（通信与信息系统专业论文）基于mg3500的车载dvr系统硬件设计.pdf

基于m g 3 5 0 0 的车载d v r 系统硬件设计 摘要 数字硬盘录像机( d v r ) 是集硬盘录像、智能回放检索等多种功能于一体的智 能数字监控录像系统。具有画面分割器、视频切换器、磁带录影机、控制器、远 程传输器的全部功能，可进行图像移动侦测、可通过解码器控制云台和镜头、可 通过网络传输图像和控制信号。录像、回放、网络传输、备份的功能互不影响。 随着人们安全意识的提高，市场对视频监控系统的需求逐步提高，对其功能和成 本等方面提出了新的需求。同时，基于专用多媒体处理芯片的视频编解码系统因 具有数据处理能力强、外围接口丰富、功耗低以及开发自由度大等诸多优点，在 日常生活、科学研究、军事、工业和医疗等许多领域也有着越来越广泛的应用。 本文在了解市面上的车载d t 设计的前提下，以参阅的大量文献为基础， 设计实现了片上系统m g 3 5 0 0s o c 为核心器件的车载d 己。描述了系统的总体 设计方案并详细阐述了系统硬件设计，p c b 设计以及系统调试内容。 论文首先介绍了课题的背景，分析了d v r 的发展现状，论述了其主要技术， 提出了课题任务。其次介绍了车载d 己的硬件总体设计，给出了系统的总体架 构框图和主要参数。并根据适应车载这一特定的环境的要求，论述了主机结构设 计方案。再次详细论述了车载d v r 的硬件电路设计，包括选用的芯片和电路设 计。讨论了m g 3 5 0 0 的主要特性、d d r 2s d m 蝴、m 心df i a s h 、音视频编解 码、其他外设以及电源的设计。接着论述了系统硬件电路的p c b 设计，包括信 号完整性的分析、数模信号混合设计等，并给出了系统调试的流程及相关注意事 项。最后对整个设计进行了总结，并对车载d 、瓜的发展趋势进行了展望。 关键字：车载d v r ；_ g 3 5 0 0s o c ；音视频编解码；硬件设计 h a r d w a r ed e sig no fv e hicie b o r nd v rb a s e do nm g 3 5 0 0 a b s t r a c t d i g i t a l d c 0r e c o r d e ri s 龃i n t e m g c n td i 百t a ls u e i l l 衄tv i d c 0s y s t e mt h a t i n t e 孕a t 路 h a r dd i s kv i d c 0 ， i n t e l l i g e n tr e p l a 咖g 如ds e 蛐g舳d0 t h e r m u l t i - f u n c t i s i th 弱p i c t u r ep a r t i t i 加，v i d 洲i t c h e r ，m a 印e t i c 卸e ，v i d c 0t 乏畔 r e 硎e r c o n t i d u e r 粗dr c m o t ct r 舡峪f e rf o ras y s t e m t h es y s t 锄i t s e l f 啪d e t e c tt h e p i 舳si f 也e y 盯em o v i n g i t n t r o l st h cc o n s o l e 舳d 跚e ml e 璐w i 也d e 0 0 d c r ， t r 加s f e 瑙t h ep i c t i l r c s 弛dc o n t r o l l i n gs i 印a l sw i t ht h cn c 似唧r k m o r e o v e r ，t h e f i l n 西s0 fv i d e 0 唧l a 灿岛t i 加s f ：e r r i n g 锄db a c k u pd on o ti n f l u 即c cw i t h c h o t h e lw 池t h ei m p r 0 v e m e n t0 fs a f c t ya w a r c n e 鼹，t h em a r k e td e m 觚d0 fv i d 鲫e i l l a n c cs y s t 锄sh 弱乎a d u a u yi m p 觏，c d s 0t h e r ew i ub cn e w 陀q u 慨e n t sf o r i t sf i l n c t i o na n dc o s t a tt h e 姗et i m e ，b t 慰m h a v i n gt h cm e r i t so fs 臼o n g 蛐一p i o c e s s i n g p a b i l i t y ，i n t e g 碑t e dp e r i p h e r a l s ，1 0 wp i 哪e rc 0 璐啪p t i o n 加ds 咖g n 懿i b i l i t y ，t h cv i d e 0c o d i n ga n dd c 0 0 d i i l gs y s t e mb 蹴d 叩p r o f c 豁i o n a