CN102496294A - 一种基于3g网络的多功能车载监控调度终端 - Google Patents

Abstract

一种基于3G网络的多功能车载监控调度终端，属于监控调度终端。车载监控调度终端通过多路摄像头采集原始视频数据；将摄像头采集到的原始视频数据进行数据压缩；将压缩的视频数据、车辆定位信息和其它状态信息按协议进行封装；将封装好的数据通过3G通信网络发送到3G基站，3G基站根据监控中心所在网络传送到监控中心的服务器上；监控中心显示还原出监控前端摄像头捕捉到的视频图像、定位信息和车辆其它状态信息；监控中心根据车辆的视频、位置和状态通过3G网络对车辆发送文字、语音或者视频控制调度信息。优点：能够多路无线视频监控，数据传输速度快，能够远程对终端软件升级、进行语音播报和视频通话，为车辆的安全运行与合理监控调度的解决方案。

Description

一种基于3G网络的多功能车载监控调度终端

技术领域

本发明涉及一种车辆监控调度终端，特别是一种基于3G网络的多功能车载监控调度终端。

背景技术

  随着社会和经济的发展，各地经济交流与人口流动越来越频繁，公共交通工具运行压力越来越大，给各地交通运输管理带来了巨大的压力和混乱。在我国，由于车辆监控设备的发展起步较慢，使基于安全保护的车载监控管理设备使用率较低，长途客车、公交车和出租车大都没有安装任何监控调度设备，或者只装有无实时视频监控的调度设备，导致很多不法汽运经营者，为了自己的经济利益，不顾乘客的人身财产安全，经常超载超员，造成因超载发生的交通事故频繁发生，且即使交通部门加大管理力度，也仍屡禁不止，因为交通部门不可能将每辆违规车辆都纳入实时监控管理范围内。另外，长途客车和公交车运营过程中经常出现盗窃、抢劫等违法事件，而出租车上也频频出现抢劫、杀害司机等恶性案件，这些都极大地危害到了人民群众的财物和人身安全。

目前的车载监控终端的缺陷与不足是：

（1）、不能采集并传输视频信号，监控中心或者管理部门无法实时清楚的监控车辆情况。

（2）、大都采用GPRS进行数据传输，传输速率达不到视频流畅传输的要求。

（3）、只采集与传输GPS定位数据，采集数据比较单一，监控中心无法全面了解车辆的状态信息。

（4）、都不采用嵌入式实时操作系统，无法很好的满足系统的稳定性和多任务执行的要求。

（5）、对软件升级需要车载终端现场，耗费巨大的人力与物力，非常不方便。

（6）、对监控中心的调度信息一般没有实现语音播报。

（7）、不配备有显示屏或只配备有非彩色显示屏，信息显示和人机交互界面单调。

（8）、无法与监控中心进行视频通话。

发明内容

本发明的目的是要提供一种基于3G网络的多功能车载监控调度终端，解决当前车载监控系统不能用视频实时监控，传输数据速率低，无法全面了解车辆状态信息，稳定性差和多任务处理能力弱，无法远程对终端软件升级，无法视频通话，无法进行语音播报的问题。

本发明为达到上述技术目的所采用的技术方案是：车载监控调度终端通过多路摄像头采集原始视频数据；将摄像头采集到的原始视频数据进行数据压缩；将压缩的视频数据、车辆定位信息和其它状态信息按协议进行封装；将封装好的数据通过3G通信网络发送到3G基站，3G基站根据监控中心所在网络传送到监控中心的服务器上；监控中心显示还原出监控前端摄像头捕捉到的视频图像、定位信息和车辆其它状态信息；监控中心根据车辆的视频、位置和状态通过3G网络对车辆发送文字、语音或者视频控制调度信息；

该车载监控调度终端为ARM+DSP方案，用3G网络进行数据传输，采用嵌入式Linux操作系统，包括ARM微处理器及车辆状态信息采集控制模块、DSP视频采集模块和3G数据传输模块；ARM微处理器及车辆状态信息采集控制模块同时与DSP视频采集模块和3G数据传输模块连接；

