摘 要： 采用MPEG-4壓縮算法、DSP技術(shù)和現(xiàn)代電子技術(shù)，研制了汽車運(yùn)行狀況圖像監(jiān)測系統(tǒng)。在總體設(shè)計方案的基礎(chǔ)上，基于DSP芯片ADSP-BF533設(shè)計了系統(tǒng)硬件，并采用C語言與匯編語言進(jìn)行混合編程，開發(fā)了系統(tǒng)軟件。為提高系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性，從軟、硬件兩方面采取了抗干擾措施。本文所研制的汽車運(yùn)行狀況圖像監(jiān)測系統(tǒng)具有對大量視頻圖像數(shù)據(jù)的存儲、壓縮和回放等功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對汽車運(yùn)行狀況圖像實(shí)時記錄。
關(guān)鍵詞： 汽車  圖像監(jiān)測  MPEG-4  DSP技術(shù)

 

    目前交通事故責(zé)任的認(rèn)定令公安部門、交通部門、保險公司、汽車生產(chǎn)廠商非常關(guān)注。目前，所有事故原因的調(diào)查、分析、統(tǒng)計工作都只能根據(jù)事故發(fā)生后現(xiàn)場的狀況來推斷，所以難免有不符合事實(shí)的情況。
    隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，圖像數(shù)據(jù)壓縮編碼技術(shù)及其標(biāo)準(zhǔn)的改進(jìn)，以及芯片成本的不斷下降，使得嵌入式實(shí)時圖像監(jiān)測系統(tǒng)的研究受到了人們的重視。本文采用美國模擬器件公司最新推出的專用音視頻處理芯片ADSP-BF533和目前流行的MPEG-4視頻壓縮算法，通過IDE接口硬盤研制了汽車運(yùn)行狀況圖像智能監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)不但具有汽車運(yùn)行圖像采集功能，能為交通事故和盜車分析提供有力的證據(jù)，而且結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可靠性高、可移植性強(qiáng)、擴(kuò)展靈活，不僅可以滿足汽車圖像的監(jiān)測，而且還可以應(yīng)用到金融、交通、公安、監(jiān)獄、廣場、小區(qū)等圖像監(jiān)控場所，具有廣泛的應(yīng)用前景。
1 設(shè)計方案
    汽車運(yùn)行狀況圖像監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

 

 

    系統(tǒng)主要由視頻圖像采集模塊、圖像壓縮編碼模塊、編碼數(shù)據(jù)存儲模塊、GPS模塊及電源電路組成。其中視頻圖像采集模塊使用CMOS攝像頭OV7648采集視頻數(shù)據(jù)；圖像壓縮編碼模塊通過MPEG-4壓縮編碼庫將OV7648輸出的ITU-R656數(shù)字信號進(jìn)行壓縮編碼；編碼數(shù)據(jù)存儲模塊的功能將編碼數(shù)據(jù)通過FAT32文件系統(tǒng)存儲于硬盤；GPS模塊為系統(tǒng)提供實(shí)時時間、行車速度以及經(jīng)緯度等信息。由于視頻圖像數(shù)據(jù)量大，而ADSP-BF533內(nèi)部存儲器容量有限，所以外擴(kuò)了SDRAM作為視頻圖像數(shù)據(jù)的緩存器；該系統(tǒng)的程序全部存儲于外擴(kuò)的Flash上；整個系統(tǒng)的供電電源由汽車上的直流蓄電池供電，使用DC-DC電壓模塊獲得各部分電路所需的電壓。
    系統(tǒng)工作過程如下：ADSP-BF533通過DMA方式從PPI接口將攝像頭輸出的數(shù)字視頻信號直接存入SDRAM；當(dāng)采集完一幀數(shù)據(jù)后，DMA產(chǎn)生中斷，ADSP-BF533從SDRAM中讀入數(shù)據(jù)進(jìn)行MPEG-4視頻編碼，編碼后的數(shù)據(jù)存入SDRAM；每當(dāng)壓縮后的數(shù)據(jù)超過8KB時調(diào)用一次FAT32文件系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)存入硬盤。每當(dāng)檢測到汽車啟動時，將新建一個視頻文件，在檢測到停車時，結(jié)束該文件。GPS模塊為系統(tǒng)提供實(shí)時時間、經(jīng)緯度和行車速度等信息，并通過LCD顯示出來。當(dāng)系統(tǒng)檢測到汽車連續(xù)行駛2個小時以上時，將通過蜂鳴器報警，以提示司機(jī)疲勞駕駛，并在行車記錄中進(jìn)行記錄。
2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計
2.1 ADSP-BF533最小系統(tǒng)
2.1.1 ADSP-BF533數(shù)字處理器芯片
    Blackfin processor是美國模擬器件公司推出的一類新型的嵌入式處理器，專門應(yīng)用在數(shù)字圖像處理領(lǐng)域。其運(yùn)算速度快，具有多種外設(shè)接口，可以方便地進(jìn)行各種擴(kuò)展。本課題選用Blankfin processor系列中的ADSP－BF533，它擁有運(yùn)算速度高達(dá)600MHz的DSP內(nèi)核，采用了ADI公司和Intel公司聯(lián)合開發(fā)的MSA架構(gòu)技術(shù)，內(nèi)含2個16位乘法器，2個40位累加器，2個40位算術(shù)邏輯單元(ALU)，4個8位視頻ALU以及1個40位移位器，提供了專門的視頻處理硬件單元和視頻處理指令，并支持動態(tài)電源管理，充分滿足了實(shí)時圖像處理的要求^[3]。
2.1.2 存儲器電路
    因為視頻數(shù)據(jù)信息量很大，而ADSP-BF533內(nèi)部存儲器容量有限，所以系統(tǒng)外擴(kuò)SDRAM作為視頻數(shù)據(jù)的緩存器。SDRAM與ADSP-BF533的接口圖如圖2所示。

 

    系統(tǒng)SDRAM采用Hynix公司的HY57V561620，它是一款高速的同步動態(tài)存儲器，組成結(jié)構(gòu)為4Banks×4M×16bit。
    系統(tǒng)程序存儲在Flash中。Flash選用ADI公司的AM29LV800BT。其容量為1MB，工作電壓為2.7V～3.6V，可以被配置為8位或者16位的數(shù)據(jù)寬度。
    AM29LV800BT與ADSP-BF533接口圖如圖3所示。

 

2.2 視頻圖像采集
    CMOS圖像傳感器芯片選用ADI公司推薦的OmniVision  OV6650。這款芯片的像素陣列是352×288；具有自動曝光、自動白平衡、自動增益等功能；視頻信號輸出有RGB、YUV、YCrCb等多種模式；可以通過I2C總線進(jìn)行控制，被廣泛應(yīng)用于圖像采集領(lǐng)域。
    CMOS圖像傳感器通過一個CAMERA INTERFACE 口與ADSP-BF533連接。CMOS傳感器與ADSP-BF533接口圖如圖4所示。