> 一种车载数字硬盘录像机的设计与实现

一种车载数字硬盘录像机的设计与实现

时间:2020-05-27 11:55


  随着科技的发展进步,车辆成为人们生活中不可缺少的一部份,作为一个载人工具伴随人们出现在各种场所。对各类安全的需求快速增长,使得汽车监控业也快速成长起来。我们经常会听到这样的报道:乘务员中途载客收钱不给票或给假票,车辆上扒抢案件增多,交通事故发生争执等,这些案件由于现场取证困难,很难得到解决。如果可以将车内和车外的情况随时记录下来,作为回忆、考核证明、证据等各种用途,将能够很好地解决以上问题。数字化车载硬盘录像机作为监控行业一种新的高科技产品,受到了广泛关注。它是安装于火车、汽车等移动车辆上集数字录像、监控、娱乐、广告等功能于一体的嵌入式数字硬盘录像机。目前国内可以提供的一般是以硬盘或CF 卡为单一存储设备的数字硬盘录像机,多以MPEG2 硬压缩编码,存在码流高、需要大容量硬盘和不适合传输的缺点。大部分硬盘录像机采用普通硬盘或笔记本硬盘作存储介质,由于硬盘的机械特性,存在录像不稳定,硬盘容易损坏等问题,严重影响车载录像机的可靠性和稳定性。还有少部分使用单一的CF 卡为存储介质,存在容量小不能保存长时间录像资料的缺点。

  本文提出了一种新的车载数字硬盘录像机的设计方案,能很好的解决如上问题。不但能对车上的现场环境进行高清晰度的录制(可达DVD画质),还可以同时进行低码流传输;行车时采用CF 卡为存储设备,采用停车自动备份策略,避免在行车过程中使用机械硬盘,大大提高了车载数字硬盘录像机的可靠性和稳定性。本数字硬盘录像机还具有广告影片播放、行车记录等较强的扩展能力,有广阔的应用前景和增值应用空间,完全可以扩展为一个2集监控、行车记录、导航和多媒体应用的车载平台,可取代现有的车载影碟机。

  1、实现四路实时音视频同步MPEG4 高清晰录像,可以实现双工回放及同时双路回放。

  2、实现多种录像模式,如手动录像、定时录像、报警录像、行车状态(如刹车、超速和倒车等)录像、侦测录像和超过30 秒预录等。

  3、实现四路低码流远程传输,可以通过WI-FI 或GPRS 实现远程无线传输,实现远程监控。

  4、实现高速USB2.0 接口,提供USB 磁盘设备的录像、播放和快速备份。

  5、同时支持CF 卡和IDE 硬盘,实现可靠的停车自动备份功能,提高了可靠性和稳定性。

  6、实现报警事件和行车状态远程上传,实现远程监控和远程备份等网络功能,提供无线、实现双头显示输出,即同时支持两个独立的视频输出,如一路可以用来播放广告影片,一路可以用来观看现场和回放。

  DSP为从设备,主要实现四路最高1/2D1 的MPGE4 编码;一颗DSP 为主设备,主要完成网络传输编码、回放、播放广告影片、存储、控制、输出和网络传输等应用。具体实现见下图:

  其中,DSP 采用飞利浦电子公司推出的NexperiaTM 系列高清媒体处理器PNX1700。它在单芯片上集成了媒体处理、网络连接和显示增强功能,是专门为流媒体影片、新闻、数码照片及电视节目提供前所未有的画质而设计的。PNX1700 的性能是PNX1500 的两倍,同时保证了软件和硬件的兼容。采用PNX1700 的数字互联家庭设备包括IP机顶盒、数字媒体适配器、个人视频录像机、视频电线 的强大处理能力,理论上一颗PNX1700 可以完成8 路CIF 的MPEG4 编码;同时为了满足应用的需要、还提供了很多视频专用功能,比如视频滤波、De-interlace处理、高分辨显示输出、OSD 功能等,提供了网络和IDE 接口,还提供了2 路视频输入/输出接口。PNX1700 还具有PCI/XIO总线,提供了很好的扩充能力,如USB、WI-FI 等。

