基于3G網絡的車載視頻終端系統

葉創國，文科，余佳鑫，陳源福（廣州日濱科技發展有限公司，廣東廣州510660）

基于3G網絡的車載視頻終端系統

葉創國，文科，余佳鑫，陳源福
（廣州日濱科技發展有限公司，廣東廣州510660）

介紹一種基于3G網絡的車載視頻終端系統的設計方案。系統結合了車載視頻監控及行車記錄儀兩大功能，并通過3G網絡與監控中心實現音視頻數據及行車記錄數據等數據的通信傳輸，以滿足在交通系統中的對車輛行駛及車乘人員能提供到更安全有效的保障。

車載；視頻監控；行車記錄儀

0　引言

隨著運營商3G網絡技術的成熟和資費下降，3G視頻監控開始在市場上普及。事故頻發，各地政府也開始關注在途車輛的實時監控。2012-2013年部分省市已下發強制性政策要求客運車輛必須安裝帶3G實時監控的終端設備，市場對3G實時監控設備的需求量正在逐步增大。本文提出了一種基于3G網絡的車載視頻終端系統，該系統方案采用了車載視頻監控與行車記錄儀一體化模式，在節省成本之余更能為用戶帶來功能上多樣性需求及服務體驗提升，同時也為交通情況的調度、車輛及車乘人員提供了更安全有效的保障。

1　系統簡介

車載視頻終端系統，是集3G無線通信、雙向語音對講、車載視頻監、北斗定位、車載媒體播放于一體的全方位、多功能車載監控設備[1]。通過3G網絡進行視頻數據無線傳輸，讓視頻畫面更清晰、流暢；雙向的語音對講，可以保證調度中心與前端車輛實時調度安排、突發事件現場指揮；短信、報警多種方式觸發設備上下線，降低使用成本；內置大容量SD卡進行音視頻數據存儲，保證全方位實時記錄每一個瞬間，以備事后查證，真正成為車載黑匣子；北斗實時定位，無論車輛置身何處只要一鍵便知；對偏離路線、超速、異常停車等可疑行為立即報警，保證車輛安全行駛。

2　硬件平臺介紹

3G車載視頻終端硬件主要由音視頻處理器、3G模塊、硬盤存儲器、鍵盤、顯示屏、音視頻接入電路、STM控制器電路、北斗模塊、車輛信息采集模塊及輸出控制模塊組成，其結構框圖如圖1所示。

2.1音視頻處理電路

視頻處理電路，主要由處理器海思HI3521，程序存儲器K9F2G08U，動態存儲器K4B2G1646C組成。海思的HI3521處理器，其內置高性能A9處理器、多達8路D1實時多協議編解碼能力的引擎和編解碼算法并結合多路高清顯示輸出能力，充分滿足客戶產品的高質量圖像體驗。K9F2G08U0D為三星的NAND FLASH，其存儲容量為256MB，可滿足程序存儲及日后程序的升級更新。K4B2G1646C則為三星的DDR3動態存儲器，單片容量為128MB，系統采用了兩片DDR3內存以滿足多達8路的視頻數據處理需求。

圖1　結構圖

音視頻處理電路系統中主要作用是作為視頻處理核心部分，對音視頻接入電路的輸出數據進行編解碼、壓縮及傳輸處理等工作。同時根據ARM控制器發送的相關指令進行，通過操作3G模塊與控制中心服務器進行數據通信。

2.2音視頻接入電路

音視頻接入電路作用是，接入模擬的音視頻信號并轉換成相應格式的數字信號，以能提供到HI3521中進行編碼壓縮等視頻處理操作。接入電路可支持多達8路音視頻同步輸入，1路視頻信號輸出和1路雙向數字對講。接入電路關鍵器件是8通道WD1（960H）/D1視頻解碼器和音頻編解確器芯片TW2869。TW2869可支持NTSC(M，4.43)、PAL(B，D，G，H，I，M，N，Ncombina?tion)及PAL(60)幀格式視頻接入，并能轉換成ITU-R 656格式的數字信號對HI3521處理器的656接口進行輸出。TW2869還支持8通道音頻輸入，2個通道輔助音頻輸入及1通道的模擬音頻輸出。其中1通道輔助輸入用作數字對講輸入端，語音數據經過處理后，經過HI3521編碼后，3G模塊以網絡接入方式與控制中心通信。控制中心傳過來的語音數據則通過3G模塊接收后，經過HI3521解碼后，傳送到TW2968的模擬輸出端進行輸出。

2.33G模塊

3G模塊選用華為MC509模塊，其支持電信EVDO制式網絡，通信速率最大理論最大值可達到上行速率1.8Mb/s，下行速率為3.1Mb/s。目前主要使用的視頻格式有QCIF（176×144/dpi）、CIF（352×288/dpi）、D1（704×576/dpi）。考慮實際的需求選擇及流量資費性況，先用CIF格式進行實進視頻傳輸出，則每幀圖像的大小為352× 288×24=2 433 024 bit，即2 433 024/1 024=2 376 kbit，這里選擇H.264的250：1的壓縮比例的話，壓縮后的圖像大小就為2 376/250=9.5 kbit[2]。那么1.8 Mb/s的傳輸出理論值可滿足1.8×1 024/ 9.5≈194幀/s，即8通道各24幀數據的傳輸。

2.4存儲器

存儲器選用SD卡存儲。為了滿足盡量長時間的音視頻數據本地存儲，擴展為雙SD卡存儲，每張最大支持32GB，則總容量最大可支持64GB的存儲數據。D1格式視頻按照25幀128 kbit碼率進行編碼來計算，單路視頻編碼大小約為1 Mbit/min，則64GB存儲容量，理論可滿足64× 1 024/1/60/8≈136 h存儲時間。