lm u l t i m e d i a d e v i c ch 硒b e e nw i d e l ya p p u e di no u rd a i l yl i f c ，s c i e n t i 丘cr c s e a r c h m i l i t a i n d u s 臼啊 m e d i c i n e 锄dm 锄yo 血c r6 e l d s 1 1 1t h i st h e s i s ，am g 3 5 0 0 b 弱c ds y s t 锄- 0 n 捌pb o a r do ft h ed v ri sd e s i 蛐d 觚dr c a l 娩e d b 弱c d t h el l n d 粥t 蛆d i n go ft h ed e s i 萨o fv e h i c l ed 、瓜o nt h em a r k e t 陆s t l y t h es y s t 锄d e s i 印p r o 缈m s 批d e s c r i b e d n e n ，雠p r i n c i p l eo fs y s t e m ，p c b d e s i g n 龃dd e b u gt h e n t e n t so ft h es y s t e ma 聆p 枷c u l a d yp 佗s 衄伽 f i = 晤t l y t h et h 骼i s i n 臼o d u c c st h eb a 墩粤d m l do ft h cp r o j e c t 姐a l y s e st h e d e v e l o p m e n ts t a l eo fd v d i u 豁璐i t sk e yt e c h n o l o 昏豁，卸dp l d 】弦st h em i s s i o n o ft h c 跚b j e c t s e c o n d l y i n t r o d u c c st h e0 v c r a uh a r d w a r cd e s i 印o fv e h i d e b 0 忸d v r m o 嗍v e r ，t h e0 v e r a u 删t e c t l 鹏d i a 伊a m 龃dm a i np 啪c t e ra 他g i v e n t 删y ， d i s c i l s s e st h eh a r d w 批d 删i td e s 牺o fv e m d e 粕md v ri nd e t a i l ，i n d u m n gt h c c h o 妣0 f 出p s 锄dc i r 饥i td e s i 印d i s c i i s s 恤m a i n 缸帆潞0 fm g 3 5 0 0 ，d d r 2 s d r a m ，m 心巾f l a s h 粕d i o 觚dv i d c 0c o d e c 锄do t h e r 删p h e r a l s ，弱w e n 弱 p c l w c r 跚p p l yd c s i 印t h e nm s c i l s s e st h ep c bd e s i 驴o f h 抓1 w a 托c i i 饥i ti 1 1 c l u d i l 玛t h e 缸a l y s i so fs i 印a li n t e 伊a u t y 缸dd i g i t a l - 缸a l o gm i 】【c d - s i 弘a ld e s i 印a n dg i v 镐o u t t h eb 嬲i cp r o c e 鹞e sa n dt h er e l a t c di s 跚鹪o fh a r d w a d e b u g g i n g f i n a u y 驯- m m a r i z 骼 t h ed e s i 驴o ft h es y s t c m ，龃dd e s 酮b e st h ep e r s p e c t i v e0 ft l 把d e v e l 叩m e n to f v e l l i c l e b o md v r k e y _ b r d s ：v o h j c i n o r nd v r ：_ g 3 5 0 0s o c ：a u d i oa n dv e d i oc o d e c ： h a r d a r ed e s i 朋 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得( 注：如没有其他需要特别 声明的，本栏可空) 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：矶，i 召签字日期：加吵年月岁日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息 研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公 众提供信息服务。