基于A(yíng)RM Linux的3G無(wú)線(xiàn)車(chē)載視頻監控系統

摘要：為了加強客運服務(wù)中心對長(cháng)途車(chē)輛在客運過(guò)程的監管，提出了基于A(yíng)RM Linux的3G無(wú)線(xiàn)車(chē)栽視頻監控系統。該系統基于A(yíng)RM Linux嵌入式系統與ARM處理器，通過(guò)USB攝像頭采集車(chē)內視頻數據，由GPS定位模塊獲取車(chē)輛的位置數據，然后將采集的數據經(jīng)過(guò)H．264壓縮成適合網(wǎng)絡(luò )傳輸的形式。最終通過(guò)3G無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊經(jīng)過(guò)具有寬帶傳輸能力的3G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )傳輸給監控服務(wù)中心，監控服務(wù)中心可以看到車(chē)內清晰流暢的視頻畫(huà)面以及車(chē)輛所在位置。
關(guān)鍵詞：GPS；3G；視頻監控；H．264；RTP

0 引言
隨著(zhù)汽車(chē)客運事業(yè)發(fā)展，營(yíng)運人員在營(yíng)運過(guò)程中的安全以及管理也越來(lái)越被重視。由于存在乘客與營(yíng)運人員經(jīng)常因逃票、服務(wù)態(tài)度等問(wèn)題而產(chǎn)生糾紛、客運過(guò)程中交通事故雙方的責任鑒定比較模糊、車(chē)內盜竊事件缺乏有力的證據以及車(chē)輛失竊和司機酒駕等問(wèn)題，本文提出基于A(yíng)RM Linux的3G無(wú)線(xiàn)車(chē)載視頻監控系統，可有效減少上述事件的發(fā)生，給予車(chē)乘人員以及車(chē)輛安全保障。此系統在Linux操作系統下，利用嵌入式開(kāi)發(fā)板S3C2440搭建硬件環(huán)境，通過(guò)USB攝像頭以及GPS模塊采集車(chē)內實(shí)時(shí)的視頻和位置信息，視頻數據通過(guò)H．264的高效壓縮編碼，既可以得到高壓縮比又擁有高質(zhì)量流暢的圖像，可以大大減少需要傳輸的數據量，并且將3G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )作為傳輸媒介，既可以解決傳統有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )對運動(dòng)中的監控不能實(shí)現的問(wèn)題，提供更加靈活的組網(wǎng)方式，滿(mǎn)足不能架設線(xiàn)路的監控點(diǎn)的監控需求，還可以提供比GPRS和CDMA更寬的數據傳輸帶寬，滿(mǎn)足移動(dòng)視頻監控的要求。最終監控終端通過(guò)Web瀏覽器可以實(shí)時(shí)監控車(chē)輛內部的視頻畫(huà)面以及車(chē)輛所在的位置速度等信息。

1 系統的總體設計
3G無(wú)線(xiàn)視頻監控系統主要由車(chē)載移動(dòng)監控終端、網(wǎng)絡(luò )傳輸、遠程客戶(hù)端3部分組成。系統的總體結構如圖1所示。整個(gè)視頻監控系統采用B／S結構。車(chē)載移動(dòng)監控終端主要包括S3C2440平臺上運行的GPS數據采集以及視頻采集、視頻的編碼、嵌入式Web服務(wù)器、流媒體服務(wù)器。網(wǎng)絡(luò )傳輸以TCP／IP協(xié)議為基礎構建，實(shí)現RTP、RTCP、HTTP、TCP、UDP等傳輸協(xié)議。遠程客戶(hù)端實(shí)現車(chē)輛位置以及視頻數據的接收、視頻流的解碼播放、網(wǎng)絡(luò )狀況反饋等功能。系統工作原理為：通過(guò)USB攝像頭獲取實(shí)時(shí)車(chē)輛內情況和司機駕駛狀況，通過(guò)GPS定位模塊獲取GPS數據(經(jīng)緯度、高度、時(shí)間、速度)，并傳送給ARM處理器，處理器對接收數據進(jìn)行H．264編碼并將編好碼的NAL單元傳送給流媒體服務(wù)器，流媒體服務(wù)器對壓縮好的數據進(jìn)行RTP封裝并通過(guò)內部總線(xiàn)送到內置的boa服務(wù)器，并根據RTCP反饋回來(lái)的控制信息對H．264編碼器和視頻采集速率進(jìn)行控制。Boa小型嵌入式服務(wù)器結合CGI技術(shù)來(lái)實(shí)現監控端和客戶(hù)端的交互。遠程客戶(hù)端通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )與boa服務(wù)器連接，采用ActiveX技術(shù)實(shí)現視頻數據的接收、RTP報文的解封裝、發(fā)送RTCP反饋信息、H．264視頻解碼、Web瀏覽器的顯示。

2 系統的硬件組成及選型設計
2．1 車(chē)載移動(dòng)終端
車(chē)載移動(dòng)終端的組成如圖2所示，主要由4部分組成：ARM處理器、GPS模塊、3G無(wú)線(xiàn)數據發(fā)送模塊、圖像采集模塊。主控處理器芯片選用三星公司推出的16／32位RISC微處理器S3C2440A，S3C2440A采用ARM920t內核，0．13μm的CMOS標準宏單元和存儲器單元，最高運行頻率達到400MHz，它的低功耗、簡(jiǎn)單、考究和全靜態(tài)是專(zhuān)門(mén)為需要考慮花費和功耗的應用設計的，特別適用本系統。S3C2440A提供了豐富的片內資源，支持Linux。集成在芯片上的功能有：16 KB的指令和數據Cache、LCD控制器、AC97音頻接口、攝像頭接口、DMA控制器、PWM定時(shí)器、MMC接口等。它能完成整個(gè)系統的調度工作，在系統上電時(shí)配置所有需工作芯片的功能寄存器，完成視頻流的編碼，并通過(guò)3G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )向監控終端發(fā)送視頻碼流。

GPS模塊使用u_blox公司的LEA-5H。LEA-5H具有50個(gè)通道的u-blox引擎，一百多萬(wàn)個(gè)有效相關(guān)器，熱啟動(dòng)和輔助啟動(dòng)首次定位時(shí)間小于1 s，-160 dBm的SuperSense捕獲和跟蹤靈敏度，運行限制速度515 ms。系統通過(guò)該模塊實(shí)時(shí)接收定位信息，保證中心控制模塊可以實(shí)時(shí)處理定位數據。
圖像采集模塊的硬件資源選用了帶USB接口的中星微攝像頭。該款攝像頭造價(jià)低廉，成像效果好，體現出了較好的性?xún)r(jià)比。與此同時(shí)。主板還預留了多個(gè)外圍接口，以便擴展功能。
無(wú)線(xiàn)通信模塊采用SIMCOM公司的SIM5218模塊。無(wú)線(xiàn)SIM5218是一款WCDMA／HSDPA／GSM／GPRS／EDGE模塊解決方案，支持下行速率達7．2 Mb／s和上行速率為5．76 Mb／s的數據傳輸服務(wù)，這對視頻和圖像等數據量相對較大的信號傳輸而言是非常理想的選擇。同時(shí)，它還具有豐富的接口包括UART，USB 2．0，GPIO，I2C，GPIO，GPS，攝像頭傳感器和內嵌SIM卡等。在費用方面，3G因為是借助分包交換的技術(shù)，所以，網(wǎng)絡(luò )使用的費用是以消費者的數據傳輸量來(lái)定。