基于4G網絡的車輛防盜視頻傳輸系統設計

韓力，季志博，王磊，王軍

（蘇州科技大學電子與信息工程學院，江蘇蘇州215009）

基于4G網絡的車輛防盜視頻傳輸系統設計

韓力，季志博，王磊，王軍

（蘇州科技大學電子與信息工程學院，江蘇蘇州215009）

針對車輛監控報警有效距離短、方式單一等問題，提出一種基于4G網絡的監控視頻實時傳輸系統設計方法。該系統以STM32為主控制器，檢測到車輛異常時，系統自動啟動高清攝像頭進行視頻圖像采集，輸出的視頻經過RJ45-USB轉換模塊轉換為USB數據類型，主控制器控制4G無線傳輸模塊將監控視頻數據上傳至服務器，用戶利用移動終端訪問服務器可以自動獲得車輛的實時異常狀態信息。實驗證明：基于4G網絡的車輛防盜視頻傳輸系統具有實時性，傳輸視頻分辨率可達720 P，在車輛防盜系統領域應用廣闊。

車輛防盜；高清視頻；實時傳輸；4G

隨著科技的不斷進步以及經濟的飛快發展，汽車的使用量急速增加，車輛被盜的威脅以及交通事故的現場取證等問題對車輛報警系統的要求不斷提高。現今車輛防盜系統一般分機械式、電子式、鑰匙芯片式。機械式報警系統廉價，但穩定性低且不保險；電子式系統穩定性和抗干擾能力不足；鑰匙芯片式系統要求距離短且極易誤報。為了解決現今防盜監控系統[1]在各方面的不足，提出一種基于4G網的監控視頻實時傳輸系統，實現了無線遠程監控和報警，不僅提高了車輛的防盜系數，而且原始的視頻圖像信息可以為后續制定安全措施提供依據。

1 系統總體設計

實時視頻傳輸系統由主控制器、高清攝像頭、RJ45-USB轉換模塊、4G無線傳輸模塊組成。系統的主控制器通過繼電器控制其開關，接收到多傳感器模塊檢測的異常信號時，打開攝像頭，采集的視頻數據經RJ45-USB轉換模塊變為USB2.0類型，然后利用串行通信命令4G無線傳輸模塊將數字視頻信號上傳至流媒體服務器[2]，用戶通過移動設備查看車輛的異常狀況[3]（見圖1）。

圖1 總體方案框圖

2 系統硬件介紹

主控器采用ST公司的STM32F103系列，32位Cortex-M3 ARM內核，最高頻率可達72 MHz，內部存儲最高可達512 K字節，用串行通信線和JTAG接口調試。攝像頭采用雄邁公司的IPG-50H10PE-S方案機芯，該方案高度集成化，集支持IR-CUT、DSP處理器、前端Sensor、網絡等于一體，獨有P2P穿透技術，連通率接近100%，高清720 P分辨率。4G無線傳輸模塊核心芯片選擇華為MC7710 4G/LTE型號芯片,支持多輸入/多輸出（MIMO）和GoBi API，具有高性能、尺寸小、質量輕和天線多樣性等優勢。多傳感器模塊由車內紅外傳感器、車門尾箱狀態檢測器、車窗破裂感應器、加速度感應器、車輛震動感應器共同組成，輸出信號線分別與STM32對應引腳相連。

主控器STM32通過外部傳感器獲得車輛異常狀態信息，利用串行通信發送命令控制IPG-50H10PE-SL（32）機芯和MC7710 4G/LTE，攝像頭輸出的信號為網絡數據類型，經過RJ45-USB轉換器后變為USB2.0數據類型，然后由MC7710 4G/ LTE發送至服務器。系統硬件連接見圖2。

圖2 硬件連接圖

3 監控視頻實時傳輸軟件開發

3.1 攝像頭、4G/LTE芯片控制軟件流程

STM32通過I/O端口控制攝像頭的開關和接收多傳感器數據。STM32初始化時首先使能I/O引腳的時鐘，輸出端口設置為推挽式輸出，輸入端口設置為浮空輸入。然后初始化串行口，并將波特率設置為9 600 bps。

設置結束后，每隔1 ms檢測一次多傳感器模塊輸出的狀態數據，正常時端口置高電平，異常時被外部拉低，若檢測到低電平，則置位PA1口開啟攝像頭，同時利用串行口發送AT命令控制MC7710 4G/LTE將視頻數據發送出去。控制流程見圖3。

