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【摘要】在对车载视频监控功能需求分析的基础上，本文提出基于ARM以及3G技术的无线车载监控系统方案，通过系统的前端、后端进行整体设计，并对构成系统的核心芯片、摄像装置、存储设备等硬件进行详细描述，并对系统的软件设计部分也进行了陈述。
【关键词】车载；3G；监控；远程
1.引言
随着汽车工业的发展，社会经济不断进步，汽车逐步得到普及，人们在越来越多的场合中使用汽车，作为代步或生产工具，与此同时，汽车作为个人或企业的资产，在停放或行车过程中，其安全性也得到日益重视，市场上出现了以GPS定位为主要监控手段的车载智能终端设备，但伴随着信息技术的高速更新，汽车的使用者不再满足于仅了解汽车的位置，还需要知道汽车的行驶状态，以及汽车在停放、行驶过程中，车辆周边的实时视频信息，并录制或上传至远程后台数据库中，使车辆的拥有者或管理者能够动态的了解车辆的信息。
本文基于上述的应用背景，对车载的智能终端系统进行深入研究，该系统除了实现基本GPS定位、导航、媒体播放等功能外，还在ARM平台上，以3G以及视频采集、压缩技术为基础，实现了动态视频监控功能。
2.车载无线视频监控系统概述
本系统作为车载智能移动终端的一个子系统，主要采用ARM硬件平台，并结合嵌入式Linux操作系统进行开发，外围硬件包括GPS模块、WCDMA模块、RFID无线射频模块等，通过开发应用程序，并将其编译至嵌入式系统中，实现视频的采集、压缩、传输，并与后台服务中心互动通信等功能。
3.系统整体设计
本文提出的无线车载视频监控系统，核心技术包括视频采集、数据压缩处理、无线传输等几个方面，与车载智能终端其它硬件模块配合，从而实现更复杂的硬件控制功能。
系统从整体上可分为前端、后端两大部分，前端主要是指以ARM处理器为核心的硬件平台，配合摄像头、WCDMA通信模块、存储模块等设备，实现视频数据的采集、编码压缩、存储、车内显示、以及通过RTP（实时传输协议）进行封装并通过完成数据远程无线传输任务。后端主要是指通过互联网，完成接收视频数据并进行解码、显示、存储等功能，并根据应用需求，向前端发送控制指令，从而实现实时的车辆远程视频监控目的，系统框图如下图1所示。
系统的具体工作流程是，通过摄像机采集的视频信号，经过A/D转换后生成标准的CCIR-656数字视频格式，经过iMX27核心芯片编码压缩后，即可得到H.264视频流，根据系统设定，在将这些编码后的数据存储在车载移动终端中的同时，也通过流媒体服务软件将其封装为RTP数据格式，再通过3G无线通信模块，发送给后端服务平台进行进一步处理与应用。
4.系统详细设计
4.1 硬件平台选择
系统中，核心处理器既是车载智能终端的核心，又是视频处理的主要部件，因此，系统采用飞思卡尔推出的iMX27芯片，利用其H.264硬件编解码模块可在车载智能终端上实现MPEG4、H.263及H.264视频流的高效处理，并使智能终端产品达到D1（DVD画面质量，720×480的屏幕分辨率）分辨率。
iMX27在处理H.264的同时占用极少的CPU的资源并提高了视频处理的性能，使核心有更多资源进行其它的应用，例如GPS定位与导航、RFID无线射频识别等，另外，iMX27还具备非常灵活和丰富的标准接口、串行端口和扩展端口，实现与多种外部设备的连接，包括摄像头、显示器，还可以使用Wi-Fi、蓝牙实现即插即用及无线互连的功能，通过增加适当的外围模块，即可实现GPS定位、通信等应用。
4.2 系统前端硬件系统设计
系统前端硬件主要包括摄像装置、iMX27视频处理平台、存储设备、3G无线通信模块以及相应的外围电路构成。
