資料介紹
據(jù)媒體報(bào)道,我國(guó)由于后視鏡盲區(qū)造成的交通事故約占30%.而且,隨著“考駕照”熱不降溫的現(xiàn)象出現(xiàn),未來(lái)的汽車后視鏡盲區(qū)問(wèn)題更是不容小覷。數(shù)字社會(huì)的形成為數(shù)字化實(shí)時(shí)監(jiān)控提供了契機(jī),汽車后視場(chǎng)景的數(shù)字化實(shí)時(shí)監(jiān)控成為解決后視鏡盲區(qū)問(wèn)題的研究熱點(diǎn)。
目前,市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了一些數(shù)字化的汽車監(jiān)控系統(tǒng),常見的有分屏顯示的監(jiān)控系統(tǒng)、有縫拼接的監(jiān)控系統(tǒng)和第8代“衛(wèi)星”全景行車安全系統(tǒng)。分屏顯示的監(jiān)控系統(tǒng)只是對(duì)圖像進(jìn)行簡(jiǎn)單的分屏顯示,不能實(shí)時(shí)地將車輛周圍的景象顯示在屏幕上;有縫拼接的監(jiān)控系統(tǒng)不是將圖像簡(jiǎn)單地疊加,而是對(duì)圖像拼接處理,形成中間是車子,周圍是圖像的全景圖,缺點(diǎn)在于四個(gè)圖像拼接之處存在明顯的拼接縫;第8代“衛(wèi)星”全景行車安全系統(tǒng)采用超廣角攝像頭,它能夠更好地消除圖像拼接之處的拼接縫,形成汽車全景俯視圖。
Android系統(tǒng)具有平臺(tái)開放性,而且谷歌的“開放汽車聯(lián)盟(OAA)”致力于實(shí)現(xiàn)汽車與Android設(shè)備的無(wú)縫連接以及直接在汽車上內(nèi)置Android車載系統(tǒng);DM3730
集成了1GHz的ARM Cortex-A8核和800MHz的TMS320C64x+ DSP核,DSP在數(shù)字信號(hào)處理上具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì),更適合進(jìn)行圖像處理。因此,基于Android和DM3730設(shè)計(jì)的車載分布式視頻監(jiān)控系統(tǒng)有著廣闊的應(yīng)用前景。
車載分布式視頻監(jiān)控系統(tǒng)集成了Android平臺(tái)的開放性、ARM+DSP的高性能、以太網(wǎng)的可擴(kuò)展性和USB攝像頭的即插即用性,對(duì)實(shí)現(xiàn)汽車數(shù)字化實(shí)時(shí)監(jiān)控有研究意義和應(yīng)用價(jià)值。
1系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)
車載分布式視頻監(jiān)控系統(tǒng)由視頻采集模塊、視頻傳輸模塊、視頻拼接模塊和視頻顯示模塊四個(gè)模塊組成。圖1展示了系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì),圖2展示了系統(tǒng)各模塊之間的硬件接口。
圖1車載分布式視頻監(jiān)控系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)示意圖
圖2車載分布式視頻監(jiān)控系統(tǒng)硬件接口框圖
①視頻采集模塊:AM3715開發(fā)板通過(guò)USB-HOST接口外接USB攝像頭,通過(guò)Android操作系統(tǒng)的Java本地調(diào)用接口[3](JNI)和V4L2 (video 4 linux 2)視頻驅(qū)動(dòng)框架實(shí)時(shí)采集視頻并顯示。
?、谝曨l傳輸模塊:兩個(gè)(或多個(gè))AM3715和DM3730開發(fā)板之間通過(guò)以太網(wǎng)相連,利用RTP組播協(xié)議和自定義同步機(jī)制將USB攝像頭采集的圖像實(shí)時(shí)傳輸至DM3730開發(fā)板的ARM端。
