基于TMS320DM355處理器的出租車安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

　摘 要： 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(jìn)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。TMS320DM355

　　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(jī)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(jìn)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(jī)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(dá)芬奇(DaVinci)系列處理器TMS320DM355 作為主處理器，進(jìn)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(jìn)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(hù)進(jìn)程會進(jìn)行監(jiān)視，適當(dāng)?shù)臅r候進(jìn)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(dá)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(jìn)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(kuò)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(jìn)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(jī)，數(shù)碼相框，IP 攝像機(jī)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(kuò)展及外部通訊交互。

3.2 存儲模塊

　　DM355 提供了DDR2 及NAND FLASH 的擴(kuò)展支持，通過外擴(kuò)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(kuò)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(kuò)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(jī)采取隨機(jī)向監(jiān)控主機(jī)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(jìn)程：capture 進(jìn)程、dir_send 進(jìn)程及gps 進(jìn)程。capture進(jìn)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(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的采集，JPEG 壓縮及本地存儲;dir_send 進(jìn)程主要完成capture 進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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。