基于3G網(wǎng)絡(luò)的車(chē)載視頻終端系統(tǒng)

葉創(chuàng)國(guó)，文科，余佳鑫，陳源福（廣州日濱科技發(fā)展有限公司，廣東廣州510660）

基于3G網(wǎng)絡(luò)的車(chē)載視頻終端系統(tǒng)

葉創(chuàng)國(guó)，文科，余佳鑫，陳源福
（廣州日濱科技發(fā)展有限公司，廣東廣州510660）

介紹一種基于3G網(wǎng)絡(luò)的車(chē)載視頻終端系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)結(jié)合了車(chē)載視頻監(jiān)控及行車(chē)記錄儀兩大功能，并通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)音視頻數(shù)據(jù)及行車(chē)記錄數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)的通信傳輸，以滿(mǎn)足在交通系統(tǒng)中的對(duì)車(chē)輛行駛及車(chē)乘人員能提供到更安全有效的保障。

車(chē)載；視頻監(jiān)控；行車(chē)記錄儀

0　引言

隨著運(yùn)營(yíng)商3G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟和資費(fèi)下降，3G視頻監(jiān)控開(kāi)始在市場(chǎng)上普及。事故頻發(fā)，各地政府也開(kāi)始關(guān)注在途車(chē)輛的實(shí)時(shí)監(jiān)控。2012-2013年部分省市已下發(fā)強(qiáng)制性政策要求客運(yùn)車(chē)輛必須安裝帶3G實(shí)時(shí)監(jiān)控的終端設(shè)備，市場(chǎng)對(duì)3G實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備的需求量正在逐步增大。本文提出了一種基于3G網(wǎng)絡(luò)的車(chē)載視頻終端系統(tǒng)，該系統(tǒng)方案采用了車(chē)載視頻監(jiān)控與行車(chē)記錄儀一體化模式，在節(jié)省成本之余更能為用戶(hù)帶來(lái)功能上多樣性需求及服務(wù)體驗(yàn)提升，同時(shí)也為交通情況的調(diào)度、車(chē)輛及車(chē)乘人員提供了更安全有效的保障。

1　系統(tǒng)簡(jiǎn)介

車(chē)載視頻終端系統(tǒng)，是集3G無(wú)線(xiàn)通信、雙向語(yǔ)音對(duì)講、車(chē)載視頻監(jiān)、北斗定位、車(chē)載媒體播放于一體的全方位、多功能車(chē)載監(jiān)控設(shè)備[1]。通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)無(wú)線(xiàn)傳輸，讓視頻畫(huà)面更清晰、流暢；雙向的語(yǔ)音對(duì)講，可以保證調(diào)度中心與前端車(chē)輛實(shí)時(shí)調(diào)度安排、突發(fā)事件現(xiàn)場(chǎng)指揮；短信、報(bào)警多種方式觸發(fā)設(shè)備上下線(xiàn)，降低使用成本；內(nèi)置大容量SD卡進(jìn)行音視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，保證全方位實(shí)時(shí)記錄每一個(gè)瞬間，以備事后查證，真正成為車(chē)載黑匣子；北斗實(shí)時(shí)定位，無(wú)論車(chē)輛置身何處只要一鍵便知；對(duì)偏離路線(xiàn)、超速、異常停車(chē)等可疑行為立即報(bào)警，保證車(chē)輛安全行駛。

2　硬件平臺(tái)介紹

3G車(chē)載視頻終端硬件主要由音視頻處理器、3G模塊、硬盤(pán)存儲(chǔ)器、鍵盤(pán)、顯示屏、音視頻接入電路、STM控制器電路、北斗模塊、車(chē)輛信息采集模塊及輸出控制模塊組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2.1音視頻處理電路

