基于ARM+3G技術的無線車載視頻監控系統研究與實現

廣西盛源行電子信息有限公司 謝世逸

東風柳州汽車有限公司 陳 來

基于ARM+3G技術的無線車載視頻監控系統研究與實現

廣西盛源行電子信息有限公司 謝世逸

東風柳州汽車有限公司 陳 來

在對車載視頻監控功能需求分析的基礎上，本文提出基于ARM以及3G技術的無線車載監控系統方案，通過系統的前端、后端進行整體設計，并對構成系統的核心芯片、攝像裝置、存儲設備等硬件進行詳細描述，并對系統的軟件設計部分也進行了陳述。

車載；3G；監控；遠程

1.引言

隨著汽車工業的發展，社會經濟不斷進步，汽車逐步得到普及，人們在越來越多的場合中使用汽車，作為代步或生產工具，與此同時，汽車作為個人或企業的資產，在停放或行車過程中，其安全性也得到日益重視，市場上出現了以GPS定位為主要監控手段的車載智能終端設備，但伴隨著信息技術的高速更新，汽車的使用者不再滿足于僅了解汽車的位置，還需要知道汽車的行駛狀態，以及汽車在停放、行駛過程中，車輛周邊的實時視頻信息，并錄制或上傳至遠程后臺數據庫中，使車輛的擁有者或管理者能夠動態的了解車輛的信息。

本文基于上述的應用背景，對車載的智能終端系統進行深入研究，該系統除了實現基本GPS定位、導航、媒體播放等功能外，還在ARM平臺上，以3G以及視頻采集、壓縮技術為基礎，實現了動態視頻監控功能。

2.車載無線視頻監控系統概述

本系統作為車載智能移動終端的一個子系統，主要采用ARM硬件平臺，并結合嵌入式Linux操作系統進行開發，外圍硬件包括GPS模塊、WCDMA模塊、RFID無線射頻模塊等，通過開發應用程序，并將其編譯至嵌入式系統中，實現視頻的采集、壓縮、傳輸，并與后臺服務中心互動通信等功能。

3.系統整體設計

本文提出的無線車載視頻監控系統，核心技術包括視頻采集、數據壓縮處理、無線傳輸等幾個方面，與車載智能終端其它硬件模塊配合，從而實現更復雜的硬件控制功能。

系統從整體上可分為前端、后端兩大部分，前端主要是指以ARM處理器為核心的硬件平臺，配合攝像頭、WCDMA通信模塊、存儲模塊等設備，實現視頻數據的采集、編碼壓縮、存儲、車內顯示、以及通過RTP（實時傳輸協議）進行封裝并通過完成數據遠程無線傳輸任務。后端主要是指通過互聯網，完成接收視頻數據并進行解碼、顯示、存儲等功能，并根據應用需求，向前端發送控制指令，從而實現實時的車輛遠程視頻監控目的，系統框圖如下圖1所示。

系統的具體工作流程是，通過攝像機采集的視頻信號，經過A/D轉換后生成標準的CCIR-656數字視頻格式，經過iMX27核心芯片編碼壓縮后，即可得到H.264視頻流，根據系統設定，在將這些編碼后的數據存儲在車載移動終端中的同時，也通過流媒體服務軟件將其封裝為RTP數據格式，再通過3G無線通信模塊，發送給后端服務平臺進行進一步處理與應用。

4.系統詳細設計

4.1 硬件平臺選擇

系統中，核心處理器既是車載智能終端的核心，又是視頻處理的主要部件，因此，系統采用飛思卡爾推出的iMX27芯片，利用其H.264硬件編解碼模塊可在車載智能終端上實現MPEG4、H.263及H.264視頻流的高效處理，并使智能終端產品達到D1(DVD畫面質量，720×480的屏幕分辨率)分辨率。

圖1 系統結構框圖

iMX27在處理H.264的同時占用極少的CPU的資源并提高了視頻處理的性能，使核心有更多資源進行其它的應用，例如GPS定位與導航、RFID無線射頻識別等，另外，iMX27還具備非常靈活和豐富的標準接口、串行端口和擴展端口，實現與多種外部設備的連接，包括攝像頭、顯示器，還可以使用Wi-Fi、藍牙實現即插即用及無線互連的功能，通過增加適當的外圍模塊，即可實現GPS定位、通信等應用。