?、垡曨l拼接模塊:DM3730開發(fā)板的ARM端運(yùn)行嵌入式Linux操作系統(tǒng)(或Android操作系統(tǒng)),通過(guò)TI Codec Engine模塊同時(shí)在ARM端和DSP端映射共享內(nèi)存,使得同步接收的兩幅(或多幅)圖像能夠被ARM和DSP同時(shí)訪問(wèn)。針對(duì)車載應(yīng)用擴(kuò)充嵌入式計(jì)算視覺(jué)庫(kù)(EMCV),并移植和優(yōu)化SURF開源項(xiàng)目OpenSURF,DSP端能夠?qū)崟r(shí)拼接兩幅(或多幅)圖像,最后將拼接結(jié)果由共享內(nèi)存返回ARM端。
?、芤曨l顯示模塊:視頻顯示是通過(guò)跨平臺(tái)多媒體庫(kù)SDL(Simple DirectMedia Layer)來(lái)完成的。其中,AM3715開發(fā)板顯示分離的USB攝像頭圖像,DM3730開發(fā)板顯示拼接完成的圖像。
2視頻采集傳輸和顯示
2.1 Android V4L2視頻采集模塊
V4L2從Linux 2.5.x版本的內(nèi)核開始出現(xiàn),為使能UVC驅(qū)動(dòng)和V4L2編程框架,首先需檢查Android內(nèi)核配置選項(xiàng),以生成視頻設(shè)備文件/dev/videoX(X表示次設(shè)備號(hào))。
利用V4L2進(jìn)行USB攝像頭視頻采集的流程[7]包括:(1)打開視頻設(shè)備文件;(2)檢查設(shè)備屬性;(3)設(shè)置視頻格式;(4)幀緩沖區(qū)管理;(5)循環(huán)采集視頻;(6)關(guān)閉視頻設(shè)備。
V4L2介于應(yīng)用程序和硬件設(shè)備之間,應(yīng)用程序可以通過(guò)三種方式訪問(wèn)內(nèi)核層的數(shù)據(jù):直接讀/寫方式、內(nèi)存映射方式和用戶指針?lè)绞?。直接讀/寫方式需要在用戶空間和內(nèi)核空間不斷拷貝數(shù)據(jù),效率低下;內(nèi)存映射方式把內(nèi)核地址映射到用戶地址空間,進(jìn)程可以直接讀寫內(nèi)存,避免了數(shù)據(jù)的拷貝,具有較高的效率;用戶指針?lè)绞降膬?nèi)存片段是由應(yīng)用程序自己分配的。
車載分布式視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用效率較高的內(nèi)存映射方式,系統(tǒng)調(diào)用mmap()能夠?qū)?nèi)核地址映射到用戶地址空間。
目前,市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了一些數(shù)字化的汽車監(jiān)控系統(tǒng),常見的有分屏顯示的監(jiān)控系統(tǒng)、有縫拼接的監(jiān)控系統(tǒng)和第8代“衛(wèi)星”全景行車安全系統(tǒng)。分屏顯示的監(jiān)控系統(tǒng)只是對(duì)圖像進(jìn)行簡(jiǎn)單的分屏顯示,不能實(shí)時(shí)地將車輛周圍的景象顯示在屏幕上;有縫拼接的監(jiān)控系統(tǒng)不是將圖像簡(jiǎn)單地疊加,而是對(duì)圖像拼接處理,形成中間是車子,周圍是圖像的全景圖,缺點(diǎn)在于四個(gè)圖像拼接之處存在明顯的拼接縫;第8代“衛(wèi)星”全景行車安全系統(tǒng)采用超廣角攝像頭,它能夠更好地消除圖像拼接之處的拼接縫,形成汽車全景俯視圖。
Android系統(tǒng)具有平臺(tái)開放性,而且谷歌的“開放汽車聯(lián)盟(OAA)”致力于實(shí)現(xiàn)汽車與Android設(shè)備的無(wú)縫連接以及直接在汽車上內(nèi)置Android車載系統(tǒng);DM3730
集成了1GHz的ARM Cortex-A8核和800MHz的TMS320C64x+ DSP核,DSP在數(shù)字信號(hào)處理上具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì),更適合進(jìn)行圖像處理。因此,基于Android和DM3730設(shè)計(jì)的車載分布式視頻監(jiān)控系統(tǒng)有著廣闊的應(yīng)用前景。
車載分布式視頻監(jiān)控系統(tǒng)集成了Android平臺(tái)的開放性、ARM+DSP的高性能、以太網(wǎng)的可擴(kuò)展性和USB攝像頭的即插即用性,對(duì)實(shí)現(xiàn)汽車數(shù)字化實(shí)時(shí)監(jiān)控有研究意義和應(yīng)用價(jià)值。
