǒng)掛載成為根文件系統(tǒng)，此時即可運行用戶應(yīng)用程序,。

　　本設(shè)計采用 C/S 結(jié)構(gòu)實現(xiàn)系統(tǒng)功能,，以一臺電腦或者監(jiān)控設(shè)備運行監(jiān)控軟件，作為服務(wù)器,，而下位機采取隨機向監(jiān)控主機發(fā)送數(shù)據(jù)的方式,，實現(xiàn)實時監(jiān)控與控制。

　　本設(shè)計將整個應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)為3個進程：capture 進程,、dir_send 進程及gps 進程,。capture進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,，以進行圖像數(shù)據(jù)的采集，JPEG 壓縮及本地存儲;dir_send 進程主要完成capture 進程采集數(shù)據(jù)的發(fā)送,，實現(xiàn)定時檢測功能,，一旦發(fā)現(xiàn)有圖片文件生成時，即檢測該圖片是否完整,，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資源;gps 進程通過串口接收GPS 模塊的定位信息,，并將信息及時通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至監(jiān)控中心，以實現(xiàn)監(jiān)控中心對車輛的行駛實時監(jiān)控與記錄。各進程流程圖如圖2所示：

　　圖 2 應(yīng)用程序流程圖

　　通過設(shè)計3個進程,，完全實現(xiàn)了系統(tǒng)功能,，經(jīng)實際驗證,，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠,。

　　總結(jié)：

　　本文介紹了基于 TI 公司TMS320DM355 處理器的出租車安全監(jiān)控系統(tǒng)，從系統(tǒng)架構(gòu),，車載監(jiān)控終端硬件設(shè)計及應(yīng)用軟件三個方面對整個系統(tǒng)進行了介紹,。該系統(tǒng)通過在中斷信號的觸發(fā)下，采集車內(nèi)圖片信息,，GPS 位置信息實現(xiàn)對車輛行駛狀態(tài)及車內(nèi)狀況的監(jiān)控,。該系統(tǒng)通過實車環(huán)境檢測，信息傳輸穩(wěn)定,，系統(tǒng)響應(yīng)及時可靠,。該系統(tǒng)可在不改變硬件設(shè)計的情況下升級為視頻監(jiān)控系統(tǒng)，但與此同時無線傳輸鏈路也應(yīng)升級為速度更高的3G 等方式,。