視頻式汽車行駛記錄儀的製作方法

2023-06-05 10:54:56 2

專利名稱：：視頻式汽車行駛記錄儀的製作方法
技術領域：
：本實用新型涉及一種汽車行駛記錄系統，尤其涉及一種視頻式汽車行駛記錄儀。
背景技術：
：目前隨著我國的日益強大，人民的生活水平也有了顯著的增長。汽車已經不再是一件奢侈品，而是一種代步工具。伴隨著公路上的車輛日益增多，交通事故也越來越多，給人民和國家造成了巨大的損失。為了減少交通事故，以及能方便正確地處理交通事故，汽車行駛記錄儀顯得越來越重要。國外發達國家的這類產品已經得到了廣泛的普及。傳統的汽車行駛記錄儀主要完成汽車車速、時間和剎車情況的記錄和處理，所實現的主要功能有實時時鐘、日期及駕駛時間的採集、記錄、存儲；車輛行駛狀態、速度的測量、記錄、存儲；防止疲勞駕駛；數據通信等。下面以深圳市華寶電子科技有限公司的HB-R02標準型記錄儀為例作一說明。該記錄儀主要包括內核處理模塊、數據採集模塊、數據存儲模塊、人機互動模塊和系統接口模塊等。這些模塊之間通過數據總線和輸入/輸出接口連接到內核處理模塊的CPU上的，再通過軟體對它們進行調度工作。內核處理模塊主要由兩部分組成處理器CPU和相應的外圍電路。外圍電路對內與CPU相連，對外與各個功能模塊相連，在軟體的調度下，驅動各個功能模塊進行工作。而CPU則負責對工作過程中的數據進行處理工作。數據採集模塊主要由CAN總線模塊組成，通過直接與汽車上的CAN總線相連，可以方便地獲取汽車在行駛過程中的各種形式參數，比如車速、車門開關和剎車信息等。數據存儲模塊主要由系統的SDRAM(SynchronousDynamicRandomAccessMemory，同步動態隨機存取存儲器)、FLASH存儲器(FLASHmemory)和U盤組成。系統的SDRAM和FLASH用於存儲系統的程序以及採集的一些數據的臨時存儲。U盤用於存儲行駛記錄儀在行駛過程中的汽車的一些重要的特徵參數(比如車速和轉數等)以及駕駛員和汽車本身的一些信息。人機互動模塊由液晶顯示屏、按鍵、印表機(外設)等組成。液晶顯示器也可以在車輛行駛過程中顯示一些汽車的參數，如車速和行駛裡程等，還有顯示駕駛員的身份以及實時時間(年月日時分秒)。按鍵可以選擇查看駕駛員之前的一些行駛數據，也可以把一些行駛數據通過特定的按鍵接上通用串口印表機列印出來。系統接口模塊主要由串口和USB接口組成。串口用於數據的列印和對系統一些特定參數的設置。USB接口用於識別特定的U盤，進行對駕駛員的身份驗證以及存儲該駕駛員在行駛過程中的一些汽車參數和事故疑似點的環境信息。該系統僅僅是對汽車行駛過程中的疑似事故點的車速和急剎車信號進行了存儲，在現代的汽車視頻記錄儀除了具有上述功能外，還需要將車輛的信息和事故發生點附近的環境信息，以視頻和音頻的直觀方式記錄下來。這樣，視頻記錄儀既能將車輛四周的圖象記錄，用於駕駛員監視路面和周圍環境，又能將攝取到的數據進行記錄用於事故後進行調查取證。這將大大方便汽車駕駛員，減少交通事故，並為事故發生後調查處理提供準確可靠的真實依據。
