CN201576317U - 视频式汽车行驶记录仪 - Google Patents

Abstract

视频式汽车行驶记录仪，涉及一种汽车行驶记录系统。提供一种改进的视频式汽车行驶记录仪。设有内核处理、数据采集、数据存储、人机交互和系统接口模块。内核处理模块包括ARM处理器和DSP芯片双核架构；数据采集模块包括CAN总线模块和音视频采集模块；数据存储模块包括ARM子系统的存储外设、DSP子系统的存储外设和系统带的CF卡；人机交互模块包括显示屏、触摸屏、打印机；系统接口模块包括串口、网口和USB接口。视频信息处理对应于4CIF(360×288)序列能基本达到实时要求，可实现后视镜等功能。音频信息处理以统一的时钟为准，使音视频流达到同步。数据存储的CF卡体积小、功耗低、速度快、适应性好、使用寿命长。

Description

视频式汽车行驶记录仪

技术领域

本实用新型涉及一种汽车行驶记录系统，尤其涉及一种视频式汽车行驶记录仪。

背景技术

目前随着我国的日益强大，人民的生活水平也有了显著的增长。汽车已经不再是一件奢侈品，而是一种代步工具。伴随着公路上的车辆日益增多，交通事故也越来越多，给人民和国家造成了巨大的损失。为了减少交通事故，以及能方便正确地处理交通事故，汽车行驶记录仪显得越来越重要。国外发达国家的这类产品已经得到了广泛的普及。

传统的汽车行驶记录仪主要完成汽车车速、时间和刹车情况的记录和处理，所实现的主要功能有：实时时钟、日期及驾驶时间的采集、记录、存储；车辆行驶状态、速度的测量、记录、存储；防止疲劳驾驶；数据通信等。

下面以深圳市华宝电子科技有限公司的HB-R02标准型记录仪为例作一说明。该记录仪主要包括内核处理模块、数据采集模块、数据存储模块、人机交互模块和系统接口模块等。这些模块之间通过数据总线和输入/输出接口连接到内核处理模块的CPU上的，再通过软件对它们进行调度工作。

内核处理模块主要由两部分组成：处理器CPU和相应的外围电路。外围电路对内与CPU相连，对外与各个功能模块相连，在软件的调度下，驱动各个功能模块进行工作。而CPU则负责对工作过程中的数据进行处理工作。

数据采集模块主要由CAN总线模块组成，通过直接与汽车上的CAN总线相连，可以方便地获取汽车在行驶过程中的各种形式参数，比如车速、车门开关和刹车信息等。

数据存储模块主要由系统的SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory，同步动态随机存取存储器)、FLASH存储器(FLASH memory)和U盘组成。系统的SDRAM和FLASH用于存储系统的程序以及采集的一些数据的临时存储。U盘用于存储行驶记录仪在行驶过程中的汽车的一些重要的特征参数(比如车速和转数等)以及驾驶员和汽车本身的一些信息。

人机交互模块由液晶显示屏、按键、打印机(外设)等组成。液晶显示器也可以在车辆行驶过程中显示一些汽车的参数，如车速和行驶里程等，还有显示驾驶员的身份以及实时时间(年月日时分秒)。按键可以选择查看驾驶员之前的一些行驶数据，也可以把一些行驶数据通过特定的按键接上通用串口打印机打印出来。

系统接口模块主要由串口和USB接口组成。串口用于数据的打印和对系统一些特定参数的设置。USB接口用于识别特定的U盘，进行对驾驶员的身份验证以及存储该驾驶员在行驶过程中的一些汽车参数和事故疑似点的环境信息。

该系统仅仅是对汽车行驶过程中的疑似事故点的车速和急刹车信号进行了存储，在现代的汽车视频记录仪除了具有上述功能外，还需要将车辆的信息和事故发生点附近的环境信息，以视频和音频的直观方式记录下来。这样，视频记录仪既能将车辆四周的图象记录，用于驾驶员监视路面和周围环境，又能将摄取到的数据进行记录用于事故后进行调查取证。这将大大方便汽车驾驶员，减少交通事故，并为事故发生后调查处理提供准确可靠的真实依据。

发明内容

本实用新型的目的在于为了克服传统记录仪只有简单的数字记录，不能准确清楚描述事故产生的原因等不足，提供一种改进的视频式汽车行驶记录仪。

本实用新型设有：

内核处理模块，内核处理模块包括ARM处理器和DSP芯片双核架构，DSP用于视频采集、存储和回放；ARM处理器用于液晶显示、触摸屏查询、数字/模拟信号采集和打印等，ARM处理器和DSP芯片通过HPI接口交换数据；