2.5人機界面

系統人機界面包含有顯示屏和鼠標。系統提供標準VGA接口的7寸的TFT液晶顯示屏，主要為了方便于便車載攝像頭的安裝調試及系統參數的配置。鼠標可通過USB接口接入，可以更加人性化地對系統相關參數進行配置。

2.6STM 32控制器電路

由于HI3521作為視頻處理器耗用資源較大，剩余作為信息聚集及控制用的I/O資源不足，所以這里擴展了一個STM32控制器電路。選擇型號為STM32F103VET6，100引腳封裝，主頻達到72MHz。可提供到資源有，256 kb的FLSAH，64 kb的SRAM，5組UART，1組CAN，3組ADC接口等，完全可以滿足系統需求。控制器電路主要作用是對車輛行駛信息的聚集及分析處理。如接收北斗模塊數據進行解釋并按相關協議標準進行相應的打包傳送，還有實時校準北斗模塊的定位時間及設備內部RTC時間的誤差等工作。STM32控制器電路是通過UART接口與HI3521進行數據交互的。

2.7北斗模塊

北斗衛星導航系統是我國自主研發、獨立運行的一套全球衛星導航系統。目前系統基本覆蓋了我國本土及周邊地區，在我國全境范圍內具有良好的導航定位可用性。北斗系統的二維定位精度可達到20 m，單向授時精度達到100 ns，與GPS系統的民用精度相當，能滿足一般用戶的基本導航定位及授時要求。鑒于我國目前正在大力推廣北斗系統使用的商業化，這里選用了北斗定位模塊進行定位。

2.8車輛信息采集模塊

車輛信息采集主要包括行車速度、油耗、車輛各部分動作信息、車輛碰撞側翻信息、駕駛人員信息等信息。車輛信息采集作用主要是為了記錄車輛在行駛過程中，以方便在控制中心人員有效地撐握到車輛行駛的狀況或為萬一出現事故后相關情況分析的有力依據。

2.9輸出控制模塊

輸出控制模塊，包括電源控制，汽車斷油路控制及預留輸出控制等組成。其中電源控制主要有對外輸出電源使能開關控制，板內重要模塊或大功耗模塊使能開關控制（如3G模塊，SD電路等），還有攝像頭輸出輸入電源使能控制等。汽車斷油路控制主要用來控制汽車的油路，板內只提供驅動繼電路電路，需要外接繼電路才能工作。

3　軟件設計

設備軟件主要分成兩部分：視頻處理電路主要運行LINUX操作系統程序，控制電路主要運行實時操作系統程序。兩部分是通過UART進行數據交互的，如圖2所示。

圖2　軟件設計總框圖

3.1實時操作系統

STM控制器電路采用的是多任務的實時操作系統。其主要完成的任務有：UART通信（與HI3521通信），485總線通信，CAN總線通信，RS232通信，IO/AD信號檢測，RTC時鐘，FLASH存儲，傳感器檢測及相關標準協議程等功能。STM控制器電路作為系統控制的主控芯片，完成各種指令的解釋給任務下發工作。

3.2LINUX操作系統

HI3521視頻處理電路中運行的為LINUX操作系統。其主要分成5大功能應用進程，UI菜單界面、應用程序APP、DEBUG程序、音視頻模塊程序、3G模塊程序。

UI菜單界面，可以直觀地通過外接顯示屏顯示出菜單設置錄像碼率，OSD疊加，預覽模式，錄像計劃，本地回放、用戶管理等內容。

應用程序APP主要應用層軟件處理，如連接業務服務器平臺，收發數據，負責和STM控制器電路通信，負責兩個CPU的遠程升級，USB升級等功能。

DEBUG程序主要用來進行調試及實現防止進程掛掉、定時檢測和進程掛掉重新運行等作用。

音視頻模塊程序實現音視頻相關的操作，音視頻錄制保存為MP4，3G視頻上傳（實時音視頻、歷史回放、文件查詢ftp上傳），移動偵測報警，視頻丟失報警及負責視頻文件的數據庫管理等功能。

3G模塊程序主要實現3G無線網絡數據撥號機制，短信收發功能。

4　結語

該系統設計采用了車載視頻監控與行車記錄儀一體化設計，簡化了車載設備的數量，不但節省了成本，也方便了設備在車輛上安裝。系統還預留了多種可擴展的接口，如WIFI、硬盤接口、以太網接口等，方便以后系統的升級更新。本系統適合應用于車載、船載等移動監控、指揮、管理系統，如110出警、122巡邏、公交監控、客運大巴監控、出租車監控、物流車監控、特種車輛監控、輪船監控等，具有廣泛的市場前景。

［1］邰于寧，胡剛，陳雪平.基于ARM嵌入式車載監控終端的設計與實現［J］.計算機測量與控制，2008（8）：1125-1126.

［2］李臻，胡平.基于3G網絡的車載視頻監控終端實現［J］.煤炭技術，2011（5）：153-154.

(編輯：向飛)

The Vehicle Mounted Video Terminal System Based on 3G Network

YE Chuang-guo，WEN Ke，YU Jia-xin，CHEN Yuan-fu
（Guangzhou Ropen Technology Co.，Ltd.，Guangzhou 510660，China）

A design scheme of vehicle mounted video terminal system based on 3G network.The system combines the vehicle video monitoring and vehicle traveling data recorder two functions，and the transmission of audio and video data and operation record data through the 3G network and themonitoring center，to providemore safe and effective protection for the transportation system of the vehicle and passengers.

vehicle-mounted；video surveillance；vehicle traveling data recorder

TP399

A

1009－9492(2015)06－0084－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.06.021

2015－04－21

葉創國，男，1985年生，廣東湛江人，大學本科。研究領域：家居安防，車載終端等。