高速公路视频测速监控系统的设计与实现

周承云

摘要：本文提出了一种基于嵌入式技术的视频监控系统设计的具体方案。系统中以S3C2510A为处理器核心，ARMLinux为操作系统平台，构建了嵌入式视频监控系统的软硬件平台，简要介绍了其硬件结构，并详细阐述了软件系统的设计与实现。

关键词：视频监控嵌入式系统高速公路

0引言

随着我国高速公路的快速发展，公路视频监控系统作为监控系统的一个重要组成部分，在交通管理系统中发挥着重要的作用。采用视频监控系统可以实时地了解到高速公路各种情况，比如车辆超速、违章行驶、交通事故或者其他一些对高速公路损坏的行为。尤其是在一些重要路段，通过安装视频监控系统，可以及时地了解到公路上发生的各种情况，对一些突发事件的处理和日常的维护都有着重要的作用。因此，将最新的，最有价值的技术应用到新一代的监控系统之中来解决实际问题，具有广阔的应用前景和巨大的社会效益及经济效益。

1系统总体架构

本文所设计的嵌入式网络摄像机系统是一个基于Internet实时视频网络传输系统。主要设计目标是实现把远端采集的实时视频信息经过压缩编码，并利用嵌入式系统模块实现TCP/IP协议，通过Internet传输，使接收端系统能从网络中接收实时视频并重新展示给用户。

整个系统硬件平台主要由嵌入式处理器模块、视频采集模块、视频AD转换芯片，视频压缩模块、电源时钟模块、以太网接口芯片、Flash、SDRAM等组成。

1.1嵌入式控制器嵌入式控制器模块是整个系统的控制管理核心，主要功能是实现整个系统的控制和调度管理.我们选用的主控制芯片为S3C2510A，它是SAMSUNG公司生产的基于以太网应用系统的高性价比16/32位RISC微控制器，内含ARM公司设计的低功耗、高性能ARM940T内核，主频166MHz；内置2个10/100Mbps以太网控制器；6个DMA通道；6个32位定时器；64个可编程的I/0口；2个高速UART；此外还有中断控制器，DRAM/SDRAM控制器，ROM/SRAM和FLASH控制器，系统总线仲裁器、外部存储器控制器等。

1.2视频采集模块视频采集由前端高速摄像机实现视频的输入，本系统中采用监控专用彩色摄像机discover系列的dis-822C一体化摄像机，它具有22倍光学变焦，220倍数字变焦，可以在低照度下正常工作，自动聚焦能力强，还具有电子自动快门、白光平衡等特点。高速摄像头将采集到的模拟数据发送到视频A/D转换芯片进行视频解码；最后将得到的视频数字信号输入到视频压缩芯片中。

1.3视频压缩模块该模块中采用一款专用的音视频压缩编码芯片G07007SB完成音视频压缩功能。G07007SB是美国WIS公司为最新推出的一款多格式音视频压缩编码芯片，G07007SB独特的编码结构可灵活地对符合ISO/ITU标准的音视频进行编码，它支持的输出格式有MPEG-4，MPEG-2，MPEG-1，H.263及自定义格式。

1.4视频网络发送模块该模块主要是通过S3C2510A对音视频压缩模块处理后的视频流进行打包处理，生成UDP包或RTP包，然后通过RJ45接口发送到网络中。这里选用的网络接口芯片是Realtek公司的RTL8201BL，它是具有l0M/100Mps自适应功能的以太网收发控制器，是目前应用最为广泛的一种网络接口芯片。

1.5云台镜头控制模块要实现对前端摄像机的远程控制，需要云台解码器将嵌入式控制器端及远程客户端传来的控制信号进行解码，将软件发出的控制信号转换成实际动作的电平信号。

1.6电子情报板电子情报板采用LED发光管，自动调节光亮度，动态视距离达到200米，能全天候地及时向司乘人员车辆超速情况、传递路况信息及特殊气候情况，凸显高速公路的服务功能。

2软件设计

嵌入式操作系统是嵌入式系统重要的组成部分，它为应用程序的开发提供了一个软件平台。这里选用uClinux作为整个系统的开发平台，基于uClinux开发资源丰富，有助于建立功能强大、结构复杂的大系统。其他功能模块建筑在Linux操作系统之上，包括视频采集与预处理模块，MPEG４编码模块，RTP/RTCP协议传输模块，云台控制模块等等。下面重点介绍视频数据传输模块和车速检测模块的设计。

2.1数据传输基于RTP/RTCP的MPEG-4视频传输流程是：在服务器端，MEPG-4视频流分别被封装上RTP报头、TCP报头和IP报头，组成相应的IP数据包，然后IP数据包通过Internet向接收端发送。客户接收端收到IP包后按相反的顺序将RTP报头和视频数据提取出来，根据RTP报头中的序列号将视频数据放入缓存供解码器解码输出。

2.1.1视频数据封装将视频数据在网络中传输，需要对其进行打包，加上时间、同步等信息。

2.1.2视频数据发送Linux系统通过socket编程来实现数据的传输，套接字有三种类型:流式套接字(SOCKSTREAM)，数据报套接字(SOCKDGRAM)及原始套接字。按照系统浏览器/服务器的网络传输模型，在服务器端建立了以SOCKET为类型的监听套接字、控制套接字；在客户端建立了SOCKET类型的请求套接字、控制套接字，这些都是采用TCP协议封装传输数据的。

2.2车速检测速度是判断车辆是否超速的唯一依据，所以如何获得车速是本系统的核心。目前公路超速标准对大型车和小型车的速度限制有不同的规定，当前判断车型的算法也比较多，有根据车牌颜色识别车型的，也有根据车辆的长度识别车型的，在这里运用后者进行车型识别。

本系统采用环型线圈车辆检测器，线圈车辆检测系统由地感线圈、线圈检测器组成，它在每个车道前后埋设两个线圈，其中，前线圈称“测速线圈”，后线圈称“抓拍线圈”。对于线圈测速，经常用到的方法是对于经过的车辆，分别取得车辆进入两个线圈的时刻，相减获得车辆通过线圈所需的时间，配合线圈的宽度和距离，即可求得车速。软件编写流程如下所示：①检测线圈1状态变化，记下车辆进入时间dwStart。②检测线圈变化及车辆是否离开标志位，记下车辆离开线圈1时间dwEnd。③检测线圈2状态变化，记下车辆进入时间dwSecond。④计算得到车速dbSpeed，车长dbCarLength。⑤根据车的类型和速度，判读车辆是否超速，超速，则拍局部照片。⑥车离开第二个线圈，拍全景照片。

3结束语

高速公路视频监控系统将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子控制技术以及计算机处理技术等综合运用于高速公路管理体系，建立起一种在大范围内、全能的实时、准确、高效的高速公路综合管理系统。本文设计并实现了一个基于ARM和Linux的视频监控系统，目前该系统已经应用于某高速公路的路段监控中，达到了设计要求，取得了较好的应用效果。

参考文献：

[1]刘富强.数据视频监控系统开发及应用.北京:机械工业出版社.2003.

[2]刘富强.数字视频监控系统开发及应用.北京：机械工业出版社.2003.

[3]钟玉琢，向哲，沈洪编著.流媒体和嵌入式控制器.北京:清华大学出版社.2003.

[4]吴永航.嵌入式Internet方案的设计与实现.大连理工大学.2003.