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：矾t1 奄 导师签字： 签字日期：砷年6 月1 日 鲁、尊汇 签字日期：v 一弋：年月眵日 基于粥3 5 0 0 的车载d v r 系统硬件设计 1 绪论 1 1 引言 d v r即d i g i t a lv i d e or e c o r d e r ( 也叫：p e r s o n a lv i d e or e c o r d e r 即 p v r ) 数字视频录像机或数字硬盘录像机，我们习惯上称为硬盘录像机。 它是一套进行图像存储处理的计算机系统，具有对图像语音进行长时间录 像、录音、远程监视和控制的功能，d v r 集合了录像机、画面分割器、云台镜头 控制、报警控制、网络传输等五种功能于一身，用一台设备就能取代模拟监控系 统一大堆设备的功能，而且在价格上也逐渐占有优势。 d v r 采用的是数字记录技术，在图像处理、图像储存、检索、备份、以及网 络传递、远程控制等方面也远远优于模拟监控设备，d v r 代表了电视监控系统的 发展方向，是目前市面上电视监控系统的首选产品。 1 2 课题背景 随着现代电子信息技术和我国汽车制造业的强劲增长，汽车已不再是简单的 交通工具，更成为现代科技的载体和结晶。随着中国经济的飞速发展和长途客运 的快速增长，道路交通事故呈上升趋势，尤其是频发的长途客运重、特大道路交 通事故，给国家和人民的生命财产带来巨大损失。 因此，d v r 在安防监控领域应用越来越广泛，传统的模拟录像技术已经逐渐 被数字录像技术取代，数字录像技术可以达到更好的图像质量和提供更大的存储 容量。目前d v r 已广泛应用到金融、文博、酒店、交通、商业、医院、工厂、学 校、住宅小区物业管理等各个领域。从目前趋势看，多媒体监控系统的应用领域 还在不断扩展。 d v r 不能仅仅是能看能录，还应该具备智能。还是从视频监控的两个基本功 能着手分析，一是实时监视，你不能指望监控人员紧盯枯燥乏味的屏幕去发现敌 情。因此需要d v r 去自动进行视频分析并报警，如入侵、移动、越界、逆向、人 脸识别、丢弃物、关键区域有人异常徘徊逗留等行为，这就是所谓的视频分析或 叫行为分析或叫机器视觉。二是录像资料，庞大的录像资料目前一般都是基于时 间段或报警器的报警事件去检索，如果不能提供时间段的话，那么在浩如烟海的 录像资料你几乎没法检索你所期望的信息，如果有了视频分析，就可能给我们提 基于粥3 5 0 0 的车载d v r 系统硬件设计 供一种基于视频内容的快速查找方法，使你很容易获得你想找的信息。至少在目 前主流的d v r 生产厂商中还没发现这种具备如此智能的d v r 【蚴。 1 3 数字硬盘录像系统的发展现状与关键技术 1 3 1 数字硬盘录像系统的发展现状 国内d v r 产品从2 0 0 0 年诞生到如今已经有9 年的时间，这9 年来就d v r 这 一产品来讲，它的发展可以说是跨越式的。从最初的非实时，独立音视频采集， 到实时音视频复合采集压缩；从肝e g l 的压缩方式到肝e g 4 再到h 2 6 4 的压缩方 式；从最初的2 0 g 硬盘的存储到现在最高3 2 t 的硬盘存储容量；从简单的录像 存储及查询功能，到现在集录像、查询、报警、控制、网络服务为一身的完善复 杂的功能。c p u 处理能力、硬盘存储技术、软件开发的能力以及用户需求的全面 提升促进了d v r 产品的跨越式发展。可以说，随着计算机技术及网络通讯技术的 发展，d v r 到今天已经进入了一个“后d v r 时代，在传统的基本功能已经具备 的基础上，d v s 功能已经在d v r 上扮演了极其重要的角色。几乎所有的安保项目 都需要d v r 设备提供强大的d v s 支持。从严格的意义上来说“后d v r 时代的产 品应该称之为d v r d v s ，也就是说，这种设备不但要具有强大的视频压缩录像、 存储、查询、控制等功能之外，还必须为后端的集成平台提供强大的网络服务支 持和各种远程网络控制的接口。 9 年的发展成就了d v r 的今日风光，然而，监控系统的发展特别是d v r 产品 的发展是瞬息万变的，不管d v r 未来会以哪一种形态的产品出现，“创新 始终 是d v r 生产企业立于不败之地的原动力和根本保证。“创新刀不是在现有产品上 的改进与提升，也不是漫无边际的概念炒作和脱离实际产品的夸大宣传。所谓创 新就是要使d v r 的产品全面超越现有产品形态、技术层次以及应用理念；一定是 具有超前的意识，并且能够看准行业发展的方向和趋势；同时创新又要能够紧贴 行业用户的需求，其产品要具有很强的实用性和稳定性，充分体现人性化概念。 因此，创新对于每个d v r 生产企业来说都是一件非常艰苦而持久的工作，而d v r 的创新往往比较容易来自于在行业中有多年深厚积累和沉淀企业，他们在充分了 解用户需求的前提下，在某些方面往往有创造性的思维【玉4 】。 2 基于粥3 5 0 0 的车载d v r 系统硬件设计 国内车载监控是一个新兴市场，这意味着其后续市场拥有巨大的发展空间， 很多城市近几年才意识到车载监控的重要性，但是目前车载监控也是一个良莠不 齐的市场，车载产品需要解决几个关键技术问题：高性能的嵌入式微处理器应用、 实时操作系统平台开发、硬盘存储保护技术开发、视频压缩与解码优化技术、图 像识别与动态检测技术和汽车控制技术系统的稳定性、车载设备的供电问题等。 