3G車載視頻傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

目前，車輛監(jiān)控領(lǐng)域?qū)τ跀?shù)據(jù)傳輸?shù)囊笤絹碓礁?，本文從系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)著手，介紹3G車載視頻傳輸模塊。硬件部分重點(diǎn)闡述了視頻采集、3G傳輸?shù)仍O(shè)計(jì)。軟件部分介紹了U6100模塊的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，3G網(wǎng)絡(luò)接入程序設(shè)計(jì)和視頻傳輸程序設(shè)計(jì)。最后，通過對RTP數(shù)據(jù)包的分析和對客戶端視頻的觀察，證明了本設(shè)計(jì)取得了良好的效果。

車載3G高清視頻傳輸系統(tǒng)運(yùn)用動(dòng)態(tài)圖像采集技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、圖像處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)通信技術(shù)等高新技術(shù)，建立以車載主機(jī)為核心的移動(dòng)視頻信息取證平臺(tái)，為交通執(zhí)法人員提供車輛違章行駛高清抓拍、移動(dòng)錄像動(dòng)態(tài)取證、交通現(xiàn)場指揮等信息化服務(wù)。

由于3G無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和嵌入式技術(shù)的不斷發(fā)展，推動(dòng)了視頻監(jiān)控領(lǐng)域的迅速發(fā)展，尤其是在汽車監(jiān)控領(lǐng)域。3G無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積廣，可靈活接入，相比之前車載視頻監(jiān)控終端所采用GPRS，CDMA等無線通信技術(shù)，傳輸速度快了很多，但是3G技術(shù)在汽車監(jiān)控領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用不夠完善。DM365支持 H.264視頻編碼技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)帶寬有限的條件下，保證了視頻數(shù)據(jù)的高質(zhì)量傳輸。U6100模塊可以集成到任何3G移動(dòng)設(shè)備，并且可以接入到HSDPA、 HSUPA、UMTS等高速網(wǎng)絡(luò)。所以我們設(shè)計(jì)了以TI的DM365為核心，以U6100為傳輸模塊的車載視頻傳輸模塊。

1 3G車載視頻傳輸模塊的硬件設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的視頻傳輸模塊是應(yīng)用在于車載監(jiān)控設(shè)備中，所以我們在進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和硬件的選擇時(shí)，視頻的傳輸要求是首當(dāng)其沖的。鑒于DM36X系列軟硬件兼容性好，Davinci平臺(tái)方便算法擴(kuò)展，故采用TMS320DM365芯片來搭建3G車載視頻傳輸系統(tǒng)。

本模塊的硬件平臺(tái)主要由以下幾部分組成，分別是視頻采集和處理部分，本地存儲(chǔ)與顯示部分，3G視頻傳輸部分，電源部分。車載終端視頻傳輸模塊硬件框架圖如圖1所示。

圖1：車載終端視頻傳輸模塊硬件結(jié)構(gòu)圖

1.1 視頻采集和處理部分

視頻采集部分由一個(gè)PAI/NTSC制式的云臺(tái)攝像頭和一個(gè)視頻編解碼芯片TVP5151組成。云臺(tái)攝像頭需要用RS485來控制，由于DM365 上的只有兩個(gè)串行接口(UART)，且都已經(jīng)被占用(一個(gè)用來連接串口調(diào)試，一個(gè)連接GPS模塊)。所以我們利用USB HUB里多余的一個(gè)USB口，進(jìn)行二級轉(zhuǎn)換，先用LP2303轉(zhuǎn)換成232，在用MAX485轉(zhuǎn)換成485用于云臺(tái)的控制。

TVP5151和處理器是用I2C總線進(jìn)行對接的，將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。

視頻處理部分則采用TI的DM365高清視頻處理器。DM365支持H.264視頻編碼技術(shù)，在用3G無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臈l件下，保證可以進(jìn)行高質(zhì)量視頻數(shù)據(jù)的傳輸。

1.2 本地存儲(chǔ)和顯示部分

DM365提供了專門的外部存儲(chǔ)器接口，包括一個(gè)Flash接口和一個(gè)SDRAM接口，可以連接外部存儲(chǔ)器。在這個(gè)車載終端的設(shè)計(jì)中我們選用三星公司的1GB容量、8位數(shù)據(jù)線的K9F 8G08UOB的NAND Flash芯片和128MB容量、16位數(shù)據(jù)線的K4T1G164QE的DDR SDRAM芯片。

為了車載終端的操作的更加人性化，顯示部分我們選用的是臺(tái)灣晶采光電公司的一款5.7英寸的TFT-LCD觸摸屏面板。該面板具有640X480的高分辨率。它支持I2C總線或SPI總線，考慮到上層驅(qū)動(dòng)的實(shí)際情況，使用的是I2C總線和主芯片進(jìn)行連接。

1.3 3G視頻傳輸部分

3G傳輸部分選用的是U6100模塊。他在3G網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)下上行和下行的最傳輸速率均能達(dá)到384Kbps，符合車載傳輸模塊的設(shè)計(jì)要求。3G傳輸部分的電路設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2：3G傳輸部分的電路原理圖

U6100的供電要求是3.6～4.2 V，我們用3.8 V給其供電。U6100提供6條SIM卡接口連接SIM卡，兼容現(xiàn)在各種3G格式。U6100提供標(biāo)準(zhǔn)的RS232接口USB_DM和USB_DP，可以直接和用戶的CPU相連。由于本設(shè)計(jì)需要4個(gè)USB口，我們用一款USB擴(kuò)展芯片把DM365僅有一個(gè)USB口擴(kuò)展成4個(gè)，并用其中的DP1和DM1來連接U6100。電源USB VBUS由5 V電源經(jīng)過濾波后供給。KPD_PWR_N是U6100的供電開關(guān)，其拉低時(shí)有效，我們直接通過一個(gè)0歐姆電阻接地，這樣U6100開啟時(shí)默認(rèn)處在工作模式。EXT_RET_IN是U6100的復(fù)位信號，其拉低時(shí)進(jìn)行復(fù)位，我們這里通過DM365的GPIO口來進(jìn)行控制。