1系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)
車載分布式視頻監(jiān)控系統(tǒng)由視頻采集模塊、視頻傳輸模塊、視頻拼接模塊和視頻顯示模塊四個(gè)模塊組成。圖1展示了系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì),圖2展示了系統(tǒng)各模塊之間的硬件接口。
圖1車載分布式視頻監(jiān)控系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)示意圖
圖2車載分布式視頻監(jiān)控系統(tǒng)硬件接口框圖
①視頻采集模塊:AM3715開發(fā)板通過(guò)USB-HOST接口外接USB攝像頭,通過(guò)Android操作系統(tǒng)的Java本地調(diào)用接口[3](JNI)和V4L2 (video 4 linux 2)視頻驅(qū)動(dòng)框架實(shí)時(shí)采集視頻并顯示。
?、谝曨l傳輸模塊:兩個(gè)(或多個(gè))AM3715和DM3730開發(fā)板之間通過(guò)以太網(wǎng)相連,利用RTP組播協(xié)議和自定義同步機(jī)制將USB攝像頭采集的圖像實(shí)時(shí)傳輸至DM3730開發(fā)板的ARM端。
?、垡曨l拼接模塊:DM3730開發(fā)板的ARM端運(yùn)行嵌入式Linux操作系統(tǒng)(或Android操作系統(tǒng)),通過(guò)TI Codec Engine模塊同時(shí)在ARM端和DSP端映射共享內(nèi)存,使得同步接收的兩幅(或多幅)圖像能夠被ARM和DSP同時(shí)訪問(wèn)。針對(duì)車載應(yīng)用擴(kuò)充嵌入式計(jì)算視覺(jué)庫(kù)(EMCV),并移植和優(yōu)化SURF開源項(xiàng)目OpenSURF,DSP端能夠?qū)崟r(shí)拼接兩幅(或多幅)圖像,最后將拼接結(jié)果由共享內(nèi)存返回ARM端。
?、芤曨l顯示模塊:視頻顯示是通過(guò)跨平臺(tái)多媒體庫(kù)SDL(Simple DirectMedia Layer)來(lái)完成的。其中,AM3715開發(fā)板顯示分離的USB攝像頭圖像,DM3730開發(fā)板顯示拼接完成的圖像。
2視頻采集傳輸和顯示
2.1 Android V4L2視頻采集模塊
V4L2從Linux 2.5.x版本的內(nèi)核開始出現(xiàn),為使能UVC驅(qū)動(dòng)和V4L2編程框架,首先需檢查Android內(nèi)核配置選項(xiàng),以生成視頻設(shè)備文件/dev/videoX(X表示次設(shè)備號(hào))。
利用V4L2進(jìn)行USB攝像頭視頻采集的流程[7]包括:(1)打開視頻設(shè)備文件;(2)檢查設(shè)備屬性;(3)設(shè)置視頻格式;(4)幀緩沖區(qū)管理;(5)循環(huán)采集視頻;(6)關(guān)閉視頻設(shè)備。
V4L2介于應(yīng)用程序和硬件設(shè)備之間,應(yīng)用程序可以通過(guò)三種方式訪問(wèn)內(nèi)核層的數(shù)據(jù):直接讀/寫方式、內(nèi)存映射方式和用戶指針?lè)绞?。直接讀/寫方式需要在用戶空間和內(nèi)核空間不斷拷貝數(shù)據(jù),效率低下;內(nèi)存映射方式把內(nèi)核地址映射到用戶地址空間,進(jìn)程可以直接讀寫內(nèi)存,避免了數(shù)據(jù)的拷貝,具有較高的效率;用戶指針?lè)绞降膬?nèi)存片段是由應(yīng)用程序自己分配的。
車載分布式視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用效率較高的內(nèi)存映射方式,系統(tǒng)調(diào)用mmap()能夠?qū)?nèi)核地址映射到用戶地址空間。
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