基于3G网络的车载视频终端系统

叶创国，文科，余佳鑫，陈源福（广州日滨科技发展有限公司，广东广州510660）

基于3G网络的车载视频终端系统

叶创国，文科，余佳鑫，陈源福
（广州日滨科技发展有限公司，广东广州510660）

介绍一种基于3G网络的车载视频终端系统的设计方案。系统结合了车载视频监控及行车记录仪两大功能，并通过3G网络与监控中心实现音视频数据及行车记录数据等数据的通信传输，以满足在交通系统中的对车辆行驶及车乘人员能提供到更安全有效的保障。

车载；视频监控；行车记录仪

0　引言

随着运营商3G网络技术的成熟和资费下降，3G视频监控开始在市场上普及。事故频发，各地政府也开始关注在途车辆的实时监控。2012-2013年部分省市已下发强制性政策要求客运车辆必须安装带3G实时监控的终端设备，市场对3G实时监控设备的需求量正在逐步增大。本文提出了一种基于3G网络的车载视频终端系统，该系统方案采用了车载视频监控与行车记录仪一体化模式，在节省成本之余更能为用户带来功能上多样性需求及服务体验提升，同时也为交通情况的调度、车辆及车乘人员提供了更安全有效的保障。

1　系统简介

车载视频终端系统，是集3G无线通信、双向语音对讲、车载视频监、北斗定位、车载媒体播放于一体的全方位、多功能车载监控设备[1]。通过3G网络进行视频数据无线传输，让视频画面更清晰、流畅；双向的语音对讲，可以保证调度中心与前端车辆实时调度安排、突发事件现场指挥；短信、报警多种方式触发设备上下线，降低使用成本；内置大容量SD卡进行音视频数据存储，保证全方位实时记录每一个瞬间，以备事后查证，真正成为车载黑匣子；北斗实时定位，无论车辆置身何处只要一键便知；对偏离路线、超速、异常停车等可疑行为立即报警，保证车辆安全行驶。

2　硬件平台介绍

3G车载视频终端硬件主要由音视频处理器、3G模块、硬盘存储器、键盘、显示屏、音视频接入电路、STM控制器电路、北斗模块、车辆信息采集模块及输出控制模块组成，其结构框图如图1所示。

2.1音视频处理电路

视频处理电路，主要由处理器海思HI3521，程序存储器K9F2G08U，动态存储器K4B2G1646C组成。海思的HI3521处理器，其内置高性能A9处理器、多达8路D1实时多协议编解码能力的引擎和编解码算法并结合多路高清显示输出能力，充分满足客户产品的高质量图像体验。K9F2G08U0D为三星的NAND FLASH，其存储容量为256MB，可满足程序存储及日后程序的升级更新。K4B2G1646C则为三星的DDR3动态存储器，单片容量为128MB，系统采用了两片DDR3内存以满足多达8路的视频数据处理需求。

图1　结构图

音视频处理电路系统中主要作用是作为视频处理核心部分，对音视频接入电路的输出数据进行编解码、压缩及传输处理等工作。同时根据ARM控制器发送的相关指令进行，通过操作3G模块与控制中心服务器进行数据通信。

2.2音视频接入电路

音视频接入电路作用是，接入模拟的音视频信号并转换成相应格式的数字信号，以能提供到HI3521中进行编码压缩等视频处理操作。接入电路可支持多达8路音视频同步输入，1路视频信号输出和1路双向数字对讲。接入电路关键器件是8通道WD1（960H）/D1视频解码器和音频编解确器芯片TW2869。TW2869可支持NTSC(M，4.43)、PAL(B，D，G，H，I，M，N，Ncombina⁃tion)及PAL(60)帧格式视频接入，并能转换成ITU-R 656格式的数字信号对HI3521处理器的656接口进行输出。TW2869还支持8通道音频输入，2个通道辅助音频输入及1通道的模拟音频输出。其中1通道辅助输入用作数字对讲输入端，语音数据经过处理后，经过HI3521编码后，3G模块以网络接入方式与控制中心通信。控制中心传过来的语音数据则通过3G模块接收后，经过HI3521解码后，传送到TW2968的模拟输出端进行输出。

2.33G模块

3G模块选用华为MC509模块，其支持电信EVDO制式网络，通信速率最大理论最大值可达到上行速率1.8Mb/s，下行速率为3.1Mb/s。目前主要使用的视频格式有QCIF（176×144/dpi）、CIF（352×288/dpi）、D1（704×576/dpi）。考虑实际的需求选择及流量资费性况，先用CIF格式进行实进视频传输出，则每帧图像的大小为352× 288×24=2 433 024 bit，即2 433 024/1 024=2 376 kbit，这里选择H.264的250：1的压缩比例的话，压缩后的图像大小就为2 376/250=9.5 kbit[2]。那么1.8 Mb/s的传输出理论值可满足1.8×1 024/ 9.5≈194帧/s，即8通道各24帧数据的传输。

2.4存储器

存储器选用SD卡存储。为了满足尽量长时间的音视频数据本地存储，扩展为双SD卡存储，每张最大支持32GB，则总容量最大可支持64GB的存储数据。D1格式视频按照25帧128 kbit码率进行编码来计算，单路视频编码大小约为1 Mbit/min，则64GB存储容量，理论可满足64× 1 024/1/60/8≈136 h存储时间。

