引言

2020年中國民用汽車數(shù)量將飆升至1.4億輛，全世界汽車保有量以每年3000萬輛的速度增長，由此帶來的交通安全事故數(shù)量也逐年增長。在處理交通事故時，執(zhí)法人員無法了解整個事故發(fā)生前后狀況，供提取證據(jù)的事故現(xiàn)場一般被嚴(yán)重破壞，可能會導(dǎo)致一些誤判。而汽車一旦裝上本系統(tǒng)后，在處理交通事故的程序上，由于有錄像和數(shù)字證據(jù)，提高了執(zhí)法的公平性和公證性。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的汽車黑匣子實(shí)現(xiàn)了視頻取證，通過攝像頭采集事故發(fā)生前后車前的錄像，可以真實(shí)地再現(xiàn)事故發(fā)生的全過程。此外，汽車黑匣子還具有防盜功能，可以在一定的條件下啟動語音傳輸功能，通過移動電話網(wǎng)絡(luò)把車內(nèi)的語音傳輸?shù)街付ǖ慕邮?a target="_blank">中心，也可以通過GPS全球定位系統(tǒng)確定汽車的位置。

基于Sitsang開發(fā)平臺的開發(fā)環(huán)境

Sitsang開發(fā)平臺是一套完整的基于Intel XScale PXA255處理器的嵌入式開發(fā)平臺。Intel XScale PXA255處理器設(shè)計(jì)為高性能，低功耗和高度集成應(yīng)用，例如：PDA，交換機(jī)，智能手機(jī)等。該平臺提供了諸多的接口供開發(fā)使用：

* 640×480分辨率的真彩液晶屏；

* 一個USB從口，兩個USB主口；

* 麥克風(fēng)，線性輸入，耳機(jī)接口；

* I2C總線接口；

* 一個CF卡接口；

* 一個SD/MMC卡插槽；

* 全功能藍(lán)牙串口和標(biāo)準(zhǔn)串口。

該平臺支持WinCE或Linux的操作系統(tǒng)，軟件配置包含了WinCE的BSP（板級支持包），Linux操作系統(tǒng)的內(nèi)核源代碼和所有的硬件驅(qū)動程序。

我們采用了Linux操作系統(tǒng)，內(nèi)核版本是Linux2.4.19，對內(nèi)核增加了XScale PXA255的補(bǔ)丁和Sitsang開發(fā)平臺外圍擴(kuò)展接口的驅(qū)動，例如USB主控芯片是Philips的ISP1161驅(qū)動。采用了QT/Embedded編寫圖形界面，QT/Embedded是一個C++的GUI開發(fā)工具包，提供了許多標(biāo)準(zhǔn)的QT API，讓我們可以基于這些API很方便快捷地開發(fā)出圖形界面。

系統(tǒng)的組成

該系統(tǒng)以Sitsang板為中心，擴(kuò)展了三個攝像頭、一個無線通信模塊、一個GPS模塊、麥克風(fēng)和緊急開關(guān)。

取證攝像頭負(fù)責(zé)視頻取證，監(jiān)控?cái)z像頭負(fù)責(zé)監(jiān)視車內(nèi)狀況，倒車攝像頭輔助車主觀察車后視覺死角，GPS模塊接收經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，無線通信模塊傳輸圖像和GPS數(shù)據(jù)，緊急開關(guān)在緊急情況下使用，麥克風(fēng)用來留言。本系統(tǒng)充分發(fā)揮了XScale PXA255芯片的強(qiáng)大功能，實(shí)現(xiàn)了MPEG-4的編解碼和各個模塊間的數(shù)據(jù)通信等多項(xiàng)軟件功能，使Sitsang起到中心控制和協(xié)調(diào)作用。

系統(tǒng)的主要外圍設(shè)備如下：

* 無線寬帶網(wǎng)絡(luò)：我們選擇了新一代的無線寬帶網(wǎng)絡(luò)來傳輸數(shù)據(jù)。

* G P S模塊：選用了RS232接口的GPS模塊，相對而言，由于Sitsang板已經(jīng)有了串口的驅(qū)動，并且串口編程較為簡單，速率也滿足需求，所以適合本系統(tǒng)。