1 3 2 数字硬盘录像系统的关键技术 数字硬盘录像系统就其技术背景而言，是计算机、微电子、网络通信、视频 处理和人工智能等各项技术不断发展和相互融合的结果，与数字硬盘录像系统相 关的主要技术有音视频压缩、存储、回放、动态检测以及画面分割技术【5 】。 ( 1 ) 音视频压缩技术 音视频压缩技术是数字化监控系统的核心技术。多路高质量的音视频的采 集、转换是系统数字化的第一步，高压缩比、实时的多路并行压缩技术是保障系 统信息存储、显示和网络传输的基础。视频压缩编码的理论基础是信息论。压缩 就是从时域、空域两方面去除冗余信息，即将可推知的确定信息去掉。在实际应 用中，编码方法的选择不但要考虑到压缩比、信噪比，还要考虑到算法的复杂性。 太复杂的编码算法可能会产生较高的压缩比，但也会带来较大的计算开销，软件 实现时会影响通信的实时性。目前尚无关于监控产品和系统的国际标准，采用的 压缩方式多种多样，归纳起来影响较大并且被广泛应用的算法主要有m j p e g 标 准、h 2 6 x 标准、肝e g _ x 标准和小波变换的压缩方式。 ( 2 ) 音视频回放技术 数字硬盘录像系统需要同时监视和回放多路视频信号，实现多路视频的实时 接收、解码、显示以及回放。回放的过程中为了避免出现丢帧、抖动、马赛克等 现象，多路视频的质量保证是其关键问题，目前一般将其作为多媒体系统的质量 服务系统模型的一部分来加以考虑，针对回放所涉及的系统资源，通过对c p u 时 间、主存、设备等资源的管理及其q 0 s ( c i l a n t yo fs c i c c ) 控制等多方面来保证 回放的性能优化技术。 ( 3 ) 音视频存储技术 在数字硬盘录像系统中，视频数据的存储可分为事件驱动和连续存储两大 类。前者是在监控对象状态发生变化时存储数据，如出现违章车辆时进行录像， 3 基于3 5 0 0 的车载d v r 系统硬件设计 后者是在指定时间内不间断地存储视频数据，如上班期间储蓄所对柜员机的监 控。在监控过程中通常是多路视频数据采集、存储同时进行，最后获得的数据量 十分庞大。视频存储的最终目的是为了信息的检索和查询，因此存储时需要考虑 建立有效的索引与查询机制。 ( 4 ) 画面动态检测技术 数字硬盘录像系统中的动态检测是指当监控场景背景不变而前景发生变化 时，系统能够检测出这一变化，并做出反应。实际应用的监控场景比较复杂，无 论是室内监控还是室外监控，经常会出现背景本身不稳定的问题，从而使得如何 区分“背景引起的异常( 无需报警) 一和“真正的异常( 需要报警) 很困难，导致 了运动图像检测误报率较高，同时运动检测分析将占用大量的系统资源( c p u 处 理器资源、内存资源等) ，这会影响到监控系统的整体性能和稳定性，为此在保 证运动检测质量的前提下，需要研究如何提高运动检测的速度，以满足监控系统 多路实时运动检测的要求。目前广泛应用的运动检测算法有以下几类：基于光流 法，基于相邻帧差法和基于背景减法。 ( 5 ) 画面分割技术 画面分割技术是指对输入的多路视频信号进行重新组合形成一路视频信号。 组合原理是各路视频信号各自经过模数转换后分别在水平和垂直方向上按不同 的比率压缩取样、存储，而后各样点在同一个时钟驱动下顺序读出，经过数模 转换后即可形成多路画面合成1 路的输出信号。通过画面分割之后，多路实时信 号可以显示在一个监视器画面上【6 j 。 1 4 课题研究的内容和论文安排 本文主要围绕嵌入式数字硬盘录像系统的开发进行，在对硬盘录像系统的功 能进行了深入的分析上，提出了一种切实可行的系统设计方案。详细讨论了车载 d v r 系统的设计与实现。 本文的章节具体安排如下： 第二章描述了嵌入式数字硬盘录像系统要实现的功能和主要参数，给出系统 总体框图，讨论了系统的各硬件设计模块的主要实现的功能及结构设计。 第三章详细的讨论系统的硬件设计，包括d d r 2s d r a m 、m 心df l a s h 、 音视频编解码、其他外设以及电源的设计等。 4 基于粥3 5 0 0 的车载d v r 系统硬件设计 第四章讨论了高速p c b 设计中的设计问题，并归纳了p c b 设计的一般原则， 详细给出了系统的部分模块的p c b 设计，总结了本次设计的相关经验。 第五章对全文工作进行总结，并对车载d v r 的发展提出展望。 1 5 本章小结 本章主要介绍了课题的研究背景和数字硬盘录像系统的发展现状及关键技 术，提出了本课题的的研究内容及论文安排。 5 基于粥3 5 0 0 的车载d v r 系统硬件设计 2d v r 系统总体硬件方案设计 2 1 设计目标 系统功能需求分析【7 】 1 ) 录放像功能： 信息记录：可以在文件中记录车牌号码、通道信息、时间信息、g p s 信息， 并可以记录显示在视频中，直观明了。