数据采集模块，数据采集模块包括CAN总线模块和音视频采集模块，用于通过加装在汽车上的视频摄像头和车内的麦克风，采集行驶车辆的车头、车内、车尾的视频画面和车内的音频数据；

数据存储模块，数据存储模块包括ARM子系统的存储外设、DSP子系统的存储外设和系统带的CF卡，ARM子系统的存储外设用于存储ARM系统的linux内核和文件系统，以及人机交互系统的操作界面的程序代码等，DSP子系统的存储外设用于存储DSP对音视频采集的压缩算法的存储，系统带的CF卡用于存储事故疑似点的音视频数据和车辆的行驶数据以及驾驶员和汽车本身的一些信息；

人机交互模块，人机交互模块包括显示屏、触摸屏、打印机(外设)等，触摸屏作为人机交互的输入设备，显示屏用于显示行驶的年月日时分秒、驾驶员的身份、车辆行驶的车速、行驶里程、车内温度和行驶时间等各种汽车的参数，通过触摸屏的控制可以直接查看摄像头的实时视频，也可以同触摸屏查看以前的视频和形式数据；

系统接口模块，系统接口模块包括串口、网口和USB接口，串口用于更新系统的设置和打印机通讯，USB接口可以通过U盘，拷贝系统内存储的所有音视频数据，方便执法部门的取证调查。

所述DSP子系统的存储外设包括FLASH和SDRAM等。

与现有的技术相比，本实用新型具有以下突出优点和技术效果：

1)视频信息处理：本实用新型采用H.264先进的视频编码压缩算法，对D1(720×576)序列，中等运动下，每分钟基本能编码25帧，所以对应于4CIF(360×288)序列能基本达到实时要求。由于本系统三路视频采集到的视频数据均为CIF序列，因此算法满足系统实时编码要求，其压缩率受到视频质量等级和视频内物体运动量的影响为动态的，在80～300倍之间。压缩后的流媒体先暂放到SDRAM中，到达一定量或事故发生时，再一次性写入CF卡中。

另外，为了便于驾驶员通过显示器实时地观察车身的情况，便于行车、倒车、停车等。系统可以按驾驶员的要求直接将3路视频中的某一路视频送入显示器实时播放出来，从而实现后视镜等功能。

2)音频信息处理：音频信号被采集后，进行G.722编码压缩处理，该算法为ITU-T推荐的视频会议音频信号编码/译码标准，数据率为64K b/S，采用16K采样速率，音频信号带宽为7KHz。G.722是子带自适应脉冲编码调制协议(SUBBANDADPCM)，一般来说，32位的抽样线形码经过G.722压缩后为8位，本实用新型采用G.722-48K模式，其解码后的声音效果相当于调频收音机的音质。压缩后的音频数据暂放到SDRAM中，达到一定量或事故发生时，才保存到CF卡中。系统以统一的时钟为准，使音视频流达到同步。

3)数据存储：本实用新型采用大容量CF卡保存数据。CF卡的优点是：体积小、功耗低、速度快、适应性好。在本系统中，相关数据先存储在SDRAM中，达到一定的量或事故触发时，才将数据转存到CF卡中。这样减少了CF卡的读写次数，增加CF卡的使用寿命。

4)系统自检功能：本实用新型在系统通电后，首先会逐一检测系统的主要硬件部分是否正常工作，并且会把检测的结果显示在系统的显示器上，让用户一目了然。

5)驾驶员身份识别功能：本实用新型在系统开启以后，必须对驾驶员进行身份识别，只有具有授权的驾驶员才能进入系统并驾驶车辆，否则无法进入系统也无法驾驶汽车。增强了汽车的防盗功能。

6)行驶数据存储功能：本实用新型在汽车行驶的过程中会对汽车的行驶参数，如车速、行驶里程、行驶时间等；车辆在行驶中的各种状态信息，如刹车、鸣笛、雨刷、转向灯等；汽车行驶的周围和内部环境的音视频数据进行有效的实时监测，以及进行相应的存储。特别是在发生事故疑似点时，本记录仪将以不大于0.2s的时间间隔持续记录并存储停车前20s实时时间对应的车辆行驶数值参数以及车辆制动状态信号；并会记录存储事故疑似点前后30s的视频和音频数据。

7)安全驾驶功能：安全驾驶功能主要包含两方面，分别是防止疲劳驾驶和防超速驾驶。当同一驾驶员不间断连续驾驶超过3h，就被视为疲劳驾驶，此时并系统将发出语音警报提示驾驶员进行停车休息。当平均车速连续10min超过设定的车速限制后，系统将发出语音警报，提示速度过快，需减速慢行。