發明內容本實用新型的目的在於為了克服傳統記錄儀只有簡單的數字記錄，不能準確清楚描述事故產生的原因等不足，提供一種改進的視頻式汽車行駛記錄儀。本實用新型設有內核處理模塊，內核處理模塊包括ARM處理器和DSP晶片雙核架構，DSP用於視頻採集、存儲和回放；ARM處理器用於液晶顯示、觸控螢幕查詢、數字/模擬信號採集和列印等，ARM處理器和DSP晶片通過HPI接口交換數據；數據採集模塊，數據採集模塊包括CAN總線模塊和音視頻採集模塊，用於通過加裝在汽車上的視頻攝像頭和車內的麥克風，採集行駛車輛的車頭、車內、車尾的視頻畫面和車內的音頻數據；數據存儲模塊，數據存儲模塊包括ARM子系統的存儲外設、DSP子系統的存儲外設和系統帶的CF卡，ARM子系統的存儲外設用於存儲ARM系統的Iinux內核和文件系統，以及人機互動系統的操作界面的程序代碼等，DSP子系統的存儲外設用於存儲DSP對音視頻採集的壓縮算法的存儲，系統帶的CF卡用於存儲事故疑似點的音視頻數據和車輛的行駛數據以及駕駛員和汽車本身的一些信息；人機互動模塊，人機互動模塊包括顯示屏、觸控螢幕、印表機(外設)等，觸控螢幕作為人機互動的輸入設備，顯示屏用於顯示行駛的年月日時分秒、駕駛員的身份、車輛行駛的車速、行駛裡程、車內溫度和行駛時間等各種汽車的參數，通過觸控螢幕的控制可以直接查看攝像頭的實時視頻，也可以同觸控螢幕查看以前的視頻和形式數據；系統接口模塊，系統接口模塊包括串口、網口和USB接口，串口用於更新系統的設置和印表機通訊，USB接口可以通過U盤，拷貝系統內存儲的所有音視頻數據，方便執法部門的取證調查。所述DSP子系統的存儲外設包括FLASH和SDRAM等。與現有的技術相比，本實用新型具有以下突出優點和技術效果1)視頻信息處理本實用新型採用H.264先進的視頻編碼壓縮算法，對Dl(720X576)序列，中等運動下，每分鐘基本能編碼25幀，所以對應於4CIF(360X288)序列能基本達到實時要求。由於本系統三路視頻採集到的視頻數據均為CIF序列，因此算法滿足系統實時編碼要求，其壓縮率受到視頻質量等級和視頻內物體運動量的影響為動態的，在80300倍之間。壓縮後的流媒體先暫放到SDRAM中，到達一定量或事故發生時，再一次性寫入CF卡中。另外，為了便於駕駛員通過顯示器實時地觀察車身的情況，便於行車、倒車、停車等。系統可以按駕駛員的要求直接將3路視頻中的某一路視頻送入顯示器實時播放出來，從而實現後視鏡等功能。2)音頻信息處理音頻信號被採集後，進行G.722編碼壓縮處理，該算法為ITU-T推薦的視頻會議音頻信號編碼/解碼標準，數據率為64Kb/S，採用16K採樣速率，音頻信號帶寬為7KHz。G.722是子帶自適應脈衝編碼調製協議(SUBBANDADPCM)，一般來說，32位的抽樣線形碼經過G.722壓縮後為8位，本實用新型採用G.722-48K模式，其解碼後的聲音效果相當於調頻收音機的音質。壓縮後的音頻數據暫放到SDRAM中，達到一定量或事故發生時，才保存到CF卡中。系統以統一的時鐘為準，使音視頻流達到同步。3)數據存儲本實用新型採用大容量CF卡保存數據。CF卡的優點是體積小、功耗低、速度快、適應性好。在本系統中，相關數據先存儲在SDRAM中，達到一定的量或事故觸發時，才將數據轉存到CF卡中。這樣減少了CF卡的讀寫次數，增加CF卡的使用壽命。4)系統自檢功能本實用新型在系統通電後，首先會逐一檢測系統的主要硬體部分是否正常工作，並且會把檢測的結果顯示在系統的顯示器上，讓用戶一目了然。5)駕駛員身份識別功能本實用新型在系統開啟以後，必須對駕駛員進行身份識另IJ，只有具有授權的駕駛員才能進入系統並駕駛車輛，否則無法進入系統也無法駕駛汽車。增強了汽車的防盜功能。6)行駛數據存儲功能本實用新型在汽車行駛的過程中會對汽車的行駛參數，如車速、行駛裡程、行駛時間等；車輛在行駛中的各種狀態信息，如剎車、鳴笛、雨刷、轉向燈等；汽車行駛的周圍和內部環境的音視頻數據進行有效的實時監測，以及進行相應的存儲。