基于ARM Linux的3G無線車載視頻監控系統

摘要：為了加強客運服務中心對長途車輛在客運過程的監管，提出了基于ARM Linux的3G無線車栽視頻監控系統。該系統基于ARM Linux嵌入式系統與ARM處理器，通過USB攝像頭采集車內視頻數據，由GPS定位模塊獲取車輛的位置數據，然后將采集的數據經過H．264壓縮成適合網絡傳輸的形式。最終通過3G無線發射模塊經過具有寬帶傳輸能力的3G移動通信網絡傳輸給監控服務中心，監控服務中心可以看到車內清晰流暢的視頻畫面以及車輛所在位置。
關鍵詞：GPS；3G；視頻監控；H．264；RTP

0 引言
隨著汽車客運事業發展，營運人員在營運過程中的安全以及管理也越來越被重視。由于存在乘客與營運人員經常因逃票、服務態度等問題而產生糾紛、客運過程中交通事故雙方的責任鑒定比較模糊、車內盜竊事件缺乏有力的證據以及車輛失竊和司機酒駕等問題，本文提出基于ARM Linux的3G無線車載視頻監控系統，可有效減少上述事件的發生，給予車乘人員以及車輛安全保障。此系統在Linux操作系統下，利用嵌入式開發板S3C2440搭建硬件環境，通過USB攝像頭以及GPS模塊采集車內實時的視頻和位置信息，視頻數據通過H．264的高效壓縮編碼，既可以得到高壓縮比又擁有高質量流暢的圖像，可以大大減少需要傳輸的數據量，并且將3G無線網絡作為傳輸媒介，既可以解決傳統有線網絡對運動中的監控不能實現的問題，提供更加靈活的組網方式，滿足不能架設線路的監控點的監控需求，還可以提供比GPRS和CDMA更寬的數據傳輸帶寬，滿足移動視頻監控的要求。最終監控終端通過Web瀏覽器可以實時監控車輛內部的視頻畫面以及車輛所在的位置速度等信息。

1 系統的總體設計
3G無線視頻監控系統主要由車載移動監控終端、網絡傳輸、遠程客戶端3部分組成。系統的總體結構如圖1所示。整個視頻監控系統采用B／S結構。車載移動監控終端主要包括S3C2440平臺上運行的GPS數據采集以及視頻采集、視頻的編碼、嵌入式Web服務器、流媒體服務器。網絡傳輸以TCP／IP協議為基礎構建，實現RTP、RTCP、HTTP、TCP、UDP等傳輸協議。遠程客戶端實現車輛位置以及視頻數據的接收、視頻流的解碼播放、網絡狀況反饋等功能。系統工作原理為：通過USB攝像頭獲取實時車輛內情況和司機駕駛狀況，通過GPS定位模塊獲取GPS數據(經緯度、高度、時間、速度)，并傳送給ARM處理器，處理器對接收數據進行H．264編碼并將編好碼的NAL單元傳送給流媒體服務器，流媒體服務器對壓縮好的數據進行RTP封裝并通過內部總線送到內置的boa服務器，并根據RTCP反饋回來的控制信息對H．264編碼器和視頻采集速率進行控制。Boa小型嵌入式服務器結合CGI技術來實現監控端和客戶端的交互。遠程客戶端通過無線網絡與boa服務器連接，采用ActiveX技術實現視頻數據的接收、RTP報文的解封裝、發送RTCP反饋信息、H．264視頻解碼、Web瀏覽器的顯示。

2 系統的硬件組成及選型設計
2．1 車載移動終端
車載移動終端的組成如圖2所示，主要由4部分組成：ARM處理器、GPS模塊、3G無線數據發送模塊、圖像采集模塊。主控處理器芯片選用三星公司推出的16／32位RISC微處理器S3C2440A，S3C2440A采用ARM920t內核，0．13μm的CMOS標準宏單元和存儲器單元，最高運行頻率達到400MHz，它的低功耗、簡單、考究和全靜態是專門為需要考慮花費和功耗的應用設計的，特別適用本系統。S3C2440A提供了豐富的片內資源，支持Linux。集成在芯片上的功能有：16 KB的指令和數據Cache、LCD控制器、AC97音頻接口、攝像頭接口、DMA控制器、PWM定時器、MMC接口等。它能完成整個系統的調度工作，在系統上電時配置所有需工作芯片的功能寄存器，完成視頻流的編碼，并通過3G無線網絡向監控終端發送視頻碼流。

GPS模塊使用u_blox公司的LEA-5H。LEA-5H具有50個通道的u-blox引擎，一百多萬個有效相關器，熱啟動和輔助啟動首次定位時間小于1 s，-160 dBm的SuperSense捕獲和跟蹤靈敏度，運行限制速度515 ms。系統通過該模塊實時接收定位信息，保證中心控制模塊可以實時處理定位數據。
圖像采集模塊的硬件資源選用了帶USB接口的中星微攝像頭。該款攝像頭造價低廉，成像效果好，體現出了較好的性價比。與此同時。主板還預留了多個外圍接口，以便擴展功能。
無線通信模塊采用SIMCOM公司的SIM5218模塊。無線SIM5218是一款WCDMA／HSDPA／GSM／GPRS／EDGE模塊解決方案，支持下行速率達7．2 Mb／s和上行速率為5．76 Mb／s的數據傳輸服務，這對視頻和圖像等數據量相對較大的信號傳輸而言是非常理想的選擇。同時，它還具有豐富的接口包括UART，USB 2．0，GPIO，I2C，GPIO，GPS，攝像頭傳感器和內嵌SIM卡等。在費用方面，3G因為是借助分包交換的技術，所以，網絡使用的費用是以消費者的數據傳輸量來定。