基于TMS320DM355處理器的出租車(chē)安全監控系統設計

　摘 要： 是TI 公司的一款高性能，低價(jià)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(shù)、CDMA 無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)，實(shí)現車(chē)內圖像、聲音及車(chē)輛位置信息的采集并無(wú)線(xiàn)發(fā)送的車(chē)輛安全監控系統。本系統通過(guò)CMOS 圖像傳感器采集車(chē)內圖像，GPS 模塊采集車(chē)輛位置信息，高質(zhì)量音頻ADC 采集車(chē)內語(yǔ)音信息，并實(shí)現JPEG 及G.711 壓縮，以網(wǎng)絡(luò )數據包的形式通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )發(fā)送至監控中心，以進(jìn)行車(chē)輛信息的采集，管理及控制。本文主要介紹了整個(gè)系統的硬件結構及軟件的架構方法。TMS320DM355

　　隨著(zhù)社會(huì )的飛速發(fā)展及人民生活水平的提高，乘坐出租車(chē)出行已經(jīng)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(chē)在方便人們日常生活的同時(shí)，其安全問(wèn)題也日益被關(guān)注。如何保障司機的人身及財產(chǎn)安全，車(chē)輛的防盜與監控自然是一個(gè)需要解決的問(wèn)題。本系統即基于這個(gè)目標而設計。

　　1系統簡(jiǎn)介

　　系統所實(shí)現的功能是在乘客乘坐時(shí)采集車(chē)內高清圖片及車(chē)輛GPS 位置信息，實(shí)現圖片JPEG 壓縮與存儲，發(fā)送，以便對車(chē)輛運行情況及時(shí)掌握;在報警的情況下，還可以采集實(shí)時(shí)音頻數據，結合照片信息，為突發(fā)事件的及時(shí)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(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )發(fā)送至監控中心，由監控中心處理數據，并做出及時(shí)響應。

　　2 視頻監控系統整體框架

　　本出租車(chē)安全監控系統由監控中心、網(wǎng)絡(luò )傳輸鏈路、車(chē)載監控終端3 部分組成。車(chē)載監控端實(shí)現車(chē)內聲音、圖像、GPS 等數據的采集、壓縮處理等;網(wǎng)絡(luò )傳輸鏈路將是車(chē)載監控終端所采集信息的傳輸鏈路，以實(shí)現與監控中心的連接;而監控中心接收車(chē)載監控終端所發(fā)送的數據，并對聲音、圖像數據，進(jìn)行解壓、顯示以及標志車(chē)輛當前位置地圖等;同時(shí)還可以有多個(gè)客戶(hù)端監控計算機登陸監控中心服務(wù)器來(lái)查看實(shí)時(shí)效果，但并不具有操作權限。整個(gè)系統的示意圖如圖1 所示。

　　圖 1 出租車(chē)安全監控系統示意圖

　　2.1.車(chē)載監控終端

　　車(chē)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(jìn)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(xié)處理器，實(shí)現數據的壓縮，極大提高了系統實(shí)時(shí)性。定義報警及正常關(guān)門(mén)信號為中斷，在中斷信號的觸發(fā)下，通過(guò)接收CMOS 高清圖像傳感器采集的圖像信號，進(jìn)行JPEG 壓縮，實(shí)現對車(chē)內圖像信息的采集;當中斷為報警信號時(shí)啟動(dòng)音頻模數轉換采集車(chē)內聲音信息;GPS 信息實(shí)時(shí)采集，以標志車(chē)輛目前位置;通過(guò)對這些信息的采集，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳輸鏈路發(fā)送至監控中心，供監控中心作相應處理。此外，當監控終端運行異常時(shí)，其內部的守護進(jìn)程會(huì )進(jìn)行監視，適當的時(shí)候進(jìn)行重啟。

　　2.2.網(wǎng)絡(luò )傳輸鏈路

　　網(wǎng)絡(luò )傳輸鏈路負責數據的傳輸。針對車(chē)輛應用的移動(dòng)性，采用無(wú)線(xiàn)傳輸方式是非常必要的。目前，可以有多種無(wú)線(xiàn)傳輸方式可供選擇，例如：無(wú)線(xiàn)電臺、GPRS、CDMA 及各種3G標準方式。其中，無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)傳輸速度最快的一種方式，但相應價(jià)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(wú)線(xiàn)傳輸的介質(zhì)，其傳輸速率可達到153 kbps，完全滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性需求，同時(shí)也降低了應用成本。