视频文件有水印功能，可以防止篡改，使 文件更加具有真实性、有效性； 多工操作：在每路实现独立全实时录像的同时可实现单路回放检索、网络监 视、录像查询； 多种录像模式：开机自动录像，定时开关机自动录像，信号自动切换录像， 手动录像，定时录像； 录像回放：精确进行录像查询及回放，精度达到分钟级。可以显示事件发生 的准确时间，根据需要可实现倒放功能； 多种回放模式：较快( 2 ) 、更快( 4 ) 、极快( 关键帧) 三种快放倒放 模式，较慢( 1 2 ) 、更慢( 1 4 ) 、单帧播放三种慢放模式，以及暂停播放控 制： 录像备份：可以通过u s b2 0 接口向移动存储设备中进行备份，也可通过网 络接口与其他网络设备连接进行备份，同时用户可以通过插拔更换硬盘的方式来 实现更加快速便捷的数据备份； 2 ) 定时开关机和关机延迟录像功能： 产品可以设置为由车钥匙点火开关启动产品录像，使车辆一启动就进入录像 状态，也可以设置为延时关机，在车辆熄火后录制指定时间的视频录像； 3 ) 实时监控功能： 产品具备2 路模拟视频输出接口，可通过监视器或显示器实现监视功能，具 备单画面四画面监视功能，且切换便捷： 4 ) 报警联动功能： 产品具备多路外部电压报警输入，并具备视频丢失报警、动态监测报警功能， 并实现录像跟报警的联动； 5 ) 云镜控制功能： 6 基于粥3 5 0 0 的车载d v r 系统硬件设计 支持通过r s 2 3 2 通讯的云台解码器，可扩展多种解码协议，实现云台和摄 像机控制功能。监控中心可以通过无线通讯模块实现远程控制云台和摄像头； 6 ) 远程监控功能： 产品还可内置扩展集成无线通讯模块和g p s 定位模块，以实现车载终端的 定位和与监控中心的信息交互工作；监控中心可以远程获知公交车的行进路线情 况，考察其是否依照规定路线行进； 7 ) 影音播放功能： 支持多种影音文件格式，进行多媒体公告的影音播放； 现在生产车载d v r 的厂家主要有深圳景阳、浙江大华、杭州海康威视等， 这几家公司的产品比较成熟，他们中大多数采用m 胁p r o c e 啪r + d s p 方案，功能 较多，可扩展性比较强，但也存在或多或少的缺点，如硬盘减震不是很好，功能 比较单一，车载电源设计比较简单等。 本设计目的在于设计出一款能够功能强大，符合市场需求的车载d t 。由 于以上几种产品的基本采用慨p r o c c s s o r + d s p 方案，成本较高，有的实现 m p e g4 编码，而本设计在要求功能多、硬盘减震好、电源设计稳定的前提下， 尽量减少成本投入，实现四路d 1 输出，并实现h 2 “编码，因此选用m 0 b i l y g e n 公司新出品的片上系统m g 3 5 0 0 ，由于它内部集成了嵌入式删9 处理器，而 且接口丰富、功能强大，能够支持新一代视频编码标准h 2 6 4 【删，完全满足车载 d 己的产品需求。 它内部集成了一个嵌入式删9 处理器、m 帅n o r 闪存、 s d i s d i o m m a c e 姚接口、一个1 0 1 0 0 1 0 0 0 m 以太网的m a c 和一个u s b2 0 o t g 端口，还集成了基于可靠的互联网的麟h a 加密算法、i ，a r t 、脚、 串行控制和通用。2 4 0 m h za r m 9 处理器包含d s p 扩展和各1 6 k b 的指令高 速缓存、数据缓存和暂存存储器。 m g b 5 0 0s o c 支持h 2 6 4 的基本档次、主要档次和高达4 1 级的高画质。在 主要档次和高画质中的宏模块自适应场帧( m m 世日编码允许隔行素材每比特最 高质量。它还支持集成电路设备( d e ) 和紧凑式闪存( 咖a c tn 弱h ) 【8 ，1 0 ，1 1 1 。 2 2 设计原则 1 ) 电源模块： 7 基于蜘3 5 0 0 的车载d v r 系统硬件设计 电源采用外置模块； 电源采用一路1 2 v 输出给摄像机供电，一路5 v 给主机供电； 正常工作电压：8 3 6 v ； 过压保护特性：当车载机过压范围处于3 7 v 1 0 0 v 之间时，电源保护电路 可自动关闭，保证电源芯片以及其他负载电路不受破坏； 2 ) 通信模块： g p r s 通信模块采用外置模块，通过r s 一2 3 2 接口通信； t 眦d m a 通信模块采用外置模块，通过u s b 接口通信； 通讯模块采用线性稳压电源( u ) o ) 进行供电，电源纹波不超过2 0 0 m v ； 预留一个内扩载板的接口：含1 个i ，a r t ，1 个u s bh o s t 必要时可以内扩 通信载板； 3 ) 音视频部分： 音视频信号经过r 、，s 管保护； 音视频部分地线、铺铜地，单点接入电源输入地； 音视频部分远离干扰源，相互不交叉； 硬盘： 硬盘采用s j 虹a 接口，支持热插拔； 硬盘采用抽拉式安装方式，方便数据备份； 硬盘可以通过机械结构锁定，使用时通过钥匙打开； 硬盘减震采用钢丝减震； 音视频数据每1 5 秒写一次硬盘，减少硬盘操作次数，降低故障率； 她接口由低成本的u s b 转s 觚八桥芯片完成； 4 ) 对外输出接口设计要求： 1 路r s 4 8 5 接口； 1 路r s 2 3 2 接口，1 路r s 2 3 2 调试口； 2 