2 車載視頻傳輸模塊的軟件設(shè)計(jì)

視頻傳輸模塊的軟件設(shè)計(jì)部分主要分為驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。我這里主要講了包括U6100模塊的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，3G網(wǎng)絡(luò)接入程序設(shè)計(jì)和視頻傳輸程序設(shè)計(jì)。由于Linux 2.6.18的系統(tǒng)相比于其他版本具有更好的開放性、安全性和可移植性，所以本系統(tǒng)的全部軟件開發(fā)是在該平臺(tái)進(jìn)行的。

2.1 U6100模塊的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

驅(qū)動(dòng)模塊的加載分靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種。本系統(tǒng)采用的是動(dòng)態(tài)加載方式。U6100模塊的加載過程如下：1)首先要確認(rèn)編譯驅(qū)動(dòng)和編譯內(nèi)核的交叉編譯工具是同一個(gè) (本系統(tǒng)用的是arm_v5t_le_gcc);2)對驅(qū)動(dòng)的Makefile文件進(jìn)行修改，添加內(nèi)核源碼目錄和編譯工具，進(jìn)行make編譯后，生成.ko文件;3)將生成的.ko文件拷到車載終端的/module/下面;4)用insmod命令進(jìn)行模塊的加載，在目錄/dev/tts下會(huì)生成3個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)USB1-USB3;至此，3G無線模塊加載成功。

2.2 3G網(wǎng)絡(luò)接入程序設(shè)計(jì)

3G無線模塊加載成功后，就要接入網(wǎng)絡(luò)，車載設(shè)備通過撥號的方式連接至網(wǎng)絡(luò)，最常用的是使用PPP(點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議)協(xié)議。PPP協(xié)議的撥號主要分為3個(gè)階段，完成以后，一條完整的PPP鏈路就建立起來了。經(jīng)過如圖3所示。

圖3：PPP協(xié)議撥號流程圖

雖然U6100模塊對電信的CDMA2000和聯(lián)通的WCDMA都支持，相對來說，聯(lián)通的WCDMA網(wǎng)絡(luò)更加穩(wěn)定和快速，所以我們選用聯(lián)通的 WCDMA網(wǎng)絡(luò)。在LINUX中，與WCDMA入網(wǎng)有關(guān)的程序?yàn)閜ppd和chat。pppd程序負(fù)責(zé)3G模塊的初始化和入網(wǎng)撥號。在初始化部分調(diào)用 chat程序進(jìn)行 AT指令的發(fā)送，主要交互撥號參數(shù)和撥號的用戶信息的設(shè)置，然后pppd程序進(jìn)行入網(wǎng)撥號。U6100撥號接入網(wǎng)絡(luò)的具體流程如下：[!--empirenews.page--]

1)編寫pppd撥號腳本wcdma3、會(huì)話建立和斷開的調(diào)用腳本chat—wcdma—connect和chat—wcdma—disconnect文件;

2)添加內(nèi)核選項(xiàng)，編譯支持PPP協(xié)議的內(nèi)核;

3)把編譯好的進(jìn)行pppd文件和chat文件的移植到車載終端的文件系統(tǒng)的/etc/ppp/peers下;

4)在終端輸入撥號命令pppd callwcdma3進(jìn)行連接;

5)用ifconfig查詢，出現(xiàn)出現(xiàn)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口ppp0的打印消息，表明已經(jīng)成功連接到WCDMA3G網(wǎng)絡(luò)。

3 車載移動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)組成：

●前端系統(tǒng)(包括視頻采集、處理、發(fā)送、存儲(chǔ)和控制等設(shè)備);

●數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)(無線公網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和專網(wǎng));

●監(jiān)控管理平臺(tái)(包括視音頻數(shù)據(jù)接收、網(wǎng)關(guān)服務(wù)器、中心服務(wù)器及存儲(chǔ)服務(wù)器與應(yīng)用單位的服務(wù)端和客戶端軟件等)。

系統(tǒng)特點(diǎn)

●實(shí)現(xiàn)緊急突發(fā)事件處理過程現(xiàn)場視頻圖像采集上報(bào)、實(shí)時(shí)音視頻交互、應(yīng)急現(xiàn)場支持，使得相關(guān)部門領(lǐng)導(dǎo)對應(yīng)急突發(fā)事件的情況了解更加全面、對突發(fā)事件的反應(yīng)更加迅速、對相關(guān)人員之間的協(xié)調(diào)更加充分、決策更加有依據(jù)。同時(shí)，系統(tǒng)還大大降低了工作人員的工作難度;

●可通過后端遠(yuǎn)程調(diào)整傳輸?shù)囊曨l分辨率、圖像質(zhì)量等級，可人為的根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況、3G信號強(qiáng)度等自由的進(jìn)行調(diào)整、設(shè)置，達(dá)到最佳的收視效果;

●支持五級用戶權(quán)限，不同的權(quán)限的人員查看不同密級的設(shè)備;此外，借助系統(tǒng)獨(dú)具的多種級別和權(quán)限模式設(shè)置，上級指揮員或管理者通過應(yīng)急終端可以向下級發(fā)布指揮和調(diào)度命令，上下級各個(gè)部門、各級領(lǐng)導(dǎo)與下屬之間可以實(shí)時(shí)地進(jìn)行音、視頻信息的雙向交流;

●支持GPS定位，配合后端的GIS軟件，可隨時(shí)獲知人員和設(shè)備的位置。