特別是在發生事故疑似點時，本記錄儀將以不大於0.2s的時間間隔持續記錄並存儲停車前20s實時時間對應的車輛行駛數值參數以及車輛制動狀態信號；並會記錄存儲事故疑似點前後30s的視頻和音頻數據。7)安全駕駛功能安全駕駛功能主要包含兩方面，分別是防止疲勞駕駛和防超速駕駛。當同一駕駛員不間斷連續駕駛超過3h，就被視為疲勞駕駛，此時並系統將發出語音警報提示駕駛員進行停車休息。當平均車速連續IOmin超過設定的車速限制後，系統將發出語音警報，提示速度過快，需減速慢行。8)斷電保護功能當本記錄儀斷電時，自動進入保護狀態，斷電前存儲的數據可保存3個月不丟失。9)數據輸出功能可以提供4種方式對存儲的數據進行輸出。第1種是直接通過系統的觸控螢幕人機互動軟體直接顯示在液晶顯示器上，可使駕駛員或者執法人員有方便快捷的查看車輛的行駛狀況。第2種是直接通過微型列印可直接把車輛的數字參數列印出來，這樣方便執法部門取證。第3種則是通過USB接口直接使用U盤拷貝。第4種則是在發生重大事故後，系統無法工作，可直接拔取系統內部的CF卡，直接通過電腦主機就能查看相應的數據。本實用新型提高了汽車的行駛安全性和防盜性能。同時，本記錄儀可以自動識別判斷疑似事故點，當有事故疑似點發生的，記錄事故疑似點前後一段時間的汽車行駛基本參數及其周圍環境的音視頻，為分析、判斷汽車駕駛狀態和處理交通事故提供可靠的科學依據。圖1為本實用新型實施例的組成框圖。圖2為本實用新型實施例的內核處理模塊中的ARM處理器的電路原理圖以及相應的存儲模塊的電路原理圖。圖3為本實用新型實施例的內核處理模塊中的DSP處理器的電路原理圖及相應的存儲模塊的電路原理圖。圖4為本實用新型實施例的內核處理模塊中的ARM處理器與DSP處理器通過HPI連接進行通訊的原理圖。圖5為視頻數據採集電路原理圖。圖6為音頻頻數據採集電路原理圖。圖7為本實用新型實施例的系統接口模塊的電路原理圖。具體實施方式以下結合附圖對本實用新型作進一步的描述。參見圖1，本實用新型實施例設有內核處理模塊1、數據採集模塊2、數據存儲模塊3、人機互動模塊4和系統接口模塊5。內核處理模塊1包括ARM9處理器(S3C2440A型)、DSP處理器(DM642型)和相應的外圍電路。數據採集模塊2主要由CAN總線模塊和音視頻採集模塊組成，CAN總線模塊負責採集汽車的2路模擬信號21和14路數位訊號22，音視頻採集模塊由視頻解碼晶片23、音頻解碼晶片24、攝像頭25和麥克風26組成。數據存儲模塊3主要由接在內核處理模塊上的SDRAM晶片31、FLASH晶片32和外接的CF存儲卡33組成。人機互動模塊4由觸控螢幕41、顯示器輸出42、微型印表機43、視頻輸出用的監視器44、語音輸出設備(如喇叭)45等功能模塊組成。系統的接口模塊5包括本系統主機上的串口51、網口52和USB接口53組成。圖2給出本實用新型實施例的內核處理模塊中的ARM處理器的電路原理圖以及相應的存儲模塊的電路原理圖。圖中共有3類晶片處理器晶片Ul、SDRAM晶片U2、flash晶片U3與U4。S3C2440內部主要包括以下部分地址線ADD、數據線DATA、片選信號ChipSelect、數模轉換線ADC、時鐘信號Clock、定時器Timer和數據通道DMA，這些信號線再與外圍電路連接，以實現整個功能。晶片U2、U3、U4主要由地址線ADDR[]、數據線DATA□、寫信號WE、復位信號RST、時鐘信號CLK組成。並與主晶片Ul按照圖示連接，實現對數據的讀寫等功能。圖3為本實用新型實施例的內核處理模塊中的DSP處理器的電路原理圖及相應的存儲模塊的電路原理圖。