一种汽车安全与防御系统的设计与实现

2011-05-29 11:09:12来源: 《电子元器件应用》
  0 引言

  近年来嵌入式技术与Internet技术的结合, 使嵌入式技术在远程控制、智能交通、电视会议、安防等领域占有越来越重要的地位。随着人们生活水平的提高及个人财富的积累, 汽车逐渐变成了人们出行旅游的普遍的交通工具, 同时汽车被盗案例也屡见不鲜。因此如何保证个人或者集体汽车就成为迫切需要解决的问题。这就促使我们开发一种更低成本、更方便的视频监控设备—车载安防系统来满足有车大众的需要。

  1 系统硬件设计

  汽车安全与防御系统主要由视频采集及处理模块、3G无线上网卡、嵌入式Web Server、GSM模块及客户端浏览器组成。嵌入式Web Server由Samsung公司的ARM处理器S3c2440 和网络芯片构成。其摄像头首先将采集到的图像数据传给视频处理器, 由视频处理器进行压缩编码, 然后传递给ARM处理器, ARM处理器再将这帧数据与前一帧数据进行比较, 如果相同, 即表明无移动物体, 则丢弃该帧, 以节省存储空间; 如果不相同则表明有移动的物体, 处理器会把这帧数据存储起来, 并启动GSM模块发送报警短信。客户端如果想及时了解车中的情况, 可以通过浏览器访问到嵌入式的Web服务器来查看实时视频。

  系统硬件主要有Samsung公司的ARM处理器S3c2440, 3G无线上网卡, 16/32位的ARM处理器实现了MMU、AMBA BUS 和Harvard高速缓存体系结构, 具有独立的16KB指令Cache和16K B数据Cache。网络芯片采用比较常用的Cs8900。

  SDRAM 选用两片HY57 V561620 (32M) 。NORFLASH 选用AM29LV 160DB 。NAND FLASH选用32M的K9F 1208 芯片。视频处理部分, 采用硬件的H.264编解码器, 具体采用美国Q pixel公司的QL202B, 它是低功耗实时单片半双工H.264/AVC编码器。系统硬件结构图如图1所示。

图1 系统硬件结构框图

  2 软件设计

  本系统的软件设计包括: 嵌入式Linux操作系统的移植、视频采集程序和动态检测程序的编写、嵌入式Web Server的实现以及相关驱动程序的编写与移植。

  2.1 视频采集的动态检测

  视频采集及动态监测的原理如图2所示。设定摄像头视频采集循环的周期为T, 系统初始化以后, 获得的第一帧图像就保存为背景图像, 接下来每隔时间T采集一帧, 利用背景减除法进行运动目标检测。这种检测方法是从视频流中实时提取目标, 检测出图像序列中与运动的三维物体相关的点, 滤除图像中与运动对象无关的信息。

  该软件使用QT/E的图像处理类库QImage process开发。首先循环采集两帧图像数据, 进行二值化处理后, 分别提取两幅图像的亮度作差。得到背景差分图像后, 与设定的亮度阈值进行比较, 如果未超过阀值则丢弃该帧。超过该值则触发报警, 启动GSM模块发送报警信息, 同时告知ARM处理器, 以便ARM处理器进行后续的工作。

图2 视频采集流程图

  2.2 嵌入式Web Server的软件设计

  嵌入式Web Server的软件设计构建分为两部分:

  (1) Linux服务器boa的配置与移植;

  (2) 嵌入式CGI的实现。嵌入式Web的工作流程图如图3所示。

图3 嵌入式Web server工作流程图

  1) boa的移植与配置

  Boa是一种单任务的Http服务器, 性能优越且速度快, 可以到http://www.boa.org网站上下载一个主流版本的boa发行包上下载源代码, 并进行配置与移植。由于Boa的配置与移植方法在网上可以很容易查到, 这里就不再赘述了。

  2) 嵌入式CGI

  本设计就要求Web能够动态实现显示和交互式操作, 传统的静态网页不具备这样的功能。为解决这个问题可以引入CGI (Common Gateway Interface),它是外部应用扩展应用程序与WWW服务器交互的一个标准接口, 能实现Web的客户端与服务器之间进行交互式操作。通过CGI可以提供许多静态的HTML网页无法实现的功能, 比如搜索引擎、远程监控、基于Web的数据库访问等等。它还具有运行速度快, 支持多种编程语言,与浏览器兼容等优点。CGI实现客户端与服务器交互的过程如图4所示。

图4 HTTP调用CGI过程图

  3 结束语

  本系统只需打开任何一个浏览器输入IP号就可以登录嵌入式服务器, 观看实时、或历史车内情况。其视频截取图片如图5所示。

图5 视频截取图

  本文所介绍的这种车载安防系统的方案具有便于安放的优点, 因此, 在汽车安防领域内具有非常广阔的市场前景, 只是有需要完善的地方,比如存储的视频的容量有限, 由于每台机器都有一个独立的I P, 比较占用I P 资源, 再者视频信息量非常大, 3G无线上网卡传输率有限, 传输时会有几秒的时延, 相信不久的将来, 随着压缩算法的技术和3G无线上网卡传输的发展, IPV6协议的普及等问题都将迎刃而解。

关键字:网络摄像头  视频监控  嵌入式  网络服务器  汽车安防系统

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2011/0529/article_3791.html
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