基于嵌入式系統(tǒng)的違章車輛視頻檢測(cè)系統(tǒng)
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在進(jìn)行視頻處理時(shí)，從攝像頭輸入模擬信號(hào)，這些全電視信號(hào)構(gòu)成極為復(fù)雜，因而對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換的電路也非常復(fù)雜，Philips公司將這些非常復(fù)雜的A／D轉(zhuǎn)換電路集成到了一塊芯片中，從而生產(chǎn)出功能強(qiáng)大的視頻輸入處理芯片SAA7113，為視頻信號(hào)的數(shù)字化應(yīng)用提供了極大的方便。
SAA7113是一種視頻解碼芯片，它可以輸入4路模擬視頻信號(hào)，通過(guò)內(nèi)部寄存器的不同配置可以對(duì)4路輸入進(jìn)行轉(zhuǎn)換，輸入4路CVBS或2路S視頻(Y／C)信號(hào)，輸出8位“VPO”數(shù)據(jù)總線。通過(guò)設(shè)置寄存器的值，可以輸出標(biāo)準(zhǔn)的ITU-R BT656，YUV 4：2：2格式。
SAA7113具有雙通道模擬預(yù)處理電路，包括信號(hào)源選擇，兩個(gè)模擬抗混迭濾波器和模／數(shù)轉(zhuǎn)換器，一個(gè)自動(dòng)鉗位和增益控制電路，一個(gè)時(shí)鐘發(fā)生電路(CGC)，一個(gè)數(shù)字多制式解碼器，一個(gè)亮度／對(duì)比度／飽和度控制電路和一個(gè)色彩空間轉(zhuǎn)換矩陣。主要應(yīng)用于多媒體、可視電話、圖像處理及安防等方面。
3．2 視頻圖像處理單元
從視頻A／D芯片SAA7113送來(lái)的數(shù)字視頻流必須經(jīng)過(guò)處理，如對(duì)數(shù)字視頻流進(jìn)行解碼，識(shí)別出行、場(chǎng)同步信號(hào)，并根據(jù)電子警察系統(tǒng)要求選擇采集的圖像大小，截取每幀圖像數(shù)據(jù)等。系統(tǒng)控制單元根據(jù)電子警察系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，對(duì)紅燈信號(hào)時(shí)截取的圖像數(shù)據(jù)幀進(jìn)行處理，并判斷是否有車輛違章行為；如有車輛闖紅燈，則將截取到的圖像添加相應(yīng)信息，保存到系統(tǒng)存儲(chǔ)器中，并傳輸?shù)浇煌ü芾肀O(jiān)控中心。
一個(gè)路口的電子警察系統(tǒng)一般有多路視頻信號(hào)同時(shí)傳入，數(shù)據(jù)量大，實(shí)時(shí)性要求高。如果將這些視頻數(shù)據(jù)送到電子警察控制單元ARM芯片進(jìn)行處理是不現(xiàn)實(shí)的。因此必須在ARM芯片前端增加專門的圖像采集處理器件。在目前市場(chǎng)上的圖像采集處理系統(tǒng)中，用作系統(tǒng)的核心器件一般有現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)以及特定用途集成電路(專用ASIC)芯片。FPGA是在ASIC基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，克服了ASIC不夠靈活的缺點(diǎn)，F(xiàn)PGA芯片不僅可以和ASIC芯片一樣解決電子傳統(tǒng)小型化、低功耗等問(wèn)題，還具有高速、高可靠性、開(kāi)發(fā)周期短、質(zhì)量穩(wěn)定、開(kāi)發(fā)軟件投入小、開(kāi)發(fā)工具先進(jìn)、標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品小需測(cè)試及可實(shí)時(shí)在線檢測(cè)等一系列ASIC無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，而且還可以根據(jù)后期現(xiàn)場(chǎng)的需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)編程，可擦寫多次，使得無(wú)論在開(kāi)發(fā)過(guò)程中和后期現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試或者增加一定的功能都十分方便，設(shè)計(jì)比較靈活；而且隨著現(xiàn)代工藝的發(fā)展和提高，F(xiàn)PGA芯片本身的成本越來(lái)越低。同時(shí)，在數(shù)字圖像處理方面，DSP更適宜于用作高層數(shù)據(jù)處理。實(shí)時(shí)圖像采集和處理對(duì)系統(tǒng)性能的要求極高，數(shù)據(jù)流量一般情況下也比較大，因此幾乎所有只具有最簡(jiǎn)單功能的通用DSP都不能在圖像采集處理系統(tǒng)中達(dá)到所需的性能要求，因而更多地采用FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)。