2.5人机界面

系统人机界面包含有显示屏和鼠标。系统提供标准VGA接口的7寸的TFT液晶显示屏，主要为了方便于便车载摄像头的安装调试及系统参数的配置。鼠标可通过USB接口接入，可以更加人性化地对系统相关参数进行配置。

2.6STM 32控制器电路

由于HI3521作为视频处理器耗用资源较大，剩余作为信息聚集及控制用的I/O资源不足，所以这里扩展了一个STM32控制器电路。选择型号为STM32F103VET6，100引脚封装，主频达到72MHz。可提供到资源有，256 kb的FLSAH，64 kb的SRAM，5组UART，1组CAN，3组ADC接口等，完全可以满足系统需求。控制器电路主要作用是对车辆行驶信息的聚集及分析处理。如接收北斗模块数据进行解释并按相关协议标准进行相应的打包传送，还有实时校准北斗模块的定位时间及设备内部RTC时间的误差等工作。STM32控制器电路是通过UART接口与HI3521进行数据交互的。

2.7北斗模块

北斗卫星导航系统是我国自主研发、独立运行的一套全球卫星导航系统。目前系统基本覆盖了我国本土及周边地区，在我国全境范围内具有良好的导航定位可用性。北斗系统的二维定位精度可达到20 m，单向授时精度达到100 ns，与GPS系统的民用精度相当，能满足一般用户的基本导航定位及授时要求。鉴于我国目前正在大力推广北斗系统使用的商业化，这里选用了北斗定位模块进行定位。

2.8车辆信息采集模块

车辆信息采集主要包括行车速度、油耗、车辆各部分动作信息、车辆碰撞侧翻信息、驾驶人员信息等信息。车辆信息采集作用主要是为了记录车辆在行驶过程中，以方便在控制中心人员有效地撑握到车辆行驶的状况或为万一出现事故后相关情况分析的有力依据。

2.9输出控制模块

输出控制模块，包括电源控制，汽车断油路控制及预留输出控制等组成。其中电源控制主要有对外输出电源使能开关控制，板内重要模块或大功耗模块使能开关控制（如3G模块，SD电路等），还有摄像头输出输入电源使能控制等。汽车断油路控制主要用来控制汽车的油路，板内只提供驱动继电路电路，需要外接继电路才能工作。

3　软件设计

设备软件主要分成两部分：视频处理电路主要运行LINUX操作系统程序，控制电路主要运行实时操作系统程序。两部分是通过UART进行数据交互的，如图2所示。

图2　软件设计总框图

3.1实时操作系统

STM控制器电路采用的是多任务的实时操作系统。其主要完成的任务有：UART通信（与HI3521通信），485总线通信，CAN总线通信，RS232通信，IO/AD信号检测，RTC时钟，FLASH存储，传感器检测及相关标准协议程等功能。STM控制器电路作为系统控制的主控芯片，完成各种指令的解释给任务下发工作。

3.2LINUX操作系统

HI3521视频处理电路中运行的为LINUX操作系统。其主要分成5大功能应用进程，UI菜单界面、应用程序APP、DEBUG程序、音视频模块程序、3G模块程序。

UI菜单界面，可以直观地通过外接显示屏显示出菜单设置录像码率，OSD叠加，预览模式，录像计划，本地回放、用户管理等内容。

应用程序APP主要应用层软件处理，如连接业务服务器平台，收发数据，负责和STM控制器电路通信，负责两个CPU的远程升级，USB升级等功能。

DEBUG程序主要用来进行调试及实现防止进程挂掉、定时检测和进程挂掉重新运行等作用。

音视频模块程序实现音视频相关的操作，音视频录制保存为MP4，3G视频上传（实时音视频、历史回放、文件查询ftp上传），移动侦测报警，视频丢失报警及负责视频文件的数据库管理等功能。

3G模块程序主要实现3G无线网络数据拨号机制，短信收发功能。

4　结语

该系统设计采用了车载视频监控与行车记录仪一体化设计，简化了车载设备的数量，不但节省了成本，也方便了设备在车辆上安装。系统还预留了多种可扩展的接口，如WIFI、硬盘接口、以太网接口等，方便以后系统的升级更新。本系统适合应用于车载、船载等移动监控、指挥、管理系统，如110出警、122巡逻、公交监控、客运大巴监控、出租车监控、物流车监控、特种车辆监控、轮船监控等，具有广泛的市场前景。

［1］邰于宁，胡刚，陈雪平.基于ARM嵌入式车载监控终端的设计与实现［J］.计算机测量与控制，2008（8）：1125-1126.

［2］李臻，胡平.基于3G网络的车载视频监控终端实现［J］.煤炭技术，2011（5）：153-154.

(编辑：向飞)

The Vehicle Mounted Video Terminal System Based on 3G Network

YE Chuang-guo，WEN Ke，YU Jia-xin，CHEN Yuan-fu
（Guangzhou Ropen Technology Co.，Ltd.，Guangzhou 510660，China）

A design scheme of vehicle mounted video terminal system based on 3G network.The system combines the vehicle video monitoring and vehicle traveling data recorder two functions，and the transmission of audio and video data and operation record data through the 3G network and themonitoring center，to providemore safe and effective protection for the transportation system of the vehicle and passengers.

vehicle-mounted；video surveillance；vehicle traveling data recorder

TP399

A

1009－9492(2015)06－0084－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.06.021

2015－04－21

叶创国，男，1985年生，广东湛江人，大学本科。研究领域：家居安防，车载终端等。