* 攝像頭：USB接口的攝像頭是最普遍常見的。USB總線最長傳輸距離可達(dá)5米，電磁干擾影響極小，安裝方便，支持即插即用，滿足我們系統(tǒng)的需求。在Linux-2.4.19的內(nèi)核中支持了大多數(shù)市場上已有的攝像頭的USB控制器，如最常見OmniVision公司的OV511，Philips等等。并且針對Sitsang板打好補(bǔ)丁的Linux內(nèi)核也已經(jīng)包含了Philips公司的ISP1161 USB主控制芯片的驅(qū)動。

系統(tǒng)主要功能

視頻取證功能

車輛自啟動時，便啟動車前的攝像頭采集數(shù)據(jù)，并在緩沖區(qū)內(nèi)刷新保存最新的30s的視頻數(shù)據(jù)。保存視頻的形式分為手動保存和自動保存兩種。

手動保存，主要用于小的交通摩擦，車輛的 行駛速度沒有發(fā)生較大變化時，此時，車主可以根據(jù)自身需要，手動選擇保存，黑匣子還會延續(xù)保存一段時間；自動保存，主要用于當(dāng)車輛發(fā)生大的交通事故時，汽車翻轉(zhuǎn)或車體發(fā)生較大形變，觸發(fā)開關(guān)，系統(tǒng)會自動啟動視頻取證功能，保存最新的數(shù)據(jù)，并延續(xù)保存一段數(shù)據(jù)。由于Sitsang板上的資源有限，同時又要使資源利用最大化，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)成最多可保存7段視頻證據(jù)，每段約2.5MB，共占用系統(tǒng)的存儲空間的17.5MB。

汽車防盜功能

允許車主通過短信的方式接收車輛當(dāng)前的經(jīng)緯度。一旦車主發(fā)現(xiàn)車輛被盜時，通過發(fā)短信的方式遠(yuǎn)程控制車內(nèi)黑匣子，啟動撥叫功能，用以監(jiān)聽車內(nèi)狀況；然后，繼續(xù)通過發(fā)送短信的方式將車主身邊計(jì)算機(jī)的IP地址發(fā)送給“黑匣子”，啟動“黑匣子”上網(wǎng)功能，主動與所接收的IP地址的計(jì)算機(jī)綁定，并且建立TCP/IP通道?！昂谙蛔印蓖瑫r自動將切換到車內(nèi)的攝像頭，開始傳遞GPS數(shù)據(jù)和攝像頭采集的圖像到遠(yuǎn)程的計(jì)算機(jī)，遠(yuǎn)程的服務(wù)器就會將接收到的數(shù)據(jù)自動定位到電子地圖，可以查看到車輛的具體位置、方向、車輛運(yùn)行速度，并且，通過服務(wù)器的圖像接收程序，可以清楚的看到盜賊的外貌。

無線追蹤功能

此系統(tǒng)在駕駛座附近及后座設(shè)置三個隱藏的緊急開關(guān)。觸發(fā)緊急按鈕，黑匣子會自動先向預(yù)設(shè)的電話號碼打電話，隨后可以通過接收短信的方式繼續(xù)把GPS數(shù)據(jù)和車內(nèi)的圖像通過無線網(wǎng)絡(luò)傳給預(yù)設(shè)的靜態(tài)IP，為事后的抓獲犯罪人提供了大量確切證據(jù)和有效信息。

輔助倒車

由于后視鏡視角有限，無法看到車后所有的景象，尤其是緊靠車尾部的景象，針對上述情況，我們在車尾部安裝一個攝像頭，用來輔助駕駛員倒車。攝像頭將被安裝在車尾的正后方，恰好拍攝駕駛員通過后視鏡看不到的地方。而且攝像頭的傾角偏下，可以很好地查看地面是否有突起的障礙物。用攝像頭輔助駕駛員，既能使駕駛員放心，又減少了倒車事故。

語音留言

語音留言功能具有留言、停止、回放、刪除等選項(xiàng)，同時可以顯示系統(tǒng)當(dāng)前是否有留言。留言時，可以手動停止，也可以限時自動停止。限時留言的上限設(shè)為30秒。留言功能的實(shí)現(xiàn)讓汽車更加人性化。

車主身份認(rèn)證

此項(xiàng)功能具有一定的防盜作用。系統(tǒng)開啟后，會提示車主輸入密碼。只有在輸入正確的密碼后，車主才能啟動保存視頻證據(jù)、攝像頭輔助倒車、留言等功能。是否輸入密碼并不影響車輛的啟動，但是如果開車的人在一段時間內(nèi)，仍然沒有輸入正確的密碼，系統(tǒng)會自動發(fā)送短信到車主預(yù)設(shè)的手機(jī)號碼，進(jìn)行短信提醒、報(bào)警。

