详解车载安防系统技术原理

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  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， 在汽车安放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。