8)断电保护功能：当本记录仪断电时，自动进入保护状态，断电前存储的数据可保存3个月不丢失。

9)数据输出功能：可以提供4种方式对存储的数据进行输出。第1种是直接通过系统的触摸屏人机交互软件直接显示在液晶显示器上，可使驾驶员或者执法人员有方便快捷的查看车辆的行驶状况。第2种是直接通过微型打印可直接把车辆的数字参数打印出来，这样方便执法部门取证。第3种则是通过USB接口直接使用U盘拷贝。第4种则是在发生重大事故后，系统无法工作，可直接拔取系统内部的CF卡，直接通过电脑主机就能查看相应的数据。

本实用新型提高了汽车的行驶安全性和防盗性能。同时，本记录仪可以自动识别判断疑似事故点，当有事故疑似点发生的，记录事故疑似点前后一段时间的汽车行驶基本参数及其周围环境的音视频，为分析、判断汽车驾驶状态和处理交通事故提供可靠的科学依据。

附图说明

图1为本实用新型实施例的组成框图。

图2为本实用新型实施例的内核处理模块中的ARM处理器的电路原理图以及相应的存储模块的电路原理图。

图3为本实用新型实施例的内核处理模块中的DSP处理器的电路原理图及相应的存储模块的电路原理图。

图4为本实用新型实施例的内核处理模块中的ARM处理器与DSP处理器通过HPI连接进行通讯的原理图。

图5为视频数据采集电路原理图。

图6为音频频数据采集电路原理图。

图7为本实用新型实施例的系统接口模块的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。

参见图1，本实用新型实施例设有内核处理模块1、数据采集模块2、数据存储模块3、人机交互模块4和系统接口模块5。内核处理模块1包括ARM9处理器(S3C2440A型)、DSP处理器(DM642型)和相应的外围电路。数据采集模块2主要由CAN总线模块和音视频采集模块组成，CAN总线模块负责采集汽车的2路模拟信号21和14路数字信号22，音视频采集模块由视频解码芯片23、音频解码芯片24、摄像头25和麦克风26组成。数据存储模块3主要由接在内核处理模块上的SDRAM芯片31、FLASH芯片32和外接的CF存储卡33组成。人机交互模块4由触摸屏41、显示器输出42、微型打印机43、视频输出用的监视器44、语音输出设备(如：喇叭)45等功能模块组成。系统的接口模块5包括本系统主机上的串口51、网口52和USB接口53组成。

图2给出本实用新型实施例的内核处理模块中的ARM处理器的电路原理图以及相应的存储模块的电路原理图。

图中共有3类芯片：处理器芯片U1、SDRAM芯片U2、flash芯片U3与U4。

S3C2440内部主要包括以下部分：地址线ADD、数据线DATA、片选信号Chip Select、数模转换线ADC、时钟信号Clock、定时器Timer和数据通道DMA，这些信号线再与外围电路连接，以实现整个功能。

芯片U2、U3、U4主要由地址线ADDR[]、数据线DATA[]、写信号WE、复位信号RST、时钟信号CLK组成。并与主芯片U1按照图示连接，实现对数据的读写等功能。

图3为本实用新型实施例的内核处理模块中的DSP处理器的电路原理图及相应的存储模块的电路原理图。

图中包括处理器芯片U5、SDRAM芯片U2、flash芯片U6，控制处理器芯片U5主要包括以下部分：地址线ADD、数据线DATA、片选信号Chip Select、数模转换线ADC、时钟信号Clock、定时器Timer和外部中断EXINT，这些信号线再与外围电路连接，以实现整个功能。

TMS320DM642-600A(U5B)：主要是与U2的数据线ED和地址线EA相连。

TMS320DM642-600A(U5A)：主要引出JTAG接口、复位信号、外部中断信号和时钟信号。

TMS320DM642-600A(U5G)：控制编码芯片的总线信号与U7相连(IIC_SEL)。

U2、U6是与DSP处理器相连接的存储模块的存储芯片。

HY57V283220T(U2)：作为SDRAM，存放程序和缓存数字视频/音频数据，DM642可以同时处理64位的数据，故而可以使得两片4M*32位SDRAM同时工作。

AM29LV033C(U6)：作为FLASH，存放固化程序，以便进行ROM引导，实现程序自举，由CPLD控制。

SN74CBT3257(U7)：四路视频所用的编码芯片TVP5150中的SCL0、SCL1、SDA0、SDA1以及X1226S中的SCL1、SDA1均需要U7的DM642的时钟线SCL与数据线相连，使用U39可以利用流水线的时间间隔来选择相连，控制则由IIC总线。