圖中包括處理器晶片U5、SDRAM晶片U2、flash晶片U6，控制處理器晶片U5主要包括以下部分地址線ADD、數據線DATA、片選信號ChipSelect、數模轉換線ADC、時鐘信號Clock、定時器Timer和外部中斷EXINT，這些信號線再與外圍電路連接，以實現整個功能。TMS320DM642-600A(U5B)主要是與U2的數據線ED和地址線EA相連。TMS320DM642-600A(U5A)主要引出JTAG接口、復位信號、外部中斷信號和時鐘信號。TMS320DM642-600A(U5G)控制編碼晶片的總線信號與U7相連(IIC_SEL)。U2.U6是與DSP處理器相連接的存儲模塊的存儲晶片。HY57V283220T(U2)作為SDRAM，存放程序和緩存數字視頻/音頻數據，DM642可以同時處理64位的數據，故而可以使得兩片4M*32位SDRAM同時工作。AM29LV033C(U6)作為FLASH，存放固化程序，以便進行ROM引導，實現程序自舉，由CPLD控制。SN74CBT3257(U7)四路視頻所用的編碼晶片TVP5150中的SCLO、SCL1、SDAO、SDAl以及X1226S中的SCLl、SDAl均需要U7的DM642的時鐘線SCL與數據線相連，使用U39可以利用流水線的時間間隔來選擇相連，控制則由IIC總線。圖4給出本實用新型實施例的內核處理模塊中的ARM處理器與DSP處理器通過HPI連接進行通訊的原理圖。圖4中主要分兩部分，一部分是主機部分也就是S3C2440部分，另一部分是從機部分，即DSP部分。HPI的工作原理，就是通過如下的連接方式，可以使得DSP部分的部分SDRAM相對於ARM處理器而言是可見的。也就是說ARM處理器可以直接控制DSP子系統中的部分SDRAM。進而可以實現ARM部分與DSP部分之間的數據的高速傳輸交互。Data[15:0]為16位的數據線。Addr2_Addr5為ARM的地址線通過多其寫0或者寫1，進而實現對hpi的控制。LnWE、LnOE為讀寫信號；LnGCS2為片選信號，選擇ARM處理器的映射存儲區；ENT17為外部中斷信號；nWAIT為等待信號。HCNTLO,HCNTLl為地址或控制信號線，兩個引腳確定主機訪問HPI的某個寄存器。HR/-W為讀/寫選通信號，主機讀HPI時為高，寫為低。HHWL為地址或控制信號線，半字區分信號，0代表傳輸的為第一個半字，1為第二個半字。HDS1、HDS2為狀態鎖存輔助信號與HCS—起鎖存各控制信號。HCS為地址或者控制信號線，片選信號。-HAS為地址選通信號或不用。這裡直接置為高位。-HINT與ENT17連接，HPI向主機中斷信號。HREADY與nWait信號連接，HPI數據讀寫準備就緒信號。圖5給出視頻數據採集電路原理圖。TVP5150_BPS(U19、U20、U21)作為視頻解碼晶片，由IIC總線上的SCLO,SDAO,SCLUSDAl控制四片晶片所對應的四路視頻通道工作，由二選一晶片SN74CBT3257(U39)選擇總線控制，其輸入為標準的PAL/NTSC複合視頻CVBS或分量視頻Y/C模擬視頻，輸出為標準的8位BT.656數字視頻數據流。本實用新型一共使用3路視頻採集，其原理相同，圖6中僅畫一路，用於示意。通過tvp5150_BPS模數轉換晶片把所採集的模擬視頻信號轉換為數位訊號再傳輸給DSP處理器進行處理壓縮等各種算法，最後再通過數模轉換電路重現視頻信號。本實用新型使用的是ARM+DSP雙核系統，所以系統中的ARM子系統和DSP子系統既相互獨立又相互聯繫。