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车载安防系统技术原理详细解析
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2017-11-30
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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。
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。
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