引言

2020年中國民用汽車數量將飆升至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量也逐年增長。在處理交通事故時，執法人員無法了解整個事故發生前后狀況，供提取證據的事故現場一般被嚴重破壞，可能會導致一些誤判。而汽車一旦裝上本系統后，在處理交通事故的程序上，由于有錄像和數字證據，提高了執法的公平性和公證性。

本系統設計的汽車黑匣子實現了視頻取證，通過攝像頭采集事故發生前后車前的錄像，可以真實地再現事故發生的全過程。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，通過移動電話網絡把車內的語音傳輸到指定的接收中心，也可以通過GPS全球定位系統確定汽車的位置。

基于Sitsang開發平臺的開發環境

Sitsang開發平臺是一套完整的基于Intel XScale PXA255處理器的嵌入式開發平臺。Intel XScale PXA255處理器設計為高性能，低功耗和高度集成應用，例如：PDA，交換機，智能手機等。該平臺提供了諸多的接口供開發使用：

* 640×480分辨率的真彩液晶屏；

* 一個USB從口，兩個USB主口；

* 麥克風，線性輸入，耳機接口；

* I2C總線接口；

* 一個CF卡接口；

* 一個SD/MMC卡插槽；

* 全功能藍牙串口和標準串口。

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

我們采用了Linux操作系統，內核版本是Linux2.4.19，對內核增加了XScale PXA255的補丁和Sitsang開發平臺外圍擴展接口的驅動，例如USB主控芯片是Philips的ISP1161驅動。采用了QT/Embedded編寫圖形界面，QT/Embedded是一個C++的GUI開發工具包，提供了許多標準的QT API，讓我們可以基于這些API很方便快捷地開發出圖形界面。

系統的組成

該系統以Sitsang板為中心，擴展了三個攝像頭、一個無線通信模塊、一個GPS模塊、麥克風和緊急開關。

取證攝像頭負責視頻取證，監控攝像頭負責監視車內狀況，倒車攝像頭輔助車主觀察車后視覺死角，GPS模塊接收經緯度數據，無線通信模塊傳輸圖像和GPS數據，緊急開關在緊急情況下使用，麥克風用來留言。本系統充分發揮了XScale PXA255芯片的強大功能，實現了MPEG-4的編解碼和各個模塊間的數據通信等多項軟件功能，使Sitsang起到中心控制和協調作用。

系統的主要外圍設備如下：

* 無線寬帶網絡：我們選擇了新一代的無線寬帶網絡來傳輸數據。

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

* 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，滿足我們系統的需求。在Linux-2.4.19的內核中支持了大多數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板打好補丁的Linux內核也已經包含了Philips公司的ISP1161 USB主控制芯片的驅動。

系統主要功能

視頻取證功能

車輛自啟動時，便啟動車前的攝像頭采集數據，并在緩沖區內刷新保存最新的30s的視頻數據。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 行駛速度沒有發生較大變化時，此時，車主可以根據自身需要，手動選擇保存，黑匣子還會延續保存一段時間；自動保存，主要用于當車輛發生大的交通事故時，汽車翻轉或車體發生較大形變，觸發開關，系統會自動啟動視頻取證功能，保存最新的數據，并延續保存一段數據。由于Sitsang板上的資源有限，同時又要使資源利用最大化，本系統設計成最多可保存7段視頻證據，每段約2.5MB，共占用系統的存儲空間的17.5MB。

汽車防盜功能

允許車主通過短信的方式接收車輛當前的經緯度。一旦車主發現車輛被盜時，通過發短信的方式遠程控制車內黑匣子，啟動撥叫功能，用以監聽車內狀況；然后，繼續通過發送短信的方式將車主身邊計算機的IP地址發送給“黑匣子”，啟動“黑匣子”上網功能，主動與所接收的IP地址的計算機綁定，并且建立TCP/IP通道。“黑匣子”同時自動將切換到車內的攝像頭，開始傳遞GPS數據和攝像頭采集的圖像到遠程的計算機，遠程的服務器就會將接收到的數據自動定位到電子地圖，可以查看到車輛的具體位置、方向、車輛運行速度，并且，通過服務器的圖像接收程序，可以清楚的看到盜賊的外貌。

無線追蹤功能

此系統在駕駛座附近及后座設置三個隱藏的緊急開關。觸發緊急按鈕，黑匣子會自動先向預設的電話號碼打電話，隨后可以通過接收短信的方式繼續把GPS數據和車內的圖像通過無線網絡傳給預設的靜態IP，為事后的抓獲犯罪人提供了大量確切證據和有效信息。

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，同時可以顯示系統當前是否有留言。留言時，可以手動停止，也可以限時自動停止。限時留言的上限設為30秒。留言功能的實現讓汽車更加人性化。

車主身份認證

此項功能具有一定的防盜作用。系統開啟后，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、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，仍然沒有輸入正確的密碼，系統會自動發送短信到車主預設的手機號碼，進行短信提醒、報警。

硬件電路框圖

由于Sitsang板已經集成了所需的大部分接口，所以外圍的系統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設備。而且根據系統的要求，三個攝像頭不是同時工作，于是我們就自己設計了一套USB切換器。電路主要由Maxim公司的MAX4662模擬開關組成。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RS232的轉換器。

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

FTDI232BM芯片把從USB得到的信號轉換成標準的TTL電平，再經過一片MAX232的電平轉換芯片，把TTL電平轉換成RS232的電平。電路的原理框圖如圖 2所示。

圖2 USB to 232轉換器原理框圖

軟件設計

本系統應用軟件基于QT/Embedded編寫，具有良好的用戶界面。軟件主要分攝像頭模塊、無線通信模塊和GPS模塊等。其中無線傳輸的軟件模塊由客戶端和服務器端兩部分組成。客戶端程序以Linux操作系統為軟件平臺，使用arm-liunx-g++開發工具設計；服務器端程序以Windows XP操作系統為軟件平臺、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

視頻采集軟件設計的關鍵是如何從USB攝像頭讀取圖像數據。從攝像頭讀圖像數據程序的編寫主要是調用Video4Linux的API函數。Video4Linux（簡稱V4L），是Linux中關于視頻設備的內核驅動API。在Linux中，視頻設備是設備文件，可以像訪問普通文件一樣對其進行讀寫。其中，攝像頭的設備文件是/dev/video0。

Video4Linux下視頻編程的流程：

1. 打開視頻設備；

2. 讀取設備信息；

3. 更改設備當前設置；

4. 進行視頻采集，兩種方法： 內存映射，直接從設備讀取；

5. 對采集的視頻進行處理；

6. 關閉視頻設備。

由于視頻數據量較大，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據壓縮以滿足系統要求。

我們采用PC機上的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。這款軟件因為采用的是libavcodec算法，進行過特殊的優化，所以運行速度較快，移植到ARM平臺也具有較快的速度。經過努力，終于用arm－linux－gcc交叉編譯成功，移植到Sitsang平臺。

結語

整套系統總體實現了新一代汽車黑匣子的各項功能。當然，系統仍然需要進一步完善，比如：無線網絡傳輸速度差強人意，不過隨著3G時代的到來，2MB的帶寬將會很好解決這一問題，汽車黑匣子系統的前景將更為廣闊。

責任編輯：gt