ARM子系統作為本系統的主機部分主要功能就是對整個系統的協調調配工作以及人機互動實現相應的操作命令。DSP子系統作為一個從機部分，主要負責對音視頻的採集和壓縮存儲這一重要功能。圖6給出音頻數據採集電路原理圖。音頻模塊工作原理，在系統中起到的功能結合管腳應用如下說明AP_BCLK為數字音頻接口時鐘信號(bit時鐘)，當AIC23為從模式時(通常情況)，該時鐘由DSP產生；AIC23為主模式時，該時鐘由AIC23產生；AP_LRCIN為數字音頻接口DAC方向的幀信號(I2S模式下word時鐘)；AP_LRC0UT為數字音頻接口ADC方向的幀信號；[0071]AP_DIN為數字音頻接口DAC方向的數據輸入；AP_D0UT為數字音頻接口ADC方向的數據輸出；SCLO和SDAO為DSP通過該部分配置AIC23的內部寄存器，每個word的前7bit為寄存器地址，後9bit為寄存器內容。用來接受DSP控制片選功能；AP0_LINEIN為左右聲道LINEIN輸入；AP0_LINE0UTL和AP0_LINE0UTL為左右聲道LINE0UT輸出；AP_MCLK為晶片時鐘輸入；AP0_VMID為半壓輸入，通常由為個IOU和一個0.IU電容並聯接地；MODE為晶片工作模式選擇，Master或者Slave；CS為片選信號(配置時低有效)；J3跳線可以控制LINE和MIC模式的選擇；圖7給出本實用新型實施例的系統接口模塊的電路原理圖。DM9000(UlO)為網絡接口的主晶片，通過晶片上的LnWE、LnOE讀寫信號對本系統進行數據交互，主要用於系統的文件更新等。MAX3232S0P(Ull)為R232串口晶片，RSTXD為只讀信號，RERXD為寫入信號。串口可以同步顯示系統的一些信息以及可以外接微型印表機列印相關數據。第三部分是USB主機接口，可以外接U盤等，通過軟體實現對U盤進行相應的文件操作。以下給出本實用新型實施例的系統工作流程。系統一旦通電啟動以後，就會按照本流程圖循環運行，直到汽車熄火停止本系統為止。當系統通電以後，首先執行系統的自檢功能，檢測整個系統的硬體設備是否能正常工作。自檢完成後就是進入本系統，本系統設置了身份識別功能，只有經授權的駕駛員使用ID卡才能進入本系統。進入本系統後，系統就開始正常工作，系統的工作是以ARM和DSP兩個子系統並行工作來實現的。DSP子系統在進入系統以後就開始採集音視頻數據，並以直通的方式顯示在顯示器上，當主機發出一個事故疑似點的中簡訊後，DSP作出響應，開始把疑似點前後幾十秒的時間存儲到CF卡上。ARM子系統在椅上電就開始工作了，系統自檢也是在ARM系統下實現的，經身份驗證進入系統主界面後，ARM子系統開始按0.2s的時間間隔採集汽車車速以及系統相應的行駛參數，並能在操作界面的顯示器上顯示平均車速、行駛裡程、行駛時間等一系列的行駛參數。並通過加速度傳感器等設備，自動識別判斷是否有事故疑似點發生，一點發現有事故疑似點，這一方面存儲車輛的行駛參數，一方面發送中斷信號給DSP使其存儲視頻信號。在作業系統中使用的是觸控螢幕，在屏幕中有設置相應的一些功能按鍵，是駕駛員可通過按鍵可對本系統進行一些簡單的操作。以實現數據回放，攝像頭轉換顯示，USB數據傳輸，數據打壓等功能要求。以上技術方案實現了一種高性能、高可靠性以及實用的新型汽車行駛記錄儀，特別是通過視頻存儲方式能有效地重建車輛行駛的環境信息，對於在汽車領域的使用有著廣闊的前景。本實用新型不僅具備傳統記錄儀功能，而且對汽車行駛過程中事故疑似點前後的音視頻數據進行記錄，為事後處理提供更可靠的真實依據。