視頻處理電路，主要由處理器海思HI3521，程序存儲(chǔ)器K9F2G08U，動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器K4B2G1646C組成。海思的HI3521處理器，其內(nèi)置高性能A9處理器、多達(dá)8路D1實(shí)時(shí)多協(xié)議編解碼能力的引擎和編解碼算法并結(jié)合多路高清顯示輸出能力，充分滿(mǎn)足客戶(hù)產(chǎn)品的高質(zhì)量圖像體驗(yàn)。K9F2G08U0D為三星的NAND FLASH，其存儲(chǔ)容量為256MB，可滿(mǎn)足程序存儲(chǔ)及日后程序的升級(jí)更新。K4B2G1646C則為三星的DDR3動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器，單片容量為128MB，系統(tǒng)采用了兩片DDR3內(nèi)存以滿(mǎn)足多達(dá)8路的視頻數(shù)據(jù)處理需求。

圖1　結(jié)構(gòu)圖

音視頻處理電路系統(tǒng)中主要作用是作為視頻處理核心部分，對(duì)音視頻接入電路的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行編解碼、壓縮及傳輸處理等工作。同時(shí)根據(jù)ARM控制器發(fā)送的相關(guān)指令進(jìn)行，通過(guò)操作3G模塊與控制中心服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

2.2音視頻接入電路

音視頻接入電路作用是，接入模擬的音視頻信號(hào)并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)格式的數(shù)字信號(hào)，以能提供到HI3521中進(jìn)行編碼壓縮等視頻處理操作。接入電路可支持多達(dá)8路音視頻同步輸入，1路視頻信號(hào)輸出和1路雙向數(shù)字對(duì)講。接入電路關(guān)鍵器件是8通道WD1（960H）/D1視頻解碼器和音頻編解確器芯片TW2869。TW2869可支持NTSC(M，4.43)、PAL(B，D，G，H，I，M，N，Ncombina?tion)及PAL(60)幀格式視頻接入，并能轉(zhuǎn)換成ITU-R 656格式的數(shù)字信號(hào)對(duì)HI3521處理器的656接口進(jìn)行輸出。TW2869還支持8通道音頻輸入，2個(gè)通道輔助音頻輸入及1通道的模擬音頻輸出。其中1通道輔助輸入用作數(shù)字對(duì)講輸入端，語(yǔ)音數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理后，經(jīng)過(guò)HI3521編碼后，3G模塊以網(wǎng)絡(luò)接入方式與控制中心通信?？刂浦行膫鬟^(guò)來(lái)的語(yǔ)音數(shù)據(jù)則通過(guò)3G模塊接收后，經(jīng)過(guò)HI3521解碼后，傳送到TW2968的模擬輸出端進(jìn)行輸出。

2.33G模塊

3G模塊選用華為MC509模塊，其支持電信EVDO制式網(wǎng)絡(luò)，通信速率最大理論最大值可達(dá)到上行速率1.8Mb/s，下行速率為3.1Mb/s。目前主要使用的視頻格式有QCIF（176×144/dpi）、CIF（352×288/dpi）、D1（704×576/dpi）?？紤]實(shí)際的需求選擇及流量資費(fèi)性況，先用CIF格式進(jìn)行實(shí)進(jìn)視頻傳輸出，則每幀圖像的大小為352× 288×24=2 433 024 bit，即2 433 024/1 024=2 376 kbit，這里選擇H.264的250：1的壓縮比例的話(huà)，壓縮后的圖像大小就為2 376/250=9.5 kbit[2]。那么1.8 Mb/s的傳輸出理論值可滿(mǎn)足1.8×1 024/ 9.5≈194幀/s，即8通道各24幀數(shù)據(jù)的傳輸。

2.4存儲(chǔ)器

存儲(chǔ)器選用SD卡存儲(chǔ)。為了滿(mǎn)足盡量長(zhǎng)時(shí)間的音視頻數(shù)據(jù)本地存儲(chǔ)，擴(kuò)展為雙SD卡存儲(chǔ)，每張最大支持32GB，則總?cè)萘孔畲罂芍С?4GB的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。D1格式視頻按照25幀128 kbit碼率進(jìn)行編碼來(lái)計(jì)算，單路視頻編碼大小約為1 Mbit/min，則64GB存儲(chǔ)容量，理論可滿(mǎn)足64× 1 024/1/60/8≈136 h存儲(chǔ)時(shí)間。

