基于TMS320DM355的出租车安全监控系统设计

     摘 要：TMS320DM355 是TI 公司的一款高性能，低价格、针对于便携性消费电子应用而设计的一款处理器。本设计是以该处理器为平台，采用CMOS 高清图像传感器，结合GPS 定位技术、CDMA 无线通讯技术，实现车内图像、声音及车辆位置信息的采集并无线发送的车辆安全监控系统。本系统通过CMOS 图像传感器采集车内图像，GPS 模块采集车辆位置信息，高质量音频ADC 采集车内语音信息，并实现JPEG 及G.711 压缩，以网络数据包的形式通过无线网络发送至监控中心，以进行车辆信息的采集，管理及控制。本文主要介绍了整个系统的硬件结构及软件的架构方法。

　　随着社会的飞速发展及人民生活水平的提高，乘坐出租车出行已经成为日常出行的一种非常便捷且必不可少的出行方式。出租车在方便人们日常生活的同时，其安全问题也日益被关注。如何保障司机的人身及财产安全，车辆的防盗与监控自然是一个需要解决的问题。本系统即基于这个目标而设计。

　　１系统简介

　　系统所实现的功能是在乘客乘坐时采集车内高清图片及车辆GPS 位置信息，实现图片JPEG 压缩与存储，发送，以便对车辆运行情况及时掌握；在报警的情况下，还可以采集实时音频数据，结合照片信息，为突发事件的及时处理提供可能，为案件的侦破提供可靠的证据。系统将采集到的GPS、图像及音频信号通过无线网络发送至监控中心，由监控中心处理数据，并做出及时响应。

　　2 视频监控系统整体框架

　　本出租车安全监控系统由监控中心、网络传输链路、车载监控终端3 部分组成。车载监控端实现车内声音、图像、GPS 等数据的采集、压缩处理等；网络传输链路将是车载监控终端所采集信息的传输链路，以实现与监控中心的连接；而监控中心接收车载监控终端所发送的数据，并对声音、图像数据，进行解压、显示以及标志车辆当前位置地图等；同时还可以有多个客户端监控计算机登陆监控中心服务器来查看实时效果，但并不具有操作权限。整个系统的示意图如图1 所示。

图 1 出租车安全监控系统示意图

　　2.1．车载监控终端

　　车载终端采用德州仪器（TI）推出的达芬奇(DaVinci)系列处理器TMS320DM355 作为主处理器，进行声音、图像及GPS 信息的采集，格式处理与发送。该处理器采用MJCP 硬件协处理器，实现数据的压缩，极大提高了系统实时性。定义报警及正常关门信号为中断，在中断信号的触发下，通过接收CMOS 高清图像传感器采集的图像信号，进行JPEG 压缩，实现对车内图像信息的采集；当中断为报警信号时启动音频模数转换采集车内声音信息；GPS 信息实时采集，以标志车辆目前位置；通过对这些信息的采集，并通过网络传输链路发送至监控中心，供监控中心作相应处理。此外，当监控终端运行异常时，其内部的守护进程会进行监视，适当的时候进行重启。

　　2.2．网络传输链路

　　网络传输链路负责数据的传输。针对车辆应用的移动性，采用无线传输方式是非常必要的。目前，可以有多种无线传输方式可供选择，例如：无线电台、GPRS、CDMA 及各种3G标准方式。其中，无线电台的成本较低，但其应用范围受到一定的限制；3G 标准是国内无线传输速度快的一种方式，但相应价格也比较昂贵。鉴于图像及声音数据的数据量比较小，此处选用CDMA 1X 作为无线传输的介质，其传输速率可达到153 kbps，完全满足实时性需求，同时也降低了应用成本。

　　2.3．监控中心

　　监控中心作为整个监控系统的，接收各个监控终端所发送的图像、GPS 及声音信息，根据发送信息做出及时响应，并实现本地存储，以便查询。监控中心还需对车辆当前位置进行标志，以实时跟踪车辆运行情况。监控中心可以采用个人电脑或者工作站，通过绑定固定公网IP 或者NAT 方式，实现监控终端的访问，监控电脑需安装相应监控软件以实现对信息的接收，解析与存储。

　　3 车载监控终端硬件平台设计

　　终端采用TI 公司的DaVinci 系列TMS320DM355 为主处理器，外扩CMOS 图像传感器、实时时钟模块、GPS 模块、CDMA 模块及立体声音频采集模块。其中主处理器作为整个系统的控制中心，主要实现整个系统的控制，通过对外部事件的响应，实现对图像及音频信号的采集、存储与发送；CMOS 图像传感器实现对车内图像的高清采集；实时时钟模块为系统提供硬件时钟；GPS 模块采集车辆的当前位置信息，为监控提供位置信息，以便快速处理；立体声音频采集模块实现报警情况下对车内声音信息的采集；CDMA 模块实现将图像、GPS 及音频信息通过无线通讯网络发送至监控中心的功能。下面对一些主要模块进行介绍。

