基于TMS320DM355處理器的出租車安全監(jiān)控系統設計

　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用而設計的一款處理器。本設計是以該處理器為平臺，采用CMOS 高清圖像傳感器，結合GPS 定位技術、CDMA 無線通訊技術，實現車內圖像、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。本系統通過CMOS 圖像傳感器采集車內圖像，GPS 模塊采集車輛位置信息，高質量音頻ADC 采集車內語音信息，并實現JPEG 及G.711 壓縮，以網絡數據包的形式通過無線網絡發(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的硬件結構及軟件的架構方法。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。出租車在方便人們日常生活的同時，其安全問題也日益被關注。如何保障司機的人身及財產安全，車輛的防盜與監(jiān)控自然是一個需要解決的問題。本系統即基于這個目標而設計。

　　1系統簡介

　　系統所實現的功能是在乘客乘坐時采集車內高清圖片及車輛GPS 位置信息，實現圖片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據，結合照片信息，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。系統將采集到的GPS、圖像及音頻信號通過無線網絡發(fā)送至監(jiān)控中心，由監(jiān)控中心處理數據，并做出及時響應。

　　2 視頻監(jiān)控系統整體框架

　　本出租車安全監(jiān)控系統由監(jiān)控中心、網絡傳輸鏈路、車載監(jiān)控終端3 部分組成。車載監(jiān)控端實現車內聲音、圖像、GPS 等數據的采集、壓縮處理等;網絡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)送的數據，并對聲音、圖像數據，進行解壓、顯示以及標志車輛當前位置地圖等;同時還可以有多個客戶端監(jiān)控計算機登陸監(jiān)控中心服務器來查看實時效果，但并不具有操作權限。整個系統的示意圖如圖1 所示。

　　圖 1 出租車安全監(jiān)控系統示意圖

　　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 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 硬件協處理器，實現數據的壓縮，極大提高了系統實時性。定義報警及正常關門信號為中斷，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，實現對車內圖像信息的采集;當中斷為報警信號時啟動音頻模數轉換采集車內聲音信息;GPS 信息實時采集，以標志車輛目前位置;通過對這些信息的采集，并通過網絡傳輸鏈路發(fā)送至監(jiān)控中心，供監(jiān)控中心作相應處理。此外，當監(jiān)控終端運行異常時，其內部的守護進程會進行監(jiān)視，適當的時候進行重啟。

　　2.2.網絡傳輸鏈路

　　網絡傳輸鏈路負責數據的傳輸。針對車輛應用的移動性，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標準方式。其中，無線電臺的成本較低，但其應用范圍受到一定的限制;3G 標準是國內無線傳輸速度最快的一種方式，但相應價格也比較昂貴。鑒于圖像及聲音數據的數據量比較小，此處選用CDMA 1X 作為無線傳輸的介質，其傳輸速率可達到153 kbps，完全滿足實時性需求，同時也降低了應用成本。

　　2.3.監(jiān)控中心

　　監(jiān)控中心作為整個監(jiān)控系統的核心，接收各個監(jiān)控終端所發(fā)送的圖像、GPS 及聲音信息，根據發(fā)送信息做出及時響應，并實現本地存儲，以便查詢。監(jiān)控中心還需對車輛當前位置進行標志，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IP 或者NAT 方式，實現監(jiān)控終端的訪問，監(jiān)控電腦需安裝相應監(jiān)控軟件以實現對信息的接收，解析與存儲。

　　3 車載監(jiān)控終端硬件平臺設計

　　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的控制中心，主要實現整個系統的控制，通過對外部事件的響應，實現對圖像及音頻信號的采集、存儲與發(fā)送;CMOS 圖像傳感器實現對車內圖像的高清采集;實時時鐘模塊為系統提供硬件時鐘;GPS 模塊采集車輛的當前位置信息，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報警情況下對車內聲音信息的采集;CDMA 模塊實現將圖像、GPS 及音頻信息通過無線通訊網絡發(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字照相機，數碼相框，IP 攝像機等一些低功耗便攜式數字多媒體應用的處理器，它集高性能、低功耗、低成本于一身，可實現低成本、高質量的多媒體應用解決方案。

　　其內部采用 ARM926EJ-S 內核，可運行在216M及270MHz 時鐘頻率，與ARM9 軟件完全兼容;內部集成一個MPEG4/JPEG 協處理器(MJCP)，實現視頻與圖像的硬件實時編解碼;構建視頻處理子系統(VPSS)，分為視頻處理前端(VPFE)與視頻處理后端(VPBE)。視頻處理前端實現與CCD 或CMOS 圖像傳感器的接口，完成數據流格式轉換及圖像縮放與翻轉功能。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 數據格式輸出;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存存取(EDMA)通道，實現靈活的無CPU 干預的數據搬移;同時提供了USB，SPI，I2C，I2S，ASP(Audio Serial Port)及UART 外設接口以實現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的存儲容量及處理性能。系統外擴512M字節(jié)NAND FLASH 固態(tài)存儲器，用來存儲UBL、U-boot、內核及根文件系統，以支持系統上電自啟動，還可以實現采集圖片的暫時存儲;當系統上電后，位于Flash 上的U-boot、內核將被搬移到RAM 內運行，通過外擴128M字節(jié)的DDR2 SDRAM，提高了系統運行速度及數據吞吐量，實現了系統性能的提升。

　　3.3 圖像傳感器

　　系統采用了低功耗、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)控終端軟件設計

　　系統在嵌入式Linux 操作系統的基礎上，通過驅動接口各個硬件設備，編寫應用程序實現系統功能。系統啟動方式選擇為NAND FLASH 啟動，在Flash 上存儲Boot Loader、內核及文件。系統上電首先運行Boot Loader，完成一些必須的初始化操作，然后將Linux 內核搬運到DDR 中，并將控制權交給內核。內核啟動后，通過掛載文件系統的方式，將Flash上的文件系統掛載成為根文件系統，此時即可運行用戶應用程序。

　　本設計采用 C/S 結構實現系統功能，以一臺電腦或者監(jiān)控設備運行監(jiān)控軟件，作為服務器，而下位機采取隨機向監(jiān)控主機發(fā)送數據的方式，實現實時監(jiān)控與控制。

　　本設計將整個應用程序實現為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備OV5620 的初始化，中斷初始化，并接收外部中斷，以進行圖像數據的采集，JPEG 壓縮及本地存儲;dir_send 進程主要完成capture 進程采集數據的發(fā)送，實現定時檢測功能，一旦發(fā)現有圖片文件生成時，即檢測該圖片是否完整，如果完整則在網絡良好的情況下發(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絡發(fā)送至監(jiān)控中心，以實現監(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 應用程序流程圖

　　通過設計3個進程，完全實現了系統功能，經實際驗證，系統穩(wěn)定可靠。

　　總結：

　　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，從系統架構，車載監(jiān)控終端硬件設計及應用軟件三個方面對整個系統進行了介紹。該系統通過在中斷信號的觸發(fā)下，采集車內圖片信息，GPS 位置信息實現對車輛行駛狀態(tài)及車內狀況的監(jiān)控。該系統通過實車環(huán)境檢測，信息傳輸穩(wěn)定，系統響應及時可靠。該系統可在不改變硬件設計的情況下升級為視頻監(jiān)控系統，但與此同時無線傳輸鏈路也應升級為速度更高的3G 等方式。