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一种汽车安全与防御系统的设计与实现

0 引言
近年来嵌入式技术与Internet技术的结合 ，  使嵌入式技术在远程控制、智能交通、电视会议、安防等领域占有越来越重要的地位 。随着人们生活水平的提高及个人财富的积累 ，  汽车逐渐变成了人们出行旅游的普遍的交通工具 ，  同时汽车被盗案例也屡见不鲜 。因此如何保证个人或者集体汽车就成为迫切需要解决的问题 。这就促使我们开发一种更低成本、更方便的视频监控设备—车载安防系统来满足有车大众的需要 。
1 系统硬件设计
汽车安全与防御系统主要由视频采集及处理模块、3G无线上网卡、嵌入式Web Server、GSM模块及客户端浏览器组成 。嵌入式Web Server由Samsung公司的ARM处理器S3c2440 和网络芯片构成 。其摄像头首先将采集到的图像数据传给视频处理器 ，  由视频处理器进行压缩编码 ，  然后传递给ARM处理器 ，  ARM处理器再将这帧数据与前一帧数据进行比较 ，  如果相同 ，  即表明无移动物体 ，  则丢弃该帧 ，  以节省存储空间； 如果不相同则表明有移动的物体 ，  处理器会把这帧数据存储起来 ，  并启动GSM模块发送报警短信 。客户端如果想及时了解车中的情况 ，  可以通过浏览器访问到嵌入式的Web服务器来查看实时视频 。
系统硬件主要有Samsung公司的ARM处理器S3c2440 ，  3G无线上网卡 ，  16/32位的ARM处理器实现了MMU、AMBA BUS 和Harvard高速缓存体系结构 ，  具有独立的16KB指令Cache和16K B数据Cache 。网络芯片采用比较常用的Cs8900 。
SDRAM 选用两片HY57 V561620 （32M）。NORFLASH 选用AM29LV 160DB。NAND FLASH选用32M的K9F 1208 芯片 。视频处理部分 ，  采用硬件的H.264编解码器 ，  具体采用美国Q pixel公司的QL202B ，  它是低功耗实时单片半双工H.264/AVC编码器 。系统硬件结构图如图1所示 。
【一种汽车安全与防御系统的设计与实现】 图1 系统硬件结构框图

2 软件设计
本系统的软件设计包括： 嵌入式Linux操作系统的移植、视频采集程序和动态检测程序的编写、嵌入式Web Server的实现以及相关驱动程序的编写与移植 。
2.1 视频采集的动态检测
视频采集及动态监测的原理如图2所示 。设定摄像头视频采集循环的周期为T ，  系统初始化以后 ，  获得的第一帧图像就保存为背景图像 ，  接下来每隔时间T采集一帧 ，  利用背景减除法进行运动目标检测 。这种检测方法是从视频流中实时提取目标 ，  检测出图像序列中与运动的三维物体相关的点 ，  滤除图像中与运动对象无关的信息 。
该软件使用QT/E的图像处理类库QImage process开发 。首先循环采集两帧图像数据 ，  进行二值化处理后 ，  分别提取两幅图像的亮度作差 。得到背景差分图像后 ，  与设定的亮度阈值进行比较 ，  如果未超过阀值则丢弃该帧 。超过该值则触发报警 ，  启动GSM模块发送报警信息 ，  同时告知ARM处理器 ，  以便ARM处理器进行后续的工作 。
2.2 嵌入式Web Server的软件设计
嵌入式Web Server的软件设计构建分为两部分：
（1） Linux服务器boa的配置与移植；
（2） 嵌入式CGI的实现 。嵌入式Web的工作流程图如图3所示 。
图3 嵌入式Web server工作流程图

1） boa的移植与配置
Boa是一种单任务的Http服务器 ，  性能优越且速度快 ，  可以到http://www.boa.org网站上下载一个主流版本的boa发行包上下载源代码 ，  并进行配置与移植 。由于Boa的配置与移植方法在网上可以很容易查到 ，  这里就不再赘述了 。
2） 嵌入式CGI
本设计就要求Web能够动态实现显示和交互式操作 ，  传统的静态网页不具备这样的功能 。为解决这个问题可以引入CGI （Common Gateway Interface） ， 它是外部应用扩展应用程序与WWW服务器交互的一个标准接口 ，  能实现Web的客户端与服务器之间进行交互式操作 。通过CGI可以提供许多静态的HTML网页无法实现的功能 ，  比如搜索引擎、远程监控、基于Web的数据库访问等等 。它还具有运行速度快 ，  支持多种编程语言 ， 与浏览器兼容等优点 。CGI实现客户端与服务器交互的过程如图4所示 。
图4 HTTP调用CGI过程图

3 结束语
本系统只需打开任何一个浏览器输入IP号就可以登录嵌入式服务器 ，  观看实时、或历史车内情况 。其视频截取图片如图5所示 。
 
图5 视频截取图
本文所介绍的这种车载安防系统的方案具有便于安放的优点 ，  因此 ，  在汽车安防领域内具有非常广阔的市场前景 ，  只是有需要完善的地方 ， 比如存储的视频的容量有限 ，  由于每台机器都有一个独立的I P ，  比较占用I P 资源 ，  再者视频信息量非常大 ，  3G无线上网卡传输率有限 ，  传输时会有几秒的时延 ，  相信不久的将来 ，  随着压缩算法的技术和3G无线上网卡传输的发展 ，  IPV6协议的普及等问题都将迎刃而解 。
 

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