4.2 系統前端硬件系統設計

系統前端硬件主要包括攝像裝置、iMX27視頻處理平臺、存儲設備、3G無線通信模塊以及相應的外圍電路構成。

攝像裝置采用深圳世國公司的SGMCEX-M(3D)車載防爆紅外攝像儀，該設備具有低照度、高清晰、功耗低的特點，搭載最新SONY第二代EFFIO Super HAD/Exview HAD方案超高像素的960H(PAL:976*582)CCD，模擬攝像機清晰度最高可以達到700TVL，同時最低照度低至彩色0.001Lux@F1.2，動態范圍大于75dB，體積小巧、重量輕、安裝靈活，配合本系統，具有較好的實用效果。

存儲設備分為兩部分，一部分采用NVND FLASH作為存儲系統軟件及數據的存儲單元，以及采用DDRAM作為軟件運行所需的內部存儲器，另一部分是是采用USB接口大容量存儲器，存儲容量為32G，通過高速接口（High Speed）連接至核心硬件平臺上，主要為視頻的本地存儲提供空間。

3G通信部分，采用華為EM770W（WCDMA）無線模塊，支持HSPA(HSPA data rate-7.2 Mbps DL/2 Mbps UL)，該模塊接口為mini PCIE，52個引腳，引腳中對外數據接口包含一個全串口UART1，一個四線串口UART2，一個USB2.0。EM770W與ARM芯片連接有兩種方式：一種是通過UART1，速度只能達到115.200KBPS，第二種方式是通過USB和ARM芯片連接，此方式適合大量數據傳輸，速率更快，本文即采用第二種方式，為視頻遠程傳輸提供穩定可靠的高速無線通信支持。

5.軟件平臺設計與實現

5.1 前端軟件程序設計

完成前端硬件平臺的搭建后，首先，需要根據處理器及其外圍設備各引腳的定義，對嵌入式操作系統的內核進行裁剪，通過加載設備驅動程序的方式，使其支持系統的各組成模塊，并在此基礎上，調用Linux中有關視頻設備應用程序接口（API，即Video4Linux）進行開發的應用程序，該程序主要完成視頻數據的采集、編碼工作。

遠程數據傳輸功能，同樣需求對Linux內核進行重新配置，使其對PPP協議提供支持，再將pppd撥號軟件移植至操作系統中，對撥號的腳本進行修改，在華為3G通信模塊的硬件支持下，實現撥號上網，數據的傳輸提供可能。

5.2 后端軟件程序設計

后端應用軟件，是系統的監控管理平臺，主要負責視頻數據的接收，解碼H.264視頻數據，實時回放等功能，并實現對車載移動終端的控制，接收終端的反饋信息等操作。

監控中心通過互聯網與車載移動終端進行連接，并接收視頻數據，后臺接收到數據后，首先判斷是否是為RTP數據包，如果不是，則丟棄，如果是，則首先打開該數據包的頭部，對前端發送過來的數據類型進行辨識并獲得視頻的屬性信息，接著對該數據包進行解壓縮，調用視頻播放進程進行視頻數據的實時回放，在播放過程中，采用雙緩沖池技術，以保證視頻的流暢播放，對前端的控制信息，則封裝在發給前端的RTCP數據包中。

最后，為使監控人員便于操作，還根據人機界面開發原則，進行統一操作界面的開發，把所有常用功能集成在一個可視化窗口中，操作人員可輕松完成車輛定位、視頻監控、視頻回放、存儲備份等操作。

6.結語

本文在以iMX27為核心的ARM平臺上，通過對攝像裝置、存儲系統、3G通信模塊等硬件設備的集成，并對嵌入式Linux操作系統的移植與編譯，應用程序的開發等，為車載移動智能終端增加了車輛遠程監控子系統，實現車輛內外場景的實時監控，并通過采用H.264編解碼技術、RTP/RTCP實時傳輸協議，使系統具備良好的先進性、穩定性和可靠性，有較廣泛的應用價值。

[1]李潺,郭志濤,李偉超,劉玉佳.基于Hi3515嵌入式系統的無線車載監控系統的設計[J].計算機應用與軟件,2012,29(9):252-254.

[2]劉丙濤.3G無線車載視頻監控系統關鍵技術分析[J].中國新技術新產品,2012(18):22.

謝世逸（1973—），男，廣西柳州人，廣西盛源行電子信息有限公司工程師，研究方向：汽車電子技術、道路運輸監控平臺、車聯網技術。

陳來（1987—），男，廣西柳州人，東風柳州汽車有限公司助理工程師，研究方向：計算機網絡技術、汽車電子技術、車聯網技術。