图4给出本实用新型实施例的内核处理模块中的ARM处理器与DSP处理器通过HPI连接进行通讯的原理图。

图4中主要分两部分，一部分是主机部分也就是S3C2440部分，另一部分是从机部分，即DSP部分。HPI的工作原理，就是通过如下的连接方式，可以使得DSP部分的部分SDRAM相对于ARM处理器而言是可见的。也就是说ARM处理器可以直接控制DSP子系统中的部分SDRAM。进而可以实现ARM部分与DSP部分之间的数据的高速传输交互。

Data[15:0]为16位的数据线。Addr2-Addr5为ARM的地址线通过多其写0或者写1，进而实现对hpi的控制。LnWE、LnOE为读写信号；LnGCS2为片选信号，选择ARM处理器的映射存储区；ENT17为外部中断信号；nWAIT为等待信号。

HCNTL0、HCNTL1为地址或控制信号线，两个引脚确定主机访问HPI的某个寄存器。

HR/-W为读/写选通信号，主机读HPI时为高，写为低。

HHWL为地址或控制信号线，半字区分信号，0代表传输的为第一个半字，1为第二个半字。

HDS1、HDS2为状态锁存辅助信号与HCS一起锁存各控制信号。

HCS为地址或者控制信号线，片选信号。

-HAS为地址选通信号或不用。这里直接置为高位。

-HINT与ENT17连接，HPI向主机中断信号。

HREADY与nWait信号连接，HPI数据读写准备就绪信号。

图5给出视频数据采集电路原理图。

TVP5150_BPS(U19、U20、U21)：作为视频解码芯片，由IIC总线上的SCL0、SDA0、SCL1、SDA1控制四片芯片所对应的四路视频通道工作，由二选一芯片SN74CBT3257(U39)选择总线控制，其输入为标准的PAL/NTSC复合视频CVBS或分量视频Y/C模拟视频，输出为标准的8位BT.656数字视频数据流。

本实用新型一共使用3路视频采集，其原理相同，图6中仅画一路，用于示意。通过tvp5150_BPS模数转换芯片把所采集的模拟视频信号转换为数字信号再传输给DSP处理器进行处理压缩等各种算法，最后再通过数模转换电路重现视频信号。

本实用新型使用的是ARM+DSP双核系统，所以系统中的ARM子系统和DSP子系统既相互独立又相互联系。ARM子系统作为本系统的主机部分主要功能就是对整个系统的协调调配工作以及人机交互实现相应的操作命令。DSP子系统作为一个从机部分，主要负责对音视频的采集和压缩存储这一重要功能。

图6给出音频数据采集电路原理图。

音频模块工作原理，在系统中起到的功能结合管脚应用如下说明：

AP_BCLK为数字音频接口时钟信号(bit时钟)，当AIC23为从模式时(通常情况)，该时钟由DSP产生；AIC23为主模式时，该时钟由AIC23产生；AP_LRCIN为数字音频接口DAC方向的帧信号(I2S模式下word时钟)；AP_LRCOUT为数字音频接口ADC方向的帧信号；

AP_DIN为数字音频接口DAC方向的数据输入；AP_DOUT为数字音频接口ADC方向的数据输出；SCL0和SDA0为DSP通过该部分配置AIC23的内部寄存器，每个word的前7bit为寄存器地址，后9bit为寄存器内容。用来接受DSP控制片选功能；AP0_LINEIN为左右声道LINE IN输入；AP0_LINEOUTL和AP0_LINEOUTL为左右声道LINEOUT输出；AP_MCLK为芯片时钟输入；AP0_VMID为半压输入，通常由为个10U和一个0.1U电容并联接地；MODE为芯片工作模式选择，Master或者Slave；CS为片选信号(配置时低有效)；J3跳线可以控制LINE和MIC模式的选择；

图7给出本实用新型实施例的系统接口模块的电路原理图。

DM9000(U10)为网络接口的主芯片，通过芯片上的LnWE、LnOE读写信号对本系统进行数据交互，主要用于系统的文件更新等。MAX3232SOP(U11)为R232串口芯片，RSTXD为只读信号，RERXD为写入信号。串口可以同步显示系统的一些信息以及可以外接微型打印机打印相关数据。第三部分是USB主机接口，可以外接U盘等，通过软件实现对U盘进行相应的文件操作。