路u s bh o s t 接口； 1 路e m 咖e t 接口； 1 路c a n 接口； 4 路视频输入，4 路音频输入，1 路视频输出，l 路音频输出； 8 基于3 5 0 0 的车载d v r 系统硬件设计 4 路报警输入，2 路报警输出； 4 路开关量检测，1 路脉冲量检测； 由于m g 3 5 0 0g p i o 数量的限制，报警量和c a n 总线接口由一片凹c 2 1 0 9 实现； 5 ) 主机结构设计要求： 主机结构采用1 d 标准结构； 主机壳的侧面挡板密封性能好； 硬盘盒尽可能采用方便硬盘安装的结构； 前面板结构：状态指示，硬盘盒，l u 4 5 + 双u s b 接口，红外遥控接口； 后面板结构：电源输入、音视频输入输出、报警开关量、4 8 5 总线、q 蝌总 线； 受后面板空间限制，音视频接口采用m o l e x 2 嘶m 插件。b n c 插头通过m o l 甑 插件引出，使得设备简洁： 报警输入输出、开关量脉冲量采集，a n 总线、r s 4 2 2 总线、2 路r s 2 3 2 ； 采用m o l c x 插件；( 针数：2 6 ) 电源采用单独插件； 硬盘盒跟主板之间通过线缆连接； s 卡座( 预留) 、s d 卡放到硬盘盒中，方便插拔； 2 3 硬件系统总体框架 2 3 1 硬件功能模块 硬件功能模块描述如表2 1 表2 1 硬件功能模块描述 功能模块主要功能备注 长期过压、过流保护； 电源板模块共模、差模干扰滤波；输出1 2 v 、5 v 输出1 2 v 、5 v 电压信号： 9 基于瞒3 5 0 0 的车载d v r 系统硬件设计 内含线性电源电路， c p u ，s d r a m ，复位电路，f l 峪h 存储模块，即g a 逻辑电路，音视 u s b 通过u s bh 1 旧扩展； 频输入输出，串口扩展电路展电 主板模块设备状态指示、报警输入输出、开 路，外围r s 2 3 2 ，r s 4 2 2 ，u s b 、1 关量检测、q 悄由一片删7 完成。 路鼬e m c t 、开关量信号检测和输 出控制电路、报警量输入输出，工 作状态指示。 硬盘及其减震； 硬盘盒s d 卡：数据线加1 - 、，s 保护 s 蹦卡预留： 2 3 2 硬件单板功能及特性描述 电源板设计方案： 板内电源见下图： 卜 u m l l1 7 3 3 v 一 卜、 u m l l l 7 3 3 v 卜卜、 j 卜 5 v 电源输入滤波 u m l ll ”，vu 1 11 7 - 3 3 v v 。 ， 1 卜 l m l l1 7 - 3 3 v 卜 l m l l1 7 3 3 v f 们t w 2 8 6 4 血d m g 3 5 主板设计方案： 主板设计方案如图2 2 ： 图2 1 板内电源 1 0 基于粥3 5 0 0 的车载d v r 系统硬件设计 图2 2 系统总体框图 上图为车载d t 的主板模块功能方框图，内含线性电源电路、c p u 、 s d 洲、复位电路、兀a s h 存储模块及f p g a 逻辑电科1 2 1 。 变换1 w 2 8 6 4 非标1 2 s 为标准的1 2 s ，提供1 路i ：2 s 作为网络对讲，将数据 流跟音频输入合并输入到m g 3 5 0 0 ，音视频输入输出，音视频编码采用1 w 2 8 6 4 、 音频解码采用硎y 2 8 6 4 、视频解码采用a d 、3 9 3 ，串口扩展电路，外围r s 2 3 2 ， r s 4 2 2 ，u s b 、1 路e t h e m e t 、开关量信号检测和输出控制电路、报警量输入输 出，工作状态指示。u s b 通过u s bh i j b 扩展，设备状态指示、报警输入输出、 开关量检测、q 蝌由一片删7 完成。 车载d t 将四路模拟车辆音、视频信号经专用a d 转换为b t 6 5 6 格式的 数字信号，处理器将数据压缩为h 2 6 4 格式的数据，并存储于硬盘上，具有快速 方便的查询回放模式，具有高速u s b 2 0 接口，宽带网络接口，方便数据备份。 同时结合车载行业的特殊性可拓展其他比如影视播放、汽车黑匣子等功能。 车载d 豫硬件功能方框图由以下几部分组成：电源板模块、音视频编码模 块、音视频解码模块、数据存储模块、对外接口模块、i o 采集模块。 电源板模块：主要功能是为系统提供可靠的、稳定的电源，提供过压、过流 保护：共模、差模干扰滤波等；输出1 2 v 、5 v 电压信号。 基于粥3 5 0 0 的车载d v r 系统硬件设计 音视频编码模块：该部分是本系统的重点，4 路音频、4 路视频编码由一片 t w 2 8 “完成，由于m g 3 5 0 0 视频捕获口数量上的限制，从t w 2 8 6 4 输出的4 路2 7 mh z 的b t 6 5 6 格式的视频流经与即g 擒相连的d d m m j 蝴缓存后，变为 2 路5 4 m h z 的视频流输入到m g b 5 0 0 的视频捕获口，由m g 8 5 0 0 处理。1 w 2 8 6 4 将输入的4 路模拟音频信号变为数字信号后，经1 路1 2 s 口输入到m g 3 5 0 0 处理。 