所述的ARM微处理器及车辆状态信息采集控制模块包括：电源电路模块、ARM微处理器模块、GPS模块、Flash模块、SDRAM模块、RS232接口电路模块、LCD模块、摄像头模块、碰撞监控传感器模块、报警电路模块、语音播报模块以及转向灯、刹车和速度信号接口电路模块；所述的电源电路模块、GPS模块、Flash模块、SDRAM模块、RS232接口电路模块、LCD模块、摄像头模块、碰撞监控传感器模块、报警电路模块、语音播报模块以及转向灯、刹车和速度信号接口电路模块均与ARM微处理器模块连接；

所述的DSP视频采集模块包括：DSP处理器模块、Flash模块、SDRAM模块、视频编码器和CCD摄像头；所述的Flash模块和SDRAM模块与DSP处理器连接，视频编码器同时与ARM微处理器、DSP处理器和CCD摄像头连接；

所述的3G数据传输模块为3G模块，3G模块通过USB接口与ARM微处理器连接。

有益效果，由于采用了上述方案，车载监控调度终端通过摄像头采集原始视频数据；车载监控调度终端将摄像头采集到的原始视频数据进行数据压缩；车载监控调度终端将压缩的视频数据、车辆定位信息和其它状态信息后按协议进行封装；车载监控调度终端将封装好的数据通过3G通信网络发送到3G基站；3G基站根据监控中心所在网络传送到监控中心的服务器上；监控中心显示还原出监控前端摄像头捕捉到的视频图像、定位信息和车辆其它状态信息；监控中心根据车辆的视频、位置和状态通过3G网络对车辆发送文字、语音或者视频等控制调度信息，从而完成远程无线实时视频监控和调度的功能。

所述的基于3G网络车载监控调度终端硬件系统采用ARM+DSP的视频监控硬件架构,系统中ARM微处理器通过嵌入式Linux操作系统负责系统控制，DSP负责完成多路视频数据的压缩编码等复杂的运算任务；所述的车载监控调度终端视频和其他状态信息的数据的传输采用3G网络，用3G网络进行数据与控制的交互；所述的车载监控调度终端中ARM微处理器采用嵌入式Linux操作系统，以增强车载调度终端的稳定性和多任务处理能力；所述的车载监控调度终端中的ARM微处理器模块接有彩色LCD显示屏和摄像头，可以通过3G网络与接有摄像头的监控中心进行视频通话；所述的车载监控调度终端中使用DSP视频监控模块，可以采集与处理所在车辆的多路视频信号；所述的车载监控调度终端利用3G网络对该车载系统的软件进行远程升级；所述的车载监控调度终端采用语音芯片实现文字调度信息的语音播报；所述的车载监控调度终端采用加速度传感器作为碰撞监控传感器，配以软件算法，在GPS信号盲区实现定位。

解决了当前车载监控系统不能用视频实时监控，传输数据速率低，无法全面了解车辆状态信息，稳定性差和多任务处理能力弱，无法远程对终端软件升级，无法视频通话，无法进行语音播报的问题，达到了本发明的目的。

优点：能够利用系统的各个模块，实时的采集并监测车内外的多路视频信号和车辆的GPS位置信息、报警信息、车辆状态等信息，将采集的信息通过高速3G网络发送到监控中心并与进行监控中心信息与控制的交互，与监控中心进行视频通话，使用嵌入式Linux作为操作系统满足稳定性和多任务处理要求，通过3G网络远程对终端软件进行升级。

附图说明

图1为本发明的硬件框图。

图2为本发明工作的系统整体架构图。

图3为本发明的硬件连接关系图。

具体实施方式

参照附图对本发明的一个实施例做进一步说明：

实施例1：车载监控调度终端通过摄像头采集原始视频数据；将摄像头采集到的原始视频数据进行数据压缩；将压缩的视频数据、车辆定位信息和其它状态信息按协议进行封装；将封装好的数据通过3G通信网络发送到3G基站，3G基站根据监控中心所在网络传送到监控中心的服务器上；监控中心显示还原出监控前端摄像头捕捉到的视频图像、定位信息和车辆其它状态信息；监控中心根据车辆的视频、位置和状态通过3G网络对车辆发送文字、语音或者视频控制调度信息；