　　3.1 主处理器

　　TMS320DM355 是TI 公司推出的一款针对数字照相机，数码相框，IP 摄像机等一些低功耗便携式数字多媒体应用的处理器，它集高性能、低功耗、低成本于一身，可实现低成本、高质量的多媒体应用解决方案。

　　其内部采用 ARM926EJ-S 内核，可运行在216Ｍ及270ＭHz 时钟频率，与ARM9 软件完全兼容；内部集成一个MPEG4/JPEG 协处理器（MJCP），实现视频与图像的硬件实时编解码；构建视频处理子系统（VPSS），分为视频处理前端（VPFE）与视频处理后端（VPBE）。视频处理前端实现与CCD 或CMOS 图像传感器的接口，完成数据流格式转换及图像缩放与翻转功能。视频处理后端提供硬件OSD 及NTSC/PAL 格式模拟视频输出或者LCD 数据格式输出；外部存储器接口提供对DDR2 与mDDR SDRAM 及NAND Flash 的支持；64 个独立增强型直接内存存取（EDMA）通道，实现灵活的无CPU 干预的数据搬移；同时提供了USB，SPI，I2C，I2S，ASP（Audio Serial Port）及UART 外设接口以实现外部功能扩展及外部通讯交互。

　　3.2 存储模块

　　DM355 提供了DDR2 及NAND Flash 的扩展支持，通过外扩存储器可以极大提高系统的存储容量及处理性能。系统外扩512Ｍ字节NAND Flash 固态存储器，用来存储UBL、Ｕ-boot、内核及根文件系统，以支持系统上电自启动，还可以实现采集图片的暂时存储；当系统上电后，位于Flash 上的U-boot、内核将被搬移到RAM 内运行，通过外扩128Ｍ字节的DDR2 SDRAM，提高了系统运行速度及数据吞吐量，实现了系统性能的提升。

　　3.3 图像传感器

　　系统采用了低功耗、高分辨率，高性价比的CMOS 图像传感器OV5620，这是OmniVision公司的第二代五百万成像芯片，光学规格为1/2.5 英寸，输出分辨率为2592×1944，并支持镜头黑点校正，边缘增强及噪声减弱功能。采用此图像传感器采集现场2560×1632的高清图像，为报警处理及事件取证提供更丰富的信息。

　　4 监控终端软件设计

　　系统在嵌入式Linux 操作系统的基础上，通过驱动接口各个硬件设备，编写应用程序实现系统功能。系统启动方式选择为NAND FLASH 启动，在Flash 上存储Boot Loader、内核及文件。系统上电首先运行Boot Loader，完成一些必须的初始化操作，然后将Linux 内核搬运到DDR 中，并将控制权交给内核。内核启动后，通过挂载文件系统的方式，将Flash上的文件系统挂载成为根文件系统，此时即可运行用户应用程序。

　　本设计采用 C/S 结构实现系统功能，以一台电脑或者监控设备运行监控软件，作为服务器，而下位机采取随机向监控主机发送数据的方式，实现实时监控与控制。

　　本设计将整个应用程序实现为３个进程：capture 进程、dir_send 进程及gps 进程。capture进程主要完成图像采集设备OV5620 的初始化，中断初始化，并接收外部中断，以进行图像数据的采集，JPEG 压缩及本地存储；dir_send 进程主要完成capture 进程采集数据的发送，实现定时检测功能，一旦发现有图片文件生成时，即检测该图片是否完整，如果完整则在网络良好的情况下发送至监控中心，一旦监控中心接收成功，则删除该图片文件，以充分利用本地有限的存储资源；gps 进程通过串口接收GPS 模块的定位信息，并将信息及时通过无线网络发送至监控中心，以实现监控中心对车辆的行驶实时监控与记录。各进程流程图如图2所示：

图 2 应用程序流程图

　　通过设计３个进程，完全实现了系统功能，经实际验证，系统稳定可靠。

　　总结：

　　本文介绍了基于 TI 公司TMS320DM355 处理器的出租车安全监控系统，从系统架构，车载监控终端硬件设计及应用软件三个方面对整个系统进行了介绍。该系统通过在中断信号的触发下，采集车内图片信息，GPS 位置信息实现对车辆行驶状态及车内状况的监控。该系统通过实车环境检测，信息传输稳定，系统响应及时可靠。该系统可在不改变硬件设计的情况下升级为视频监控系统，但与此同时无线传输链路也应升级为速度更高的3G 等方式。

  

参考文献:

[1]. GPRS datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/GPRS_1594650.html.
[2]. Hz  datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/Hz+_1078018.html.