音视频解码模块：该部分实现图像的实时预览和图像回访功能。视频解码芯 片将c p u 输出的数字信号，转换能够远传的模拟视频信号。 数据存储模块：该部分主要包含硬盘和s d 卡两部分，实现音视频数据的本 地存储，重要的比如报警数据实现硬盘和s d 卡的双备份。同时s d 卡还可以作 为程序更新、日志存储、数据读取等功能。 对外接口模块：对外接口部分主要包括u s b 2 0h i g h s p c e d 、e t l l e m e t 、r s 4 8 5 、 r s 2 3 2 等。其中u s b 实现数据的转存、鼠标、其他的u s b 设备等；e t h c m e t 接 口实现数据的网络备份、网络参数设置、视频网络预览等功能；r s 4 8 5 可用于外 接云台；r s 2 3 2 接口可外接g p r s c d m a 等模块，同样也可以接其他r s 2 3 2 设 备。 i o 采集控制模块：实现报警量的采集，对外报警量的输出，车辆状态采集， 以及设备状态指示等功能。 功能模块的设计方案： 表2 系统功能方块设计方案 功能模块设计方案 备注 1 c p u 及总线驱动单元 2 n a n df i 峪h 系统 3 d d r 2 洲系统 4 复位及看门狗管理系统 c p u 控制电路单元 该部分为最小系统 5 u s bo t g 6 e t h c m c t 7 数据和地址总线，i o 口，片选、中断 等控制信号 1 将四路视频通过提高帧频变为2 路输 入到m g 3 5 视频捕获口 2 变换t w 2 8 翻非标1 2 s 为标准的1 2 s f p g a 3 提供1 路1 2 s 作为网络对讲，将数据 流跟音频输入合并输入到m g 3 5 0 0 1 2 基于惦3 5 0 0 的车载d v r 系统硬件设计 1 音视频编码采用t w 2 8 “ 音视频编解码2 音频解码采用嗍6 4 小2 8 6 4 ：4 路视频编码，4 3 视频解码采用a d v 7 3 9 3 路音频编码，l 路音频解码 板子共需要4 个u s b ： 1 数据备份 2 鼠标u s b 的速度是这一部分的 3 3 g 模块 瓶颈，m o b i l y g c n 公司不支 u s b 4 u s b 转& 虹a 桥持用户用扩展芯片扩展 5 由于m g 3 5 0 0 片上只带一个u s b 2 0 u s b 口，推荐用户使用u s b o t g ，同时m 0 b i l y g e n 目前不鼓励客户 h u b 用总线扩展u s b 外设，采用u s b h u b 作为u s b 端口扩展 板子共需要6 个u a i u ： 1 1 i n 呱n l e ，对外预留串口，与 l j p c 2 1 凹通信用m g 3 5 片上白带串 u a r r口 2 g p sg p r s 云台控制采用1 6 c 5 5 4 扩 展 3 4 2 2 接口芯片采用m a x 3 4 9 1 1 c a n 接口芯片采用带。蛾接口的由于s p i 口被占用，同时 删7 蚴1 ，如果2 路可以采用m g 3 5 的g p l o 数量不够， c a n i j p c 2 1 1 9 ( 2 1 0 9 管脚兼容)将报警、车辆状态采集、 2 c a n 数据通过高速光藕隔离c a n 由一片删7 完成 1 4 路报警输入 报警输入出、车辆状2 2 路继电器输出 态采集状态指示3 4 路开关量采集，1 路脉冲量采集 4 所有信号经过隔离 m g 3 5 d e 接口只能支持 眺硬盘接口采用u s b 转s 队桥芯片o s u 9 3 1 s1 2 8 g 硬盘，只能采用u s b 转s 觚a 桥芯片 1 1 路网口 2 2 路u s b 3 1 路c a n 总线 4 1 路4 8 5 总线 5 2 个串口( 1 个外扩，1 个c o n s o l e ) 对外接口 6 4 路视频输入，1 路视频输出 7 4 路音频输入，l 路对讲输入，1 路音 频输出 8 4 路报警输入，2 路输出 9 8 路开关量输入，1 路开关量输出 2 4 主机结构设计方案 主机结构设计如图2 3 ： 基于粥3 5 0 0 的车载d ，l l 系统硬件设计 图2 3 主机结构框图 由于u s b 和网口为常用接口将其放到前面板，整个前面板示意图如下： 图2 4 主机前面板 后面板：电源输入、报警输入输出、开关量输入、音视频输入等都是通过后 面板出线，其中音视频输入输出通过一个m o l e x 插件，电源、报警量、开关量、 q 气n 、r s 4 2 2 使用一个m o l e x 。另外1 路4 5 和u s b 、2 个i i a r t 也在后面引 出。