该车载监控调度终端为ARM+DSP方案，用3G网络进行数据传输，采用嵌入式Linux操作系统，包括电源电路模块、ARM微处理器模块、DSP视频采集模块、3G模块、GPS模块、Flash模块、SDRAM模块、RS232接口电路模块、LCD模块、摄像头模块、碰撞监控传感器模块、报警电路模块、语音播报模块以及转向灯、刹车和速度信号接口电路模块；所述的电源电路模块、3G模块、GPS模块、RS232接口电路模块、LCD模块、摄像头模块、碰撞监控传感器模块、报警电路模块、语音播报模块以及转向灯、刹车和速度信号接口电路模块均与ARM微处理器模块连接，视频编码器同时与ARM微处理器、DSP处理器和CCD摄像头连接，ARM微处理器和DSP处理器分别与各自的Flash模块和SDRAM模块连接。

在图1中，本发明主要有电源电路模块、ARM微处理器模块、DSP视频采集模块、GPS模块、3G模块、Flash模块、SDRAM模块、RS232接口电路模块、LCD模块、摄像头模块、碰撞监控传感器模块、报警电路模块、语音播报模块、转向灯、刹车和速度信号接口电路模块组成。本发明能够利用系统的各个模块，实时的采集并监测车内外的多路视频信号和车辆的GPS位置信息、报警信息、车辆状态等信息，将采集的信息通过高速3G网络发送到监控中心并与监控中心进行信息与控制的交互，可以与监控中心进行视频通话，使用嵌入式Linux作为操作系统满足实时性与稳定性要求，并可以通过3G网络远程对终端软件进行升级。所述的微处理器采用ARM11嵌入式微处理器。

在图2中，本发明工作的整个系统包括车载终端、3G网络、因特网和监控中心。所述车载终端主要完成视频数据的采集、处理与压缩编码，GPS信息采集、车辆其他状态信息采集，视频通话和语音播报，控制数据通过3G无线网络进行发送与接收等功能。所述3G网络指目前运行于国内的TD-SCDMA、WCDMA和CDMA2000第三代无线通信网络，能够支持移动终端完成与因特网的信息数据交换以及音视频通信。所述的因特网指目前存在于全球的国际互联网。所述的监控中心指一个特定的具有服务器和PC机的工作场所，监控中心的PC机装有监控软件和摄像头并能访问因特网，监控中心具有专职监控与调度人员负责车辆的监控、调度与记录。 

在图3中，整个系统为3个硬件分部分组成：有ARM微处理器及车辆状态信息采集控制模块U1、DSP视频采集模块U2、3G数据传输模块U3；在系统中使用了嵌入式Linux操作系统，下面对3个硬件部分和嵌入式Linux操作系统作详细说明：

1、ARM微处理器及车辆状态信息采集控制模块U1

（1）ARM微处理器

目前常用的高性能嵌入式微处理器主要包括采用ARM、MIPS和Power PC架构的处理器。其中，ARM内核的微处理器约占据了32位RISC微处理器75%以上的市场份额，有ARM7TMDI、ARM720T、ARM920T、ARM922T、ARM946T、Strong-ARM、ARM1136J、ARM1156T2和ARM1176JZ等通用ARM控制器内核系列。ARM11内核处理器是ARMv6架构的第一代实现，ARM的合作伙伴可以从功耗、性能或面积方面优化以实现差异化的ARM11内核，也可以根据自己特定的工艺技术来开发不同的特性，ARM11内核的很多特性使它能充分适应高端嵌入式实时应用系统。根据本发明的要求，选择Samsung公司生产的基于ARM11内核的S3C6410作为微处理器。

