基于嵌入式技术的汽车安全防御系统设计

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。