以下给出本实用新型实施例的系统工作流程。

系统一旦通电启动以后，就会按照本流程图循环运行，直到汽车熄火停止本系统为止。

当系统通电以后，首先执行系统的自检功能，检测整个系统的硬件设备是否能正常工作。自检完成后就是进入本系统，本系统设置了身份识别功能，只有经授权的驾驶员使用ID卡才能进入本系统。进入本系统后，系统就开始正常工作，系统的工作是以ARM和DSP两个子系统并行工作来实现的。DSP子系统在进入系统以后就开始采集音视频数据，并以直通的方式显示在显示器上，当主机发出一个事故疑似点的中短信后，DSP作出响应，开始把疑似点前后几十秒的时间存储到CF卡上。ARM子系统在椅上电就开始工作了，系统自检也是在ARM系统下实现的，经身份验证进入系统主界面后，ARM子系统开始按0.2s的时间间隔采集汽车车速以及系统相应的行驶参数，并能在操作界面的显示器上显示平均车速、行驶里程、行驶时间等一系列的行驶参数。并通过加速度传感器等设备，自动识别判断是否有事故疑似点发生，一点发现有事故疑似点，这一方面存储车辆的行驶参数，一方面发送中断信号给DSP使其存储视频信号。在操作系统中使用的是触摸屏，在屏幕中有设置相应的一些功能按键，是驾驶员可通过按键可对本系统进行一些简单的操作。以实现数据回放，摄像头转换显示，USB数据传输，数据打压等功能要求。

以上技术方案实现了一种高性能、高可靠性以及实用的新型汽车行驶记录仪，特别是通过视频存储方式能有效地重建车辆行驶的环境信息，对于在汽车领域的使用有着广阔的前景。

本实用新型不仅具备传统记录仪功能，而且对汽车行驶过程中事故疑似点前后的音视频数据进行记录，为事后处理提供更可靠的真实依据。系统的视频功能还可方便司机观察路况，如雨雾天通过本系统独有的去雨雾处理算法，可增加司机的能见范围。

本实用新型更加注重音视频方面的功能。除采集一般的行车参数外，还记录事故疑点前后，车前、车后、车内的多路视频信息和音频信息，由于可以回放事故前后的现场场景，在事故处理时比传统记录仪的记录更有说服力和可信度。采用ARM9处理器+DSP处理器的双核方式构建视频记录系统(ARM：Advanced RISC Machines，DSP：Digital Signal Processing数字信号处理)。DSP处理器专注于视频信息处理，ARM9处理器负责其他行车参数采集以及各种控制工作，两个模块各司其职并通过HPI(Host-Port Interface)主机接口相互通信。使用ARM嵌入式系统强大的扩展功能，在以后的产品中还可以选用gps(全球定位系统)，gprs(通用分组无线服务技术，General Packet Radio Service)，无线传输等模块。

主要器件的参考型号如表1所示。

表1

编号	芯片型号	编号	芯片型号
				U1	S3C2440A	U7	SN74CBT3257
U2	HY57V283220T	U8	tvp5150_BPS
				U3	SST39VF1601	U9	TLV320AIC23BPW
U4	K9F1208	U10	DM9000
				U5	TMS320DM642-600A	U11	MAX3232SOP
U6	AM29LV033C

Claims (2)

1.视频式汽车行驶记录仪，其特征在于设有：

内核处理模块，内核处理模块包括ARM处理器和DSP芯片双核架构，DSP用于视频采集、存储和回放；ARM处理器用于液晶显示、触摸屏查询、数字/模拟信号采集和打印，ARM处理器和DSP芯片通过HPI接口交换数据；

数据采集模块，数据采集模块包括CAN总线模块和音视频采集模块，用于通过加装在汽车上的视频摄像头和车内的麦克风，采集行驶车辆的车头、车内、车尾的视频画面和车内的音频数据；

数据存储模块，数据存储模块包括ARM子系统的存储外设、DSP子系统的存储外设和系统带的CF卡，ARM子系统的存储外设用于存储ARM系统的linux内核和文件系统，以及人机交互系统的操作界面的程序代码，DSP子系统的存储外设用于存储DSP对音视频采集的压缩算法的存储，系统带的CF卡用于存储事故疑似点的音视频数据和车辆的行驶数据以及驾驶员和汽车本身的一些信息；

人机交互模块，人机交互模块包括显示屏、触摸屏、打印机，触摸屏作为人机交互的输入设备，显示屏用于显示行驶的年月日时分秒、驾驶员的身份、车辆行驶的车速、行驶里程、车内温度和行驶时间；

系统接口模块，系统接口模块包括串口、网口和USB接口，串口用于更新系统的设置和打印机通讯，USB接口通过U盘，拷贝系统内存储的所有音视频数据。

2.如权利要求1所述的视频式汽车行驶记录仪，其特征在于所述DSP子系统的存储外设包括FLASH和SDRAM。

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