整个后面板出线方式如下： 1 4 基于粥3 5 0 0 的车载d v r 系统硬件设计 图2 5 主机后面板 2 5 关键技术和难点及主要参数 2 5 1 关键技术和难点 1 f p g a 视频和音频转换； 2 视频编解码技术： 3 可靠车载电源技术； 2 5 2 主要参数 表2 3 主要参数 输入资源4 路b n c 视频输入 c i f ( p a l ：3 5 2 2 8 8n t s cl3 6 0 2 4 0 ) ，d 1 d 画面质 分辨率 量 视频输入图像质量6 级可调4 0 - 4 6 0 兆字节小时 帧率 p a l ：卜2 5 帧秒可调，n t s c ：卜3 0 帧秒可调 输入阻抗 7 5q 视频 输入信号 1 0 v p _ p 输出方式2 路b n c 视频输出( p a l n t s c1 0 v p - p ，7 5 a ) 码流类型自适应双码流，分辨率为d 1 视频输出 输出阻抗 7 5q 输出信号 1 0 v p p 视频编解码方式 h 2 6 4 音频输入资源4 路蹦c 音频输入输入信号 2 0 0 2 8 0 0 m v 输入阻抗 2 0 k q 输出资源2 路b n c 输出阻抗 1 k q 音频输出 输出信号 2 0 0 2 8 0 0 皿 音频输出信噪比 7 5 d b 音频采样方式采样频率 8 l m z 采样位数1 6 位 基于粥3 5 0 0 的车载d v r 系统硬件设计 音频编解码方式 p c l i ，5 6 2 5 兆字节小时 每路在全实时录像的同时可实现网络实时监视、回放、预 览、资料查询、设置参数、网络传输等 单画面、四画面，切换方便、灵活 显示模式支持水印技术实现如车牌号、时间、特殊标识、g p s 经纬 度信息等的叠加 预览画面可设置自动切换 录放 录像音频采样方式 支持水印技术实现如车牌号、时间、特殊标识、g p s 经纬 像录像 度信息等的叠加 录像音频采样方式 较快( 心) 、更快( “) 、极快( 关键帧) 三种快放模式， 较慢( x 1 2 ) 、更慢( x 1 4 ) 、单帧播放三种慢放模式，以 放像及暂停播放控制，倒放功能 可按通道号、时间、报警事件进行快速检索 录像回放水平清晰度为2 4 0 电视线 存储 存储内置1 个2 5 硬盘可移动抽取式设计 与备 文件存储方式可设置1 0 1 5 2 0 3 0 6 0 分钟产生一个录像文件 高速u s b2 0 设备进行录像文件转存和备份 份各份 通过网络在远程计算机上进行备份 4 路 各通道独立支持常开、常闭探头 视频信号丢失自动报警 报警输入 报警录像自动弹出报警端口画面 事件报警联动输出端口( 可复选) ，发生报警时可联动相应报 报警警输出设备 可手动设置多个报警区域 多级灵敏度可调( 卜6 ) 动态侦测 报警录像延时( 1 0 0 _ 3 0 0 秒) 报警录像自动弹出报警端口画面 串行口r s 一2 3 2 网络口1 叫l o 伽自适应以太网端口，i u 一4 5 接口 u s b 口u s b 2 0 g p s 接口删队数据格式 操作系统嵌入式操作系统 遥控器按键操作，外接键盘，支持鼠标 界面 全菜单( 0 s d ) 图形用户界面 安全 二级用户操作权限管理 系统三级口令加密、数据加密 通讯方式可内置扩展集成无线通讯模块 内置硬时钟，万年历 时钟 详细的系统日志记录功能，可以记录系统的开关机、报警、 网络、操作等各种信息 1 6 基于m g 3 5 0 0 的车载d v r 系统硬件设计 额定电压+ 1 2 v + 2 4 v 电气功率 = 1 0 w ( 不含硬盘) 指标可设置定时开机，定时关机 开关机 可由汽车点火信号控制开机及延时关机 机械 机箱 无风扇散热设计 减震机箱、硬盘、软件三级减震设计 指标 冲击和震动8 小时 频率o 1 0 伽z ，幅度1 0 毫米 环境工作温度0 6 0 ( 普通硬盘) 指标湿度 1 0 9 5 2 6 本章小结 本章系统介绍了车载d v r 系统的硬件方案设计，首先从系统功能需求、产 品特点分析，给出了硬件总体方框图，然后详细描述了其功能模块的设计要求和 主机结构设计，最后列举了本次设计的关键技术与难点和主要参数。 1 7 基于m g 3 5 0 0 的车载d 1 ，l l 系统硬件设计 3d v r 系统原理硬件及设计 3 1 片上系统_ g 3 5 0 0 m g 3 5 0 0s o c 是m o b i l y g e n 公司新推出h 2 6 4 高清编解码器片上系统。它能 够处理多个标准清晰度( s d ) 数据流的最高品质的高清h 2 6 4 编解码，同时还提供 在口网络上传输安全视频数据流的广泛网络支持，并且还包括一个m p e g 2 解 码器和一个j p e g 编解码器。与此同时，一些消费类和工业应用的h 2 “编解码 器，他们要求即使在有限存储容量或有限带宽的情况下，都必须提供最佳视频质 量，这样使h 2 6 4 可转向这样一些应用：如个人内容创作产品( 实现视频捕获、 回放) 、便携式媒体播放器、具有时移功能的个人录像机( p v 】对、实现“空间转移一 的设备以及口t v 、视频电话、安全和监控应用等【8 ，1 0 1 1 1 。 3 1 1m g 3 5 0 0 s o c 的性能特点 它内部集成了一个嵌入式a r m 9 处理器、m 岫n o r 闪存、 s d s d i o m m c c e 觚a 接口、一个1 0 1 0 0 1 0 0 0 m 以太网的m a c 和一个u s b 2 o o t g 端口，还集成了基于