摄像装置采用深圳世国公司的SGMC-EX-M（3D）车载防爆红外摄像仪，该设备具有低照度、高清晰、功耗低的特点，搭载最新SONY第二代EFFIO Super HAD/Exview HAD方案超高像素的960H（PAL：976*582）CCD，模拟摄像机清晰度最高可以达到700TVL，同时最低照度低至彩色0.001Lux@F1.2，动态范围大于75dB，体积小巧、重量轻、安装灵活，配合本系统，具有较好的实用效果。
存储设备分为两部分，一部分采用NVND FLASH作为存储系统软件及数据的存储单元，以及采用DDRAM作为软件运行所需的内部存储器，另一部分是是采用USB接口大容量存储器，存储容量为32G，通过高速接口（High Speed）连接至核心硬件平台上，主要为视频的本地存储提供空间。
3G通信部分，采用华为EM770W（WCDMA）无线模块，支持HSPA（HSPA data rate-7.2 Mbps DL/2 Mbps UL），该模块接口为mini PCIE，52个引脚，引脚中对外数据接口包含一个全串口UART1，一个四线串口UART2，一个USB2.0。EM770W与ARM芯片连接有两种方式：一种是通过UART1，速度只能达到115.200KBPS，第二种方式是通过USB和ARM芯片连接，此方式适合大量数据传输，速率更快，本文即采用第二种方式，为视频远程传输提供稳定可靠的高速无线通信支持。
5.软件平台设计与实现
5.1 前端软件程序设计
完成前端硬件平台的搭建后，首先，需要根据处理器及其外围设备各引脚的定义，对嵌入式操作系统的内核进行裁剪，通过加载设备驱动程序的方式，使其支持系统的各组成模块，并在此基础上，调用Linux中有关视频设备应用程序接口（API，即Video4Linux）进行开发的应用程序，该程序主要完成视频数据的采集、编码工作。
远程数据传输功能，同样需求对Linux内核进行重新配置，使其对PPP协议提供支持，再将pppd拨号软件移植至操作系统中，对拨号的脚本进行修改，在华为3G通信模块的硬件支持下，实现拨号上网，数据的传输提供可能。
5.2 后端软件程序设计
后端应用软件，是系统的监控管理平台，主要负责视频数据的接收，解码H.264视频数据，实时回放等功能，并实现对车载移动终端的控制，接收终端的反馈信息等操作。
监控中心通过互联网与车载移动终端进行连接，并接收视频数据，后台接收到数据后，首先判断是否是为RTP数据包，如果不是，则丢弃，如果是，则首先打开该数据包的头部，对前端发送过来的数据类型进行辨识并获得视频的属性信息，接着对该数据包进行解压缩，调用视频播放进程进行视频数据的实时回放，在播放过程中，采用双缓冲池技术，以保证视频的流畅播放，对前端的控制信息，则封装在发给前端的RTCP数据包中。
最后，为使监控人员便于操作，还根据人机界面开发原则，进行统一操作界面的开发，把所有常用功能集成在一个可视化窗口中，操作人员可轻松完成车辆定位、视频监控、视频回放、存储备份等操作。
6.结语
本文在以iMX27为核心的ARM平台上，通过对摄像装置、存储系统、3G通信模块等硬件设备的集成，并对嵌入式Linux操作系统的移植与编译，应用程序的开发等，为车载移动智能终端增加了车辆远程监控子系统，实现车辆内外场景的实时监控，并通过采用H.264编解码技术、RTP/RTCP实时传输协议，使系统具备良好的先进性、稳定性和可靠性，有较广泛的应用价值。
参考文献
[1]李潺，郭志涛，李伟超，刘玉佳.基于Hi3515嵌入式系统的无线车载监控系统的设计[J].计算机应用与软件，2012，29（9）：252-254.
[2]刘丙涛.3G无线车载视频监控系统关键技术分析[J].中国新技术新产品，2012（18）：22.