2.5人機(jī)界面

系統(tǒng)人機(jī)界面包含有顯示屏和鼠標(biāo)。系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)VGA接口的7寸的TFT液晶顯示屏，主要為了方便于便車(chē)載攝像頭的安裝調(diào)試及系統(tǒng)參數(shù)的配置。鼠標(biāo)可通過(guò)USB接口接入，可以更加人性化地對(duì)系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行配置。

2.6STM 32控制器電路

由于HI3521作為視頻處理器耗用資源較大，剩余作為信息聚集及控制用的I/O資源不足，所以這里擴(kuò)展了一個(gè)STM32控制器電路。選擇型號(hào)為STM32F103VET6，100引腳封裝，主頻達(dá)到72MHz?？商峁┑劫Y源有，256 kb的FLSAH，64 kb的SRAM，5組UART，1組CAN，3組ADC接口等，完全可以滿(mǎn)足系統(tǒng)需求?？刂破麟娐分饕饔檬菍?duì)車(chē)輛行駛信息的聚集及分析處理。如接收北斗模塊數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋并按相關(guān)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相應(yīng)的打包傳送，還有實(shí)時(shí)校準(zhǔn)北斗模塊的定位時(shí)間及設(shè)備內(nèi)部RTC時(shí)間的誤差等工作。STM32控制器電路是通過(guò)UART接口與HI3521進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的。

2.7北斗模塊

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國(guó)自主研發(fā)、獨(dú)立運(yùn)行的一套全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。目前系統(tǒng)基本覆蓋了我國(guó)本土及周邊地區(qū)，在我國(guó)全境范圍內(nèi)具有良好的導(dǎo)航定位可用性。北斗系統(tǒng)的二維定位精度可達(dá)到20 m，單向授時(shí)精度達(dá)到100 ns，與GPS系統(tǒng)的民用精度相當(dāng)，能滿(mǎn)足一般用戶(hù)的基本導(dǎo)航定位及授時(shí)要求。鑒于我國(guó)目前正在大力推廣北斗系統(tǒng)使用的商業(yè)化，這里選用了北斗定位模塊進(jìn)行定位。

2.8車(chē)輛信息采集模塊

車(chē)輛信息采集主要包括行車(chē)速度、油耗、車(chē)輛各部分動(dòng)作信息、車(chē)輛碰撞側(cè)翻信息、駕駛?cè)藛T信息等信息。車(chē)輛信息采集作用主要是為了記錄車(chē)輛在行駛過(guò)程中，以方便在控制中心人員有效地?fù)挝盏杰?chē)輛行駛的狀況或?yàn)槿f(wàn)一出現(xiàn)事故后相關(guān)情況分析的有力依據(jù)。

2.9輸出控制模塊

輸出控制模塊，包括電源控制，汽車(chē)斷油路控制及預(yù)留輸出控制等組成。其中電源控制主要有對(duì)外輸出電源使能開(kāi)關(guān)控制，板內(nèi)重要模塊或大功耗模塊使能開(kāi)關(guān)控制（如3G模塊，SD電路等），還有攝像頭輸出輸入電源使能控制等。汽車(chē)斷油路控制主要用來(lái)控制汽車(chē)的油路，板內(nèi)只提供驅(qū)動(dòng)繼電路電路，需要外接繼電路才能工作。

3　軟件設(shè)計(jì)

設(shè)備軟件主要分成兩部分：視頻處理電路主要運(yùn)行LINUX操作系統(tǒng)程序，控制電路主要運(yùn)行實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)程序。兩部分是通過(guò)UART進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的，如圖2所示。

圖2　軟件設(shè)計(jì)總框圖

3.1實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

STM控制器電路采用的是多任務(wù)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。其主要完成的任務(wù)有：UART通信（與HI3521通信），485總線(xiàn)通信，CAN總線(xiàn)通信，RS232通信，IO/AD信號(hào)檢測(cè)，RTC時(shí)鐘，F(xiàn)LASH存儲(chǔ)，傳感器檢測(cè)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議程等功能。STM控制器電路作為系統(tǒng)控制的主控芯片，完成各種指令的解釋給任務(wù)下發(fā)工作。

