基于ARM Linux的3G無線車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)

摘要：為了加強(qiáng)客運(yùn)服務(wù)中心對(duì)長途車輛在客運(yùn)過程的監(jiān)管，提出了基于ARM Linux的3G無線車栽視頻監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于ARM Linux嵌入式系統(tǒng)與ARM處理器，通過USB攝像頭采集車內(nèi)視頻數(shù)據(jù)，由GPS定位模塊獲取車輛的位置數(shù)據(jù)，然后將采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過H．264壓縮成適合網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男问?。最終通過3G無線發(fā)射模塊經(jīng)過具有寬帶傳輸能力的3G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸給監(jiān)控服務(wù)中心，監(jiān)控服務(wù)中心可以看到車內(nèi)清晰流暢的視頻畫面以及車輛所在位置。
關(guān)鍵詞：GPS；3G；視頻監(jiān)控；H．264；RTP

0 引言
隨著汽車客運(yùn)事業(yè)發(fā)展，營運(yùn)人員在營運(yùn)過程中的安全以及管理也越來越被重視。由于存在乘客與營運(yùn)人員經(jīng)常因逃票、服務(wù)態(tài)度等問題而產(chǎn)生糾紛、客運(yùn)過程中交通事故雙方的責(zé)任鑒定比較模糊、車內(nèi)盜竊事件缺乏有力的證據(jù)以及車輛失竊和司機(jī)酒駕等問題，本文提出基于ARM Linux的3G無線車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可有效減少上述事件的發(fā)生，給予車乘人員以及車輛安全保障。此系統(tǒng)在Linux操作系統(tǒng)下，利用嵌入式開發(fā)板S3C2440搭建硬件環(huán)境，通過USB攝像頭以及GPS模塊采集車內(nèi)實(shí)時(shí)的視頻和位置信息，視頻數(shù)據(jù)通過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?shù)臄?shù)據(jù)量，并且將3G無線網(wǎng)絡(luò)作為傳輸媒介，既可以解決傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)對(duì)運(yùn)動(dòng)中的監(jiān)控不能實(shí)現(xiàn)的問題，提供更加靈活的組網(wǎng)方式，滿足不能架設(shè)線路的監(jiān)控點(diǎn)的監(jiān)控需求，還可以提供比GPRS和CDMA更寬的數(shù)據(jù)傳輸帶寬，滿足移動(dòng)視頻監(jiān)控的要求。最終監(jiān)控終端通過Web瀏覽器可以實(shí)時(shí)監(jiān)控車輛內(nèi)部的視頻畫面以及車輛所在的位置速度等信息。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
3G無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由車載移動(dòng)監(jiān)控終端、網(wǎng)絡(luò)傳輸、遠(yuǎn)程客戶端3部分組成。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。整個(gè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用B／S結(jié)構(gòu)。車載移動(dòng)監(jiān)控終端主要包括S3C2440平臺(tái)上運(yùn)行的GPS數(shù)據(jù)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(chǔ)構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)RTP、RTCP、HTTP、TCP、UDP等傳輸協(xié)議。遠(yuǎn)程客戶端實(shí)現(xiàn)車輛位置以及視頻數(shù)據(jù)的接收、視頻流的解碼播放、網(wǎng)絡(luò)狀況反饋等功能。系統(tǒng)工作原理為：通過USB攝像頭獲取實(shí)時(shí)車輛內(nèi)情況和司機(jī)駕駛狀況，通過GPS定位模塊獲取GPS數(shù)據(jù)(經(jīng)緯度、高度、時(shí)間、速度)，并傳送給ARM處理器，處理器對(duì)接收數(shù)據(jù)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(duì)壓縮好的數(shù)據(jù)進(jìn)行RTP封裝并通過內(nèi)部總線送到內(nèi)置的boa服務(wù)器，并根據(jù)RTCP反饋回來的控制信息對(duì)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(jié)合CGI技術(shù)來實(shí)現(xiàn)監(jiān)控端和客戶端的交互。遠(yuǎn)程客戶端通過無線網(wǎng)絡(luò)與boa服務(wù)器連接，采用ActiveX技術(shù)實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的接收、RTP報(bào)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(tǒng)的硬件組成及選型設(shè)計(jì)
2．1 車載移動(dòng)終端
車載移動(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無線數(shù)據(jù)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(nèi)核，0．13μm的CMOS標(biāo)準(zhǔn)宏單元和存儲(chǔ)器單元，最高運(yùn)行頻率達(dá)到400MHz，它的低功耗、簡單、考究和全靜態(tài)是專門為需要考慮花費(fèi)和功耗的應(yīng)用設(shè)計(jì)的，特別適用本系統(tǒng)。S3C2440A提供了豐富的片內(nèi)資源，支持Linux。集成在芯片上的功能有：16 KB的指令和數(shù)據(jù)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(tǒng)的調(diào)度工作，在系統(tǒng)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3G無線網(wǎng)絡(luò)向監(jiān)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(yùn)行限制速度515 ms。系統(tǒng)通過該模塊實(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(shù)據(jù)。
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(xiàn)出了較好的性價(jià)比。與此同時(shí)。主板還預(yù)留了多個(gè)外圍接口，以便擴(kuò)展功能。
無線通信模塊采用SIMCOM公司的SIM5218模塊。無線SIM5218是一款WCDMA／HSDPA／GSM／GPRS／EDGE模塊解決方案，支持下行速率達(dá)7．2 Mb／s和上行速率為5．76 Mb／s的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，這對(duì)視頻和圖像等數(shù)據(jù)量相對(duì)較大的信號(hào)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(nèi)嵌SIM卡等。在費(fèi)用方面，3G因?yàn)槭墙柚职粨Q的技術(shù)，所以，網(wǎng)絡(luò)使用的費(fèi)用是以消費(fèi)者的數(shù)據(jù)傳輸量來定。