硬件電路框圖

由于Sitsang板已經(jīng)集成了所需的大部分接口，所以外圍的系統(tǒng)的硬件電路主要是一些額外的接口電路。

U S B主控接口切換器

系統(tǒng)采用了三個攝像頭，而Sitsang板上只有兩個USB主控接口，并且還要有一個要用來連接GPS設(shè)備。而且根據(jù)系統(tǒng)的要求，三個攝像頭不是同時工作，于是我們就自己設(shè)計(jì)了一套USB切換器。電路主要由Maxim公司的MAX4662模擬開關(guān)組成。電路的原理框圖如圖 1所示。

圖 1 USB切換器原理框圖

USB 串口轉(zhuǎn)換器

Sitsang板上有兩個RS232串口，其中一個用來連接無線通信模塊，另外一個用于調(diào)試。但是我們還需要一個RS232串口來與GPS模塊相連，所以制作了一個USB轉(zhuǎn)RS232的轉(zhuǎn)換器。

可供選擇的USB轉(zhuǎn)RS232的芯片較多，而且Linux的內(nèi)核中也支持了大多數(shù)的芯片。我們選擇了國內(nèi)較為常見的FTDI公司的FTDI232BM芯片，該芯片兼容USB1.1/2.0，內(nèi)建128B 的發(fā)送緩存和 384B的接收緩存，性能滿足我們的需求。

FTDI232BM芯片把從USB得到的信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的TTL電平，再經(jīng)過一片MAX232的電平轉(zhuǎn)換芯片，把TTL電平轉(zhuǎn)換成RS232的電平。電路的原理框圖如圖 2所示。

圖2 USB to 232轉(zhuǎn)換器原理框圖

軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)應(yīng)用軟件基于QT/Embedded編寫，具有良好的用戶界面。軟件主要分?jǐn)z像頭模塊、無線通信模塊和GPS模塊等。其中無線傳輸?shù)能浖K由客戶端和服務(wù)器端兩部分組成。客戶端程序以Linux操作系統(tǒng)為軟件平臺，使用arm-liunx-g++開發(fā)工具設(shè)計(jì)；服務(wù)器端程序以Windows XP操作系統(tǒng)為軟件平臺、使用VC++6.0。整體軟件程序框架如圖3所示。

圖 3 整體軟件程序框架圖

視頻采集軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是如何從USB攝像頭讀取圖像數(shù)據(jù)。從攝像頭讀圖像數(shù)據(jù)程序的編寫主要是調(diào)用Video4Linux的API函數(shù)。Video4Linux（簡稱V4L），是Linux中關(guān)于視頻設(shè)備的內(nèi)核驅(qū)動API。在Linux中，視頻設(shè)備是設(shè)備文件，可以像訪問普通文件一樣對其進(jìn)行讀寫。其中，攝像頭的設(shè)備文件是/dev/video0。

Video4Linux下視頻編程的流程：

1. 打開視頻設(shè)備；

2. 讀取設(shè)備信息；

3. 更改設(shè)備當(dāng)前設(shè)置；

4. 進(jìn)行視頻采集，兩種方法： 內(nèi)存映射，直接從設(shè)備讀??；

5. 對采集的視頻進(jìn)行處理；

6. 關(guān)閉視頻設(shè)備。

由于視頻數(shù)據(jù)量較大，而Sitsang板的可供使用的存儲容量空間較小，所以我們得把視頻數(shù)據(jù)壓縮以滿足系統(tǒng)要求。

我們采用PC機(jī)上的MPEG4的編解碼軟件，Mplayer是Linux下播放速度最快，支持媒體格式最多的播放器。這款軟件因?yàn)椴捎玫氖莑ibavcodec算法，進(jìn)行過特殊的優(yōu)化，所以運(yùn)行速度較快，移植到ARM平臺也具有較快的速度。經(jīng)過努力，終于用arm－linux－gcc交叉編譯成功，移植到Sitsang平臺。

結(jié)語

整套系統(tǒng)總體實(shí)現(xiàn)了新一代汽車黑匣子的各項(xiàng)功能。當(dāng)然，系統(tǒng)仍然需要進(jìn)一步完善，比如：無線網(wǎng)絡(luò)傳輸速度差強(qiáng)人意，不過隨著3G時代的到來，2MB的帶寬將會很好解決這一問題，汽車黑匣子系統(tǒng)的前景將更為廣闊。

責(zé)任編輯：gt