綜上所述，采用FPGA代替DSP或者ASIC芯片作為在ARM芯片前端的圖像采集處理器件，實(shí)現(xiàn)視頻圖像采集和處理。
3．3 系統(tǒng)控制單元
系統(tǒng)控制部分是整個(gè)電子警察系統(tǒng)的核心，其主要工作為：
(1)獲取FPGA截取的視頻圖像，并對(duì)圖像進(jìn)行處理，檢測(cè)是否有車輛違章闖紅燈的行為；
(2)當(dāng)有車輛闖紅燈違章行駛時(shí)，對(duì)車輛違章行為進(jìn)行抓拍，并在車輛違章圖像中添加相應(yīng)信息；
(3)控制車輛違章圖像及信息的傳輸。
為了能很好地完成以上控制功能，可以采用Atmel公司生產(chǎn)的AT91RM9200微處理器。它是完全圍繞ARM920T ARM Thumb處理器構(gòu)建的系統(tǒng)。具有豐富的系統(tǒng)與應(yīng)用外設(shè)及標(biāo)準(zhǔn)的接口，從而為低功耗、低成本、高性能的計(jì)算機(jī)寬范圍應(yīng)用提供一個(gè)單片解決方案。為完善性能，AT91RM9200集成了包括JTAGICE、專門UART調(diào)試通道(DBGU)及嵌入式的實(shí)時(shí)追蹤等一系列的調(diào)試功能。這些功能使得開(kāi)發(fā)、調(diào)試所有的應(yīng)用，特別是使實(shí)時(shí)性限制的應(yīng)用成為可能。
3．4 網(wǎng)絡(luò)傳輸單元
AT91RM9200內(nèi)部包含了MAC以太網(wǎng)控制，支持媒體獨(dú)立接口(Media Independent Interface，MII)或簡(jiǎn)化獨(dú)立媒體接口(RMII)，可在半雙工或全雙工模式下提供情報(bào)10／100Mb／s的以太網(wǎng)接入。以太網(wǎng)MAC是OSI參考模型物理層(PHY)和邏輯鏈路層(LLC)間MAC子層的硬件工具。以太網(wǎng)MAC包括所需邏輯與DMA管理的發(fā)送與接收FIFO。然而，AT91RM9200并未提供物理層接口，故需外接一片物理層芯片，以提供以太網(wǎng)的接入通道。
DM9161是一款單芯片、低功耗、物理層傳輸接口芯片，支持100BASE-TX及10BASE-T網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。DM9161采用低功耗、高效率CMOS處理器，包含了由IEEE 802．3u規(guī)定的100BASE-TX所有物理層功能，包括物理代碼子層(Physical Coding Sublayer，PSC)、物理媒體捆綁(Physical Medium Attachrnent，PMA)、雙絞線物理媒體依賴子層(Twisted Pair Physical Medium Dependent Sublayer，TP-PMD)、10BASE-TX編碼／解碼(10BASE-TX Encoder／Decoder，ENC／DEC)及雙絞線媒體接入單元(Twisted Pair Media AccessUnit，TPMAU)。DM9161利用自動(dòng)媒體速度和協(xié)議選擇功能，提供強(qiáng)大的自適應(yīng)支持。由于DM9161內(nèi)置有波形塑造濾波器，因而不用外部擴(kuò)展濾波器就能實(shí)現(xiàn)在100BASE-TX或10BASE-T媒介中傳輸信號(hào)。DM9161通過(guò)RJ45接口，可實(shí)現(xiàn)與路由器或CDMAMODEM連接。
4 結(jié)語(yǔ)
車輛視頻檢測(cè)是一門多種技術(shù)融合多學(xué)科交叉的綜合學(xué)科，基于嵌入式系統(tǒng)的違章車輛視頻檢測(cè)系統(tǒng)是整個(gè)電子警察系統(tǒng)的核心，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明有比較高的檢測(cè)率，基于視頻的車輛檢測(cè)系統(tǒng)是ITS中的前端信息采集系統(tǒng)，有著廣泛的應(yīng)用，除了用于檢測(cè)車輛違章以外，還可以用于交通流量的檢測(cè)與統(tǒng)計(jì)。
評(píng)論