詳解車(chē)載安防系統技術(shù)原理

引言

近年來(lái)嵌入式技術(shù)與Internet技術(shù)的結合， 使嵌入式技術(shù)在遠程控制、智能交通、電視會(huì )議、安防等領(lǐng)域占有越來(lái)越重要的地位。隨著(zhù)人們生活水平的提高及個(gè)人財富的積累， 汽車(chē)逐漸變成了人們出行旅游的普遍的交通工具， 同時(shí)汽車(chē)被盜案例也屢見(jiàn)不鮮。因此如何保證個(gè)人或者集體汽車(chē)就成為迫切需要解決的問(wèn)題。這就促使我們開(kāi)發(fā)一種更低成本、更方便的視頻監控設備—車(chē)載安防系統來(lái)滿(mǎn)足有車(chē)大眾的需要。

1 系統硬件設計

汽車(chē)安全與防御系統主要由視頻采集及處理模塊、3G無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)卡、嵌入式Web Server、GSM模塊及客戶(hù)端瀏覽器組成。嵌入式Web Server由Samsung公司的ARM處理器S3c2440 和網(wǎng)絡(luò )芯片構成。其攝像頭首先將采集到的圖像數據傳給視頻處理器， 由視頻處理器進(jìn)行壓縮編碼， 然后傳遞給ARM處理器， ARM處理器再將這幀數據與前一幀數據進(jìn)行比較， 如果相同， 即表明無(wú)移動(dòng)物體， 則丟棄該幀， 以節省存儲空間； 如果不相同則表明有移動(dòng)的物體， 處理器會(huì )把這幀數據存儲起來(lái)， 并啟動(dòng)GSM模塊發(fā)送報警短信?？蛻?hù)端如果想及時(shí)了解車(chē)中的情況， 可以通過(guò)瀏覽器訪(fǎng)問(wèn)到嵌入式的Web服務(wù)器來(lái)查看實(shí)時(shí)視頻。

系統硬件主要有Samsung公司的ARM處理器S3c2440， 3G無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)卡， 16/32位的ARM處理器實(shí)現了MMU、AMBA BUS 和Harvard高速緩存體系結構， 具有獨立的16KB指令Cache和16K B數據Cache。網(wǎng)絡(luò )芯片采用比較常用的Cs8900。

SDRAM 選用兩片HY57 V561620 （32M） 。NORFLASH 選用AM29LV 160DB 。NAND FLASH選用32M的K9F 1208 芯片。視頻處理部分， 采用硬件的H.264編解碼器， 具體采用美國Q pixel公司的QL202B， 它是低功耗實(shí)時(shí)單片半雙工H.264/AVC編碼器。系統硬件結構圖如圖1所示。

圖1 系統硬件結構框圖

2 軟件設計

本系統的軟件設計包括： 嵌入式Linux操作系統的移植、視頻采集程序和動(dòng)態(tài)檢測程序的編寫(xiě)、嵌入式Web Server的實(shí)現以及相關(guān)驅動(dòng)程序的編寫(xiě)與移植。

2.1 視頻采集的動(dòng)態(tài)檢測

視頻采集及動(dòng)態(tài)監測的原理如圖2所示。設定攝像頭視頻采集循環(huán)的周期為T(mén)， 系統初始化以后， 獲得的第一幀圖像就保存為背景圖像， 接下來(lái)每隔時(shí)間T采集一幀， 利用背景減除法進(jìn)行運動(dòng)目標檢測。這種檢測方法是從視頻流中實(shí)時(shí)提取目標， 檢測出圖像序列中與運動(dòng)的三維物體相關(guān)的點(diǎn)， 濾除圖像中與運動(dòng)對象無(wú)關(guān)的信息。

該軟件使用QT/E的圖像處理類(lèi)庫QImage process開(kāi)發(fā)。首先循環(huán)采集兩幀圖像數據， 進(jìn)行二值化處理后， 分別提取兩幅圖像的亮度作差。得到背景差分圖像后， 與設定的亮度閾值進(jìn)行比較， 如果未超過(guò)閥值則丟棄該幀。超過(guò)該值則觸發(fā)報警， 啟動(dòng)GSM模塊發(fā)送報警信息， 同時(shí)告知ARM處理器， 以便ARM處理器進(jìn)行后續的工作。

圖2 視頻采集流程圖

2.2 嵌入式Web Server的軟件設計

嵌入式Web Server的軟件設計構建分為兩部分：

（1） Linux服務(wù)器boa的配置與移植；

（2） 嵌入式CGI的實(shí)現。嵌入式Web的工作流程圖如圖3所示。

圖3 嵌入式Web server工作流程圖

1） boa的移植與配置

Boa是一種單任務(wù)的Http服務(wù)器， 性能優(yōu)越且速度快， 可以到http://www.boa.org網(wǎng)站上下載一個(gè)主流版本的boa發(fā)行包上下載源代碼， 并進(jìn)行配置與移植。由于Boa的配置與移植方法在網(wǎng)上可以很容易查到， 這里就不再贅述了。

2） 嵌入式CGI

本設計就要求Web能夠動(dòng)態(tài)實(shí)現顯示和交互式操作， 傳統的靜態(tài)網(wǎng)頁(yè)不具備這樣的功能。為解決這個(gè)問(wèn)題可以引入CGI （Common Gateway Interface），它是外部應用擴展應用程序與WWW服務(wù)器交互的一個(gè)標準接口， 能實(shí)現Web的客戶(hù)端與服務(wù)器之間進(jìn)行交互式操作。通過(guò)CGI可以提供許多靜態(tài)的HTML網(wǎng)頁(yè)無(wú)法實(shí)現的功能， 比如搜索引擎、遠程監控、基于Web的數據庫訪(fǎng)問(wèn)等等。它還具有運行速度快， 支持多種編程語(yǔ)言，與瀏覽器兼容等優(yōu)點(diǎn)。CGI實(shí)現客戶(hù)端與服務(wù)器交互的過(guò)程如圖4所示。

圖4 HTTP調用CGI過(guò)程圖

3 結束語(yǔ)

本系統只需打開(kāi)任何一個(gè)瀏覽器輸入IP號就可以登錄嵌入式服務(wù)器， 觀(guān)看實(shí)時(shí)、或歷史車(chē)內情況。其視頻截取圖片如圖5所示。

圖5 視頻截取圖

本文所介紹的這種車(chē)載安防系統的方案具有便于安放的優(yōu)點(diǎn)， 因此， 在汽車(chē)安放領(lǐng)域內具有非常廣闊的市場(chǎng)前景， 只是有需要完善的地方，比如存儲的視頻的容量有限， 由于每臺機器都有一個(gè)獨立的I P， 比較占用I P 資源， 再者視頻信息量非常大， 3G無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)卡傳輸率有限， 傳輸時(shí)會(huì )有幾秒的時(shí)延， 相信不久的將來(lái)， 隨著(zhù)壓縮算法的技術(shù)和3G無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)卡傳輸的發(fā)展， IPV6協(xié)議的普及等問(wèn)題都將迎刃而解。