圖3 攝像頭、4G芯片控制軟件流程圖

3.24 G傳輸流程設計

利用無線網傳輸數據的過程中不可避免會出現丟包現象[4]，一般可達20%～30%。這使RTP傳輸協議[5]經常產生丟幀問題。對于傳輸系統而言，關鍵是設計一套既具備實時性又有可靠性的視頻傳輸方法。所以在4G無線傳輸模塊傳輸數據時使用一種可靠回傳校驗機制，傳輸端包含發送部分和接收部分，兩部分結構相同。每個傳輸端由發送隊、備份隊、校驗消息隊構成，傳輸端會根據4G芯片啟動的通道數K，使用K個發送通道、K個接收通道，同時每個傳輸端都有一個數據處理環節。

在收到發送數據命令后，STM32控制4G/LTE模塊依次對輸入的視頻數據完成三步工作：

第一步：將接收的視頻數據打包成幀并按順序放入發送隊和備份隊。發送通道每次取發送隊隊首數據幀發送出去，發送完畢后刪除發送隊中該數據。

第二步：接收到的確認包進入校驗消息隊，若收到某一數據幀的確認包，則備份隊中確認包對應的備份數據幀刪除，如果某一數據幀的確認包在一定時間內未收到，就將該備份數據設置為丟失幀。

第三步：如果發現備份隊中存在丟失幀，則直接轉至發送通道優先發送，如果不存在丟失幀，發送隊中數據幀則按順序進入發送通道。

多個發送通道不斷從發送隊中取數據幀發送出去，發送完則刪除。多個接收通道不斷接收回傳的確認包，并把確認包統一放入校驗消息隊中。通過兩個傳輸隊的配合工作，底層網絡協議與頂層控制被隔離開來，眾多傳輸通道同時工作又實現了高帶寬傳輸，確保了系統的實時性。4G傳輸流程見圖4、圖5。

圖4 視頻發送流程圖

圖5 確認包接收流程圖

4 實驗結果

高清攝像頭圖像輸出模式為1 028×720AVI格式，碼流為1 Mbps，視頻幀率為25 fps。系統使用1個TD-LTE通道進行數據傳輸，傳輸帶寬可以穩定在1 Mbps左右，傳輸延時在2 s左右，在車輛異常時能即時記錄并發出警報。

5 結語

由本方案設計的4G視頻傳輸系統，傳輸視頻在質量上有了顯著提升，分辨率可達720 P。相比其他車輛防盜系統，該方案在實時性上更勝一籌，且報警距離遠，可同時用于交通事故的現場取證，便于車輛管理。由STM32單片機等芯片構成的系統功耗低，可延長電源使用壽命。此系統亦支持GPS定位功能，能對被盜車輛進行實時跟蹤，進一步加強防盜系統。

[1]包啟明，陳益民，蘇保蘭.基于ZigBee和3G的遠程監測系統的設計[J].計算機測量與控制，2014，22（10）：3171-3172.

[2]陳利,呂格莉，潘正清.流媒體視頻存儲服務器設計與研究[J].計算機工程與設計，2010，31（4）：26-29.

[3]屈寶鵬，張喜鳳，卜文銳.基于ATMEGA328的視頻監控智能車的設計與實現[J].現代電子技術,2015，38（19）：161-162.

[4]鄭佳恩，彭瑞.無線視頻傳輸系統的發展動態[J].現代電子技術，2013，36（15）：29-31.

[5]李宏科.4G技術在電力視頻監控中的應用探究[J].電氣時代，2014（5）：26-27.

Real-time video transmission system design of vehicle anti-theft based on 4G

HAN Li,JI Zhibo,WANG Lei,WANG Jun
（School of Electronic and Information Engineering,SUST,Suzhou 215009,China）

To solve the problems of the single mode and short transmission distance in the vehicle surveillance and anti-theft system,the paper proposes a design of the real-time video transmission system based on 4G network.Taking STM32 as the core processor,the system opens HD camera to capture video automatically when the vehicle is detected,and then the video data will be transformed into the USB data type by RJ45-USB conversion module.The digital signals are sent to the server by 4G module,so the abnormal state information of the vehicle can be shown by mobile terminal of users.Experiments show that the video transmission system of the vehicle anti-theft based on 4G networks has real-time and transmission video can reach 720P,which has wide application in the field of vehicle anti-theft.

vehicle anti-theft;video;real-time transmission;4G

TP277

A

1672-0679（2016）04-0075-03

（責任編輯：盧文君）

2015-12-15

江蘇省普通高校研究生科研創新計劃項目（KYZZ16_0480）；蘇州科技大學研究生創新項目（SKCX16_043）

韓力（1992），男，江蘇泰州人，碩士研究生。

王軍（1979-），副教授，博士，主要從事光電測控技術與儀器的研究，Email：281109685@qq.com。