作者简介：
谢世逸（1973—），男，广西柳州人，广西盛源行电子信息有限公司工程师，研究方向：汽车电子技术、道路运输监控平台、车联网技术。
陈来（1987—），男，广西柳州人，东风柳州汽车有限公司助理工程师，研究方向：计算机网络技术、汽车电子技术、车联网技术。
【关键词】车载；3G；监控；远程
1.引言
随着汽车工业的发展，社会经济不断进步，汽车逐步得到普及，人们在越来越多的场合中使用汽车，作为代步或生产工具，与此同时，汽车作为个人或企业的资产，在停放或行车过程中，其安全性也得到日益重视，市场上出现了以GPS定位为主要监控手段的车载智能终端设备，但伴随着信息技术的高速更新，汽车的使用者不再满足于仅了解汽车的位置，还需要知道汽车的行驶状态，以及汽车在停放、行驶过程中，车辆周边的实时视频信息，并录制或上传至远程后台数据库中，使车辆的拥有者或管理者能够动态的了解车辆的信息。
本文基于上述的应用背景，对车载的智能终端系统进行深入研究，该系统除了实现基本GPS定位、导航、媒体播放等功能外，还在ARM平台上，以3G以及视频采集、压缩技术为基础，实现了动态视频监控功能。
2.车载无线视频监控系统概述
本系统作为车载智能移动终端的一个子系统，主要采用ARM硬件平台，并结合嵌入式Linux操作系统进行开发，外围硬件包括GPS模块、WCDMA模块、RFID无线射频模块等，通过开发应用程序，并将其编译至嵌入式系统中，实现视频的采集、压缩、传输，并与后台服务中心互动通信等功能。
3.系统整体设计
本文提出的无线车载视频监控系统，核心技术包括视频采集、数据压缩处理、无线传输等几个方面，与车载智能终端其它硬件模块配合，从而实现更复杂的硬件控制功能。
系统从整体上可分为前端、后端两大部分，前端主要是指以ARM处理器为核心的硬件平台，配合摄像头、WCDMA通信模块、存储模块等设备，实现视频数据的采集、编码压缩、存储、车内显示、以及通过RTP（实时传输协议）进行封装并通过完成数据远程无线传输任务。后端主要是指通过互联网，完成接收视频数据并进行解码、显示、存储等功能，并根据应用需求，向前端发送控制指令，从而实现实时的车辆远程视频监控目的，系统框图如下图1所示。
系统的具体工作流程是，通过摄像机采集的视频信号，经过A/D转换后生成标准的CCIR-656数字视频格式，经过iMX27核心芯片编码压缩后，即可得到H.264视频流，根据系统设定，在将这些编码后的数据存储在车载移动终端中的同时，也通过流媒体服务软件将其封装为RTP数据格式，再通过3G无线通信模块，发送给后端服务平台进行进一步处理与应用。
4.系统详细设计
4.1 硬件平台选择
系统中，核心处理器既是车载智能终端的核心，又是视频处理的主要部件，因此，系统采用飞思卡尔推出的iMX27芯片，利用其H.264硬件编解码模块可在车载智能终端上实现MPEG4、H.263及H.264视频流的高效处理，并使智能终端产品达到D1（DVD画面质量，720×480的屏幕分辨率）分辨率。
iMX27在处理H.264的同时占用极少的CPU的资源并提高了视频处理的性能，使核心有更多资源进行其它的应用，例如GPS定位与导航、RFID无线射频识别等，另外，iMX27还具备非常灵活和丰富的标准接口、串行端口和扩展端口，实现与多种外部设备的连接，包括摄像头、显示器，还可以使用Wi-Fi、蓝牙实现即插即用及无线互连的功能，通过增加适当的外围模块，即可实现GPS定位、通信等应用。
4.2 系统前端硬件系统设计
系统前端硬件主要包括摄像装置、iMX27视频处理平台、存储设备、3G无线通信模块以及相应的外围电路构成。