S3C6410嵌入式微处理器作为电路的核心部分，实现对系统各种信号的采集与处理，并控制其他外围模块根据需要协同工作。S3C6410 集成了硬件功能外设，包括：1个摄像头接口，1个LCD控制器接口，1个集成的MFC，4个DMA控制器，4个UART接口，1个SPI接口，1个I2C接口（多主支持），1通道I2S音频编解码器接口，2个USB主机端口和1个USB高速OTG接口，4个PWM定时器和1个内部看门狗定时器，1个具有日历功能的RTC，188个可灵活配置的通用I/O口，具有PLL片上时钟发生器。该芯片丰富的I/O口、外设配置以及高工作频率可以很好的满足车载监控系统实时性和外围扩展设备的要求。

（2）外围设备与接口

本发明需要接有电源电路模块、GPS模块、Flash模块、SDRAM模块、RS232接口电路模块、LCD模块、摄像头模块、碰撞监控传感器模块、报警电路模块、语音播报模块、转向灯、刹车和速度信号接口电路模块以配合ARM微处理器完成车辆定位、语音播报、视频通话、碰撞监测、报警以及车辆状态信息采集与控制等功能。

各模块与ARM微处理器的连接关系：

GPS模块的主芯片通过一组串口与ARM微处理器相连接，实现对GPS位置信息的采集。GPS模块的主芯片可选用JRC公司的CRT-G595。

RS232接口电路主芯片经一组串口与ARM微处理器相连接，将ARM微处理器的TTL串口电平转换为标准的RS232电平，用来在外围扩展其它RS232接口设备。RS232接口电路主芯片可选用MAX3232，MAX3232芯片外接四个0.1μF的电荷泵电容实现真正的RS-232性能，并确保在120kbps数据速率下维持RS-232输出电平。

碰撞监控传感器模块主芯片经一组I2C接口与ARM微处理器相连接，以实现监测车辆的碰撞情况监测，并可通过软件算法，在GPS信号的盲区实现定位。碰撞监控传感器模块主芯片采用飞思卡尔的加速传感器芯片MMA7660FC。

LCD模块通过LCD控制器接口与ARM微处理器相连接，实现数据信息、图像和视频的彩色显示。LCD模块可以采用3.5寸、4.3寸或者7寸的彩色LCD显示屏。

摄像头模块通过摄像头接口与ARM微处理器相连接，实现视频通话时的图像信息采集。摄像头模块可以采用OmniVision公司的OV9650摄像头。

语音播报模块的主芯片经一组串口与ARM微处理器相连接，实现对监控中心的文字调度信息进行语音播报。语音播报模块的主芯片可选用科大讯飞的XFS3031CNP，XFS3031CNP是一款单芯片语音合成芯片，支持GB2312、GBK、BIG5和UNICODE四种编码方式的文本，合成的语音顺畅自然，采用LQFP64封装，方便集成。

转向灯、刹车、速度和报警信号接口经通用I/O口与ARM微处理器相连接，实现对转向灯、刹车、速度和报警信号的采集与处理。可采用三极管放大电路对传感器采集到的转向灯、刹车、速度和报警信号进行放大，以使主控制芯片能采集和处理这些信号并发送给监控中心。

FLASH存储器分为Nand Flash和 Nor Flash，本发明的Flash存储器选择Nand Flash。Nand Flash存储器选用Samsung公司的K9F1216U0A，K9F1216U0A是32M*16bit的Nand Flash。Nand Flash存储器中存储系统启动程序，还存储了3G信号盲点系统指定的重要数据信息。

SDRAM具有非常高的读写速度，但是掉电数据会丢失，采用Nand Flash与SDRAM的组合，将SDRAM模块作为ARM微处理器的内存使用。本发明中，在Nand Flash中存储系统程序需要保存的数据，在系统启动了以后将需要运行的程序调入SDRAM中运行，加快了系统的运行速度。SDRAM模块主芯片采用HYNIX（海力士）公司的HY57V561620。