系統的視頻功能還可方便司機觀察路況，如雨霧天通過本系統獨有的去雨霧處理算法，可增加司機的能見範圍。本實用新型更加注重音視頻方面的功能。除採集一般的行車參數外，還記錄事故疑點前後，車前、車後、車內的多路視頻信息和音頻信息，由於可以回放事故前後的現場場景，在事故處理時比傳統記錄儀的記錄更有說服力和可信度。採用ARM9處理器+DSP處理器的雙核方式構建視頻記錄系統(ARMAdvancedRISCMachines,DSP=DigitalSignalProcessing數位訊號處理)。DSP處理器專注於視頻信息處理，ARM9處理器負責其他行車參數採集以及各種控制工作，兩個模塊各司其職並通過HPI(Host-PortInterface)主機接口相互通信。使用ARM嵌入式系統強大的擴展功能，在以後的產品中還可以選用gps(全球定位系統)，gprs(通用分組無線服務技術，GeneralPacketRadioService)，無線傳輸等模塊。主要器件的參考型號如表1所示。表1tableseeoriginaldocumentpage9權利要求視頻式汽車行駛記錄儀，其特徵在於設有內核處理模塊，內核處理模塊包括ARM處理器和DSP晶片雙核架構，DSP用於視頻採集、存儲和回放；ARM處理器用於液晶顯示、觸控螢幕查詢、數字/模擬信號採集和列印，ARM處理器和DSP晶片通過HPI接口交換數據；數據採集模塊，數據採集模塊包括CAN總線模塊和音視頻採集模塊，用於通過加裝在汽車上的視頻攝像頭和車內的麥克風，採集行駛車輛的車頭、車內、車尾的視頻畫面和車內的音頻數據；數據存儲模塊，數據存儲模塊包括ARM子系統的存儲外設、DSP子系統的存儲外設和系統帶的CF卡，ARM子系統的存儲外設用於存儲ARM系統的linux內核和文件系統，以及人機互動系統的操作界面的程序代碼，DSP子系統的存儲外設用於存儲DSP對音視頻採集的壓縮算法的存儲，系統帶的CF卡用於存儲事故疑似點的音視頻數據和車輛的行駛數據以及駕駛員和汽車本身的一些信息；人機互動模塊，人機互動模塊包括顯示屏、觸控螢幕、印表機，觸控螢幕作為人機互動的輸入設備，顯示屏用於顯示行駛的年月日時分秒、駕駛員的身份、車輛行駛的車速、行駛裡程、車內溫度和行駛時間；系統接口模塊，系統接口模塊包括串口、網口和USB接口，串口用於更新系統的設置和印表機通訊，USB接口通過U盤，拷貝系統內存儲的所有音視頻數據。2.如權利要求1所述的視頻式汽車行駛記錄儀，其特徵在於所述DSP子系統的存儲外設包括FLASH和SDRAM。專利摘要視頻式汽車行駛記錄儀，涉及一種汽車行駛記錄系統。提供一種改進的視頻式汽車行駛記錄儀。設有內核處理、數據採集、數據存儲、人機互動和系統接口模塊。內核處理模塊包括ARM處理器和DSP晶片雙核架構；數據採集模塊包括CAN總線模塊和音視頻採集模塊；數據存儲模塊包括ARM子系統的存儲外設、DSP子系統的存儲外設和系統帶的CF卡；人機互動模塊包括顯示屏、觸控螢幕、印表機；系統接口模塊包括串口、網口和USB接口。視頻信息處理對應於4CIF(360×288)序列能基本達到實時要求，可實現後視鏡等功能。音頻信息處理以統一的時鐘為準，使音視頻流達到同步。數據存儲的CF卡體積小、功耗低、速度快、適應性好、使用壽命長。文檔編號H04N7/18GK201576317SQ20092018190公開日2010年9月8日申請日期2009年12月24日優先權日2009年12月24日發明者丁興號,楊嘉祥申請人:廈門聯創微電子股份有限公司