摄像装置采用深圳世国公司的SGMC-EX-M（3D）车载防爆红外摄像仪，该设备具有低照度、高清晰、功耗低的特点，搭载最新SONY第二代EFFIO Super HAD/Exview HAD方案超高像素的960H（PAL：976*582）CCD，模拟摄像机清晰度最高可以达到700TVL，同时最低照度低至彩色0.001Lux@F1.2，动态范围大于75dB，体积小巧、重量轻、安装灵活，配合本系统，具有较好的实用效果。
存储设备分为两部分，一部分采用NVND FLASH作为存储系统软件及数据的存储单元，以及采用DDRAM作为软件运行所需的内部存储器，另一部分是是采用USB接口大容量存储器，存储容量为32G，通过高速接口（High Speed）连接至核心硬件平台上，主要为视频的本地存储提供空间。
3G通信部分，采用华为EM770W（WCDMA）无线模块，支持HSPA（HSPA data rate-7.2 Mbps DL/2 Mbps UL），该模块接口为mini PCIE，52个引脚，引脚中对外数据接口包含一个全串口UART1，一个四线串口UART2，一个USB2.0。EM770W与ARM芯片连接有两种方式：一种是通过UART1，速度只能达到115.200KBPS，第二种方式是通过USB和ARM芯片连接，此方式适合大量数据传输，速率更快，本文即采用第二种方式，为视频远程传输提供稳定可靠的高速无线通信支持。
5.软件平台设计与实现
5.1 前端软件程序设计
完成前端硬件平台的搭建后，首先，需要根据处理器及其外围设备各引脚的定义，对嵌入式操作系统的内核进行裁剪，通过加载设备驱动程序的方式，使其支持系统的各组成模块，并在此基础上，调用Linux中有关视频设备应用程序接口（API，即Video4Linux）进行开发的应用程序，该程序主要完成视频数据的采集、编码工作。
远程数据传输功能，同样需求对Linux内核进行重新配置，使其对PPP协议提供支持，再将pppd拨号软件移植至操作系统中，对拨号的脚本进行修改，在华为3G通信模块的硬件支持下，实现拨号上网，数据的传输提供可能。
5.2 后端软件程序设计
后端应用软件，是系统的监控管理平台，主要负责视频数据的接收，解码H.264视频数据，实时回放等功能，并实现对车载移动终端的控制，接收终端的反馈信息等操作。
监控中心通过互联网与车载移动终端进行连接，并接收视频数据，后台接收到数据后，首先判断是否是为RTP数据包，如果不是，则丢弃，如果是，则首先打开该数据包的头部，对前端发送过来的数据类型进行辨识并获得视频的属性信息，接着对该数据包进行解压缩，调用视频播放进程进行视频数据的实时回放，在播放过程中，采用双缓冲池技术，以保证视频的流畅播放，对前端的控制信息，则封装在发给前端的RTCP数据包中。
最后，为使监控人员便于操作，还根据人机界面开发原则，进行统一操作界面的开发，把所有常用功能集成在一个可视化窗口中，操作人员可轻松完成车辆定位、视频监控、视频回放、存储备份等操作。
6.结语
本文在以iMX27为核心的ARM平台上，通过对摄像装置、存储系统、3G通信模块等硬件设备的集成，并对嵌入式Linux操作系统的移植与编译，应用程序的开发等，为车载移动智能终端增加了车辆远程监控子系统，实现车辆内外场景的实时监控，并通过采用H.264编解码技术、RTP/RTCP实时传输协议，使系统具备良好的先进性、稳定性和可靠性，有较广泛的应用价值。
参考文献
[1]李潺，郭志涛，李伟超，刘玉佳.基于Hi3515嵌入式系统的无线车载监控系统的设计[J].计算机应用与软件，2012，29（9）：252-254.
[2]刘丙涛.3G无线车载视频监控系统关键技术分析[J].中国新技术新产品，2012（18）：22.
作者简介：
谢世逸（1973—），男，广西柳州人，广西盛源行电子信息有限公司工程师，研究方向：汽车电子技术、道路运输监控平台、车联网技术。
陈来（1987—），男，广西柳州人，东风柳州汽车有限公司助理工程师，研究方向：计算机网络技术、汽车电子技术、车联网技术。