2、DSP视频采集模块U2

现在流行的视频压缩编码构架大致分为两种：一种基于数字信号处理器DSP，一种基于通用微处理器。数字信号处理器DSP擅长复杂的计算、音视频处理，而通用微处理器适用于系统控制管理。本发明在车载终端中采用ARM+DSP的方案，选用TI公司的TMS320DM642作为DSP主控芯片，TMS320DM642通过HPI接口与ARM微处理器连接。

TMS320DM642是由TI公司推出的一款面向数字多媒体应用的DSP，包括：3个可配置的音视频端口；1个10/100Mbps的以太网控制器；1个数据管理输入输出模块MDIO；1个多通道音频串行接口McASP；1个I2C总线模块；2个多通道带缓存的串口McBSPs；1个用户可配置的16位或32位主机接口HPI；1个PCI；1个16引脚的通用输入输出口GPIO，具有可编程终端/事件产生模式；1个64位的外部存储器接口EMIF，可以外扩SDRAM、Flash。TMS320DM642能使用户很方便的对复杂的音视频数据处理进行高速运算。本发明将TMS320DM642与3G网络和ARM微处理器结合应用于车载监控调度终端。

TMS320DM642外接了SDRAM和Flash存储器。SDRAM选用Micron公司的MT48LC4M32B2TG，由2片32位的MT48LC4M32B2TG连接组成64位的SDRAM,Flash存储器选用Spansion公司的S29GL256M11。SDRAM和Flash通过外部存储器接口EMIF与TMS320DM642连接。

本发明中数字信号处理器DSP的视频输入部分由CCD摄像头和视频编码芯片组成，支持4路视频采集输入。CCD摄像头将采集到的模拟视频信号经视频编码芯片编码以后送入DSP，再由DSP根据需要的视频标准完成视频信号的压缩、编码与处理，本发明中DSP对视频信号的压缩与编码采用H.264标准。在完成压缩与编码后，DSP将处理与压缩后的数据通过HPI接口送入ARM微处理器，最后通过3G模块将视频数据发送到监控中心。视频编码芯片采用TI公司的TVP5150，TVP5150是一款低功耗视频解码芯片，可以将输入的NTSC、PAL或SECAM视频信号转化成8位ITU-R BT6.56格式的数字码流，同时还能输出分离的视频同步信号，TVP5150采用I2C总线进行配置和编程。本发明中为了方便控制视频解码芯片，将视频解码芯片通过I2C直接连接到ARM微处理器上。

3、3G数据传输模块U3

目前，大多数无线视频监控系统采用的无线传输网络是基于GPRS/CDMA的第二代无线通信网络或802.11 a/b/g无线局域网络的。GPRS/CDMA网络理论上只能达到100kbps左右的传输速率，而在实际应用中则一般只能达到几十kbps的实际传输速率，仅能传输分辨率较小和帧率较低的视频，监控画面的质量和流畅度非常不理想，802.11.a/b/g无线局域网理论上可提供12Mbps-54Mbps的数据传输率，但该网络受到地域限制，在灵活性、移动性方面存在不足。

目前3G存在四种标准:CDMA20OO，WCDMA，TD-SCDMA，WiMAX。本发明采用3G网络进行车载终端数据的传输。

对于3G模块和ARM微处理器的高速数据交换，本发明用USB接口连接3G模块和ARM微处理器。3G模块可采用华为的MU203，华为的MU203模块支持WCDMA和GSM两种工作模式，工作频段为UMTS: 800/850/2100M或GSM/GPRS:850/900/1800/1900M，有1个高速USB接口，支持GSM标准AT命令，支持FR、EFR、HR和AMR的语音编码，支持Windows2000/XP/VISTA/LINUX操作系统，内嵌TCP/IP协议，电源电压范围3.0V-3.6V（推荐3.3V）。