  由于主/从DSP 各有2 路视频输入,所以总共可以实现4 路视频输入,但需要通过PCI进行图像数据交换,才能实现4 路图像的现场显示和资源合理分配。也就是主DSP 采集完视频数据后必须通过DMA 写入从DSP 的内存,并通过中断告知从DSP;而从DSP 采集完视频数据后也必须通过中断通知主DSP 读取数据。这样就可以实现4 画面的现场显示和4路双码流MPEG4 编码设计,还可以减轻主DSP 的负担,使主DSP 可以有更多的资源来实现增值应用,如广告影片的播放,GPS行车定位和网络应用等。

  嵌入式操作系统,由于此操作系统是philips 提供的专用操作系统,有着成熟的大规模应用,在PNX1700 上有很好的表现,如实时性、稳定性和扩展性等都不比其他的商业嵌入式操作系统差。程序分两部分,一部分是从程序,比较简单,主要是4 路编码的实现;另一部分是主程序的设计,比较复杂,主要实现传输编码、文件存储管理、回放和控制等。

  图 3 是从程序的软件处理流程示意图,从图3 可以看出,从程序主要的工作就是实现视频和音频数据的编码,其中2 路的图像数据由主DSP 提供并通过PCI 中断告知。由于PNX1700 支持4 通道立体声采集,所以音频数据可以本地采集。当编码完成后,数据进行必要的缓冲处理并发送中断通知主DSP,主DSP 接收到中断请求后主动读取并经文件系统处理后完成存储。

  图 4 是主DSP 程序的视频流处理流程示意图,从图4 可以看出,主程序接收到视频采集完成中断后不但要进行现场显示,还要通过PCI 的DMA 写到从DSP 的内存,并发送中断通知从DSP;如果是需要显示从DSP 采集的图像数据,还需要处理从DSP 的中断请求,通过PCI 的DMA 读取缓存在从DSP 内存的图像数据,就可以实现任意单路或多画面合成的现场显示。如果需要双码流传输,则可以进行编码传输。

  图 5 是主DSP 程序录像数据存储和播放流程的示意图。对于非车载应用,录像数据经过文件系统处理后就可以直接存储到大容量硬盘。但由于车载环境存在强烈的震动,不但读写不可靠,还很容易损坏机械硬盘,所以本方案设计了一个独特的停车自动备份功能,也就是在行车过程中产生的录像数据通过专用文件系统临时保存在CF 卡中,当系统检测到停车状态时再唤醒硬盘并把CF 卡的录像数据转存到硬盘,这样硬盘就不需要复杂和昂贵的避震系统,不管多差的路况都不会损害硬盘,可以轻松和可靠地实现行车录像资料的长时间保存,并可以大大提高录像机的可靠性和稳定性,延长硬盘的使用寿命。录像资料可以通过网络和 USB 磁盘进行备份,还可以用刻录机刻录以便长期保存备查。

  如果配套一个远程网络监控中心,则可以通过GPRS 等无线网络进行远程监控,构建一个完备的移动设备监控网络系统。

  针对车载应用市场,车载数字录像机的增值应用有着非常巨大的应用空间,比如广告、影片、GPS 导航、GPRS 远程传输和行车记录(汽车黑匣子)等。本系统由于采用了双DSP设计,有比较丰富的接口资源和DSP 资源,也就为增值应用提供了足够的资源空间。特别是采用双输出设计,可以实现播放广告影片和预览/回放录像资料互不影响。

  车载硬盘录像机作为适合车辆的监控设备,随着社会认同度的增加和其功能的不断完善,它的适用范围将越来越广,作用将越来越大。不仅在长途大巴、公共汽车上将被广泛的应用,而且在火车、船舶、救护车、消防车、公安交警用车、物资运输车、旅行车、机关、学校、幼儿园等单位的接送专车上都有十分广泛的用途。