3.2LINUX操作系統(tǒng)

HI3521視頻處理電路中運(yùn)行的為L(zhǎng)INUX操作系統(tǒng)。其主要分成5大功能應(yīng)用進(jìn)程，UI菜單界面、應(yīng)用程序APP、DEBUG程序、音視頻模塊程序、3G模塊程序。

UI菜單界面，可以直觀地通過(guò)外接顯示屏顯示出菜單設(shè)置錄像碼率，OSD疊加，預(yù)覽模式，錄像計(jì)劃，本地回放、用戶(hù)管理等內(nèi)容。

應(yīng)用程序APP主要應(yīng)用層軟件處理，如連接業(yè)務(wù)服務(wù)器平臺(tái)，收發(fā)數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)和STM控制器電路通信，負(fù)責(zé)兩個(gè)CPU的遠(yuǎn)程升級(jí)，USB升級(jí)等功能。

DEBUG程序主要用來(lái)進(jìn)行調(diào)試及實(shí)現(xiàn)防止進(jìn)程掛掉、定時(shí)檢測(cè)和進(jìn)程掛掉重新運(yùn)行等作用。

音視頻模塊程序?qū)崿F(xiàn)音視頻相關(guān)的操作，音視頻錄制保存為MP4，3G視頻上傳（實(shí)時(shí)音視頻、歷史回放、文件查詢(xún)ftp上傳），移動(dòng)偵測(cè)報(bào)警，視頻丟失報(bào)警及負(fù)責(zé)視頻文件的數(shù)據(jù)庫(kù)管理等功能。

3G模塊程序主要實(shí)現(xiàn)3G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)撥號(hào)機(jī)制，短信收發(fā)功能。

4　結(jié)語(yǔ)

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了車(chē)載視頻監(jiān)控與行車(chē)記錄儀一體化設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化了車(chē)載設(shè)備的數(shù)量，不但節(jié)省了成本，也方便了設(shè)備在車(chē)輛上安裝。系統(tǒng)還預(yù)留了多種可擴(kuò)展的接口，如WIFI、硬盤(pán)接口、以太網(wǎng)接口等，方便以后系統(tǒng)的升級(jí)更新。本系統(tǒng)適合應(yīng)用于車(chē)載、船載等移動(dòng)監(jiān)控、指揮、管理系統(tǒng)，如110出警、122巡邏、公交監(jiān)控、客運(yùn)大巴監(jiān)控、出租車(chē)監(jiān)控、物流車(chē)監(jiān)控、特種車(chē)輛監(jiān)控、輪船監(jiān)控等，具有廣泛的市場(chǎng)前景。

［1］邰于寧，胡剛，陳雪平.基于ARM嵌入式車(chē)載監(jiān)控終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2008（8）：1125-1126.

［2］李臻，胡平.基于3G網(wǎng)絡(luò)的車(chē)載視頻監(jiān)控終端實(shí)現(xiàn)［J］.煤炭技術(shù)，2011（5）：153-154.

(編輯：向飛)

The Vehicle Mounted Video Terminal System Based on 3G Network

YE Chuang-guo，WEN Ke，YU Jia-xin，CHEN Yuan-fu
（Guangzhou Ropen Technology Co.，Ltd.，Guangzhou 510660，China）

A design scheme of vehicle mounted video terminal system based on 3G network.The system combines the vehicle video monitoring and vehicle traveling data recorder two functions，and the transmission of audio and video data and operation record data through the 3G network and themonitoring center，to providemore safe and effective protection for the transportation system of the vehicle and passengers.

vehicle-mounted；video surveillance；vehicle traveling data recorder

TP399

A

1009－9492(2015)06－0084－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.06.021

2015－04－21

葉創(chuàng)國(guó)，男，1985年生，廣東湛江人，大學(xué)本科。研究領(lǐng)域：家居安防，車(chē)載終端等。