　　2.3.監控中心

　　監控中心作為整個(gè)監控系統的核心，接收各個(gè)監控終端所發(fā)送的圖像、GPS 及聲音信息，根據發(fā)送信息做出及時(shí)響應，并實(shí)現本地存儲，以便查詢(xún)。監控中心還需對車(chē)輛當前位置進(jìn)行標志，以實(shí)時(shí)跟蹤車(chē)輛運行情況。監控中心可以采用個(gè)人電腦或者工作站，通過(guò)綁定固定公網(wǎng)IP 或者NAT 方式，實(shí)現監控終端的訪(fǎng)問(wèn)，監控電腦需安裝相應監控軟件以實(shí)現對信息的接收，解析與存儲。

　　3 車(chē)載監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(shí)時(shí)時(shí)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(gè)系統的控制中心，主要實(shí)現整個(gè)系統的控制，通過(guò)對外部事件的響應，實(shí)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(shí)現對車(chē)內圖像的高清采集;實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊為系統提供硬件時(shí)鐘;GPS 模塊采集車(chē)輛的當前位置信息，為監控提供位置信息，以便快速處理;立體聲音頻采集模塊實(shí)現報警情況下對車(chē)內聲音信息的采集;CDMA 模塊實(shí)現將圖像、GPS 及音頻信息通過(guò)無(wú)線(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò )發(fā)送至監控中心的功能。下面對一些主要模塊進(jìn)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(shí)現低成本、高質(zhì)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(shí)鐘頻率，與ARM9 軟件完全兼容;內部集成一個(gè)MPEG4/JPEG 協(xié)處理器(MJCP)，實(shí)現視頻與圖像的硬件實(shí)時(shí)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(shí)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(gè)獨立增強型直接內存存取(EDMA)通道，實(shí)現靈活的無(wú)CPU 干預的數據搬移;同時(shí)提供了USB，SPI，I2C，I2S，ASP(Audio Serial Port)及UART 外設接口以實(shí)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(guò)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NAND FLASH 固態(tài)存儲器，用來(lái)存儲UBL、U-boot、內核及根文件系統，以支持系統上電自啟動(dòng)，還可以實(shí)現采集圖片的暫時(shí)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(guò)外擴128M字節的DDR2 SDRAM，提高了系統運行速度及數據吞吐量，實(shí)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?xún)r(jià)比的CMOS 圖像傳感器OV5620，這是OmniVision公司的第二代五百萬(wàn)成像芯片，光學(xué)規格為1/2.5 英寸，最大輸出分辨率為2592×1944，并支持鏡頭黑點(diǎn)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(chǎng)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 監控終端軟件設計

　　系統在嵌入式Linux 操作系統的基礎上，通過(guò)驅動(dòng)接口各個(gè)硬件設備，編寫(xiě)應用程序實(shí)現系統功能。系統啟動(dòng)方式選擇為NAND FLASH 啟動(dòng)，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(dòng)后，通過(guò)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(shí)即可運行用戶(hù)應用程序。

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

　　本設計將整個(gè)應用程序實(shí)現為3個(gè)進(jìn)程：capture 進(jìn)程、dir_send 進(jìn)程及gps 進(jìn)程。capture進(jìn)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(jìn)行圖像數據的采集，JPEG 壓縮及本地存儲;dir_send 進(jìn)程主要完成capture 進(jìn)程采集數據的發(fā)送，實(shí)現定時(shí)檢測功能，一旦發(fā)現有圖片文件生成時(shí)，即檢測該圖片是否完整，如果完整則在網(wǎng)絡(luò )良好的情況下發(fā)送至監控中心，一旦監控中心接收成功，則刪除該圖片文件，以充分利用本地有限的存儲資源;gps 進(jìn)程通過(guò)串口接收GPS 模塊的定位信息，并將信息及時(shí)通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )發(fā)送至監控中心，以實(shí)現監控中心對車(chē)輛的行駛實(shí)時(shí)監控與記錄。各進(jìn)程流程圖如圖2所示：

　　圖 2 應用程序流程圖

　　通過(guò)設計3個(gè)進(jìn)程，完全實(shí)現了系統功能，經(jīng)實(shí)際驗證，系統穩定可靠。

　　總結：

　　本文介紹了基于 TI 公司TMS320DM355 處理器的出租車(chē)安全監控系統，從系統架構，車(chē)載監控終端硬件設計及應用軟件三個(gè)方面對整個(gè)系統進(jìn)行了介紹。該系統通過(guò)在中斷信號的觸發(fā)下，采集車(chē)內圖片信息，GPS 位置信息實(shí)現對車(chē)輛行駛狀態(tài)及車(chē)內狀況的監控。該系統通過(guò)實(shí)車(chē)環(huán)境檢測，信息傳輸穩定，系統響應及時(shí)可靠。該系統可在不改變硬件設計的情況下升級為視頻監控系統，但與此同時(shí)無(wú)線(xiàn)傳輸鏈路也應升級為速度更高的3G 等方式。