4、Linux操作系统

Linux操作系统因其独有的特性广泛应用于嵌入式领域，在目前开发的嵌入式系统中，大约50%的项目选择嵌入式Linux作为操作系统，本发明将Linux内核进行裁剪后移植到车载调度终端的ARM微处理器中，以完成对各个硬件模块的控制。

Linux操作系统优良特性如下：

(l)源码开放、软件资源丰富：Linux是自由的操作系统，它的开放源代码使用户获得了最大的自由度；Linux的软件资源十分丰富，并且每天都在增加，这些特点节省了开发人员的工作量，缩短了开发时间。

(2)内核功能强大、性能高效且稳定：Linux的高效和稳定性己经在各个领域，尤其是网络服务器领域得到了验证；Linux的内核功能强大，并且易于裁剪，这使得Linux很适合嵌入式系统的应用。

(3)支持多种体系结构：Linux己经被移植到数十种硬件平台上，Linux支持几乎所有流行的处理器，如ARM、MIPS、X86、PowerPC等。

(4)支持大量的周边硬件设备、驱动丰富：Linux支持各种主流硬件设备和最新的硬件技术，许多芯片厂家也开始提供Linux上的驱动，从而进一步促进了Linux在各种硬件平台上的应用。

(5)大小、功能都可定制：Linux继承了Unix的优秀设计思想，内核与用户界面完全独立，各部分的可定制性都很强，能适合多种需求。

该调度终端具有以下特点：

1、将ARM+DSP视频架构模式用于车载监控终端的视频采集、压缩、处理和传输控制；

2、将3G网络与ARM+DSP架构相结合，用3G网络对车载监控终端的信息数据进行传输，并用3G网络进行终端软件进行远程更新；

3、在车载监控终端实现多路视频数据采集与传输；

4、将嵌入式linux操作系统应用于ARM+DSP结构的车载监控终端；

5、实现了车载监控终端与监控中心的视频通话；

6、实现了车载监控终端对监控中心文字调度信息的语音播报；

将加速度传感器作为碰撞传感器应用于车载监控终端，并以最新算法实现GPS盲区定位。

Claims (1)

1.一种基于3G网络的多功能车载监控调度终端，其特征是：车载监控调度终端通过多路摄像头采集原始视频数据；将摄像头采集到的原始视频数据进行数据压缩；将压缩的视频数据、车辆定位信息和其它状态信息按协议进行封装；将封装好的数据通过3G通信网络发送到3G基站，3G基站根据监控中心所在网络传送到监控中心的服务器上；监控中心显示还原出监控前端摄像头捕捉到的视频图像、定位信息和车辆其它状态信息；监控中心根据车辆的视频、位置和状态通过3G网络对车辆发送文字、语音或者视频控制调度信息；

该车载监控调度终端为ARM+DSP方案，用3G网络进行数据传输，采用嵌入式Linux操作系统，包括ARM微处理器及车辆状态信息采集控制模块、DSP视频采集模块和3G数据传输模块；ARM微处理器及车辆状态信息采集控制模块同时与DSP视频采集模块和3G数据传输模块连接；

所述的ARM微处理器及车辆状态信息采集控制模块包括：电源电路模块、ARM微处理器模块、GPS模块、Flash模块、SDRAM模块、RS232接口电路模块、LCD模块、摄像头模块、碰撞监控传感器模块、报警电路模块、语音播报模块以及转向灯、刹车和速度信号接口电路模块；所述的电源电路模块、GPS模块、Flash模块、SDRAM模块、RS232接口电路模块、LCD模块、摄像头模块、碰撞监控传感器模块、报警电路模块、语音播报模块以及转向灯、刹车和速度信号接口电路模块均与ARM微处理器模块连接；

所述的DSP视频采集模块包括：DSP处理器模块、Flash模块、SDRAM模块、视频编码器和CCD摄像头；所述的Flash模块和SDRAM模块与DSP处理器连接，视频编码器同时与ARM微处理器、DSP处理器和CCD摄像头连接；

所述的3G数据传输模块为3G模块，3G模块通过USB接口与ARM微处理器连接。

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