基于4G网络的车辆防盗视频传输系统设计

韩力，季志博，王磊，王军

（苏州科技大学电子与信息工程学院，江苏苏州215009）

基于4G网络的车辆防盗视频传输系统设计

韩力，季志博，王磊，王军

（苏州科技大学电子与信息工程学院，江苏苏州215009）

针对车辆监控报警有效距离短、方式单一等问题，提出一种基于4G网络的监控视频实时传输系统设计方法。该系统以STM32为主控制器，检测到车辆异常时，系统自动启动高清摄像头进行视频图像采集，输出的视频经过RJ45-USB转换模块转换为USB数据类型，主控制器控制4G无线传输模块将监控视频数据上传至服务器，用户利用移动终端访问服务器可以自动获得车辆的实时异常状态信息。实验证明：基于4G网络的车辆防盗视频传输系统具有实时性，传输视频分辨率可达720 P，在车辆防盗系统领域应用广阔。

车辆防盗；高清视频；实时传输；4G

随着科技的不断进步以及经济的飞快发展，汽车的使用量急速增加，车辆被盗的威胁以及交通事故的现场取证等问题对车辆报警系统的要求不断提高。现今车辆防盗系统一般分机械式、电子式、钥匙芯片式。机械式报警系统廉价，但稳定性低且不保险；电子式系统稳定性和抗干扰能力不足；钥匙芯片式系统要求距离短且极易误报。为了解决现今防盗监控系统[1]在各方面的不足，提出一种基于4G网的监控视频实时传输系统，实现了无线远程监控和报警，不仅提高了车辆的防盗系数，而且原始的视频图像信息可以为后续制定安全措施提供依据。

1 系统总体设计

实时视频传输系统由主控制器、高清摄像头、RJ45-USB转换模块、4G无线传输模块组成。系统的主控制器通过继电器控制其开关，接收到多传感器模块检测的异常信号时，打开摄像头，采集的视频数据经RJ45-USB转换模块变为USB2.0类型，然后利用串行通信命令4G无线传输模块将数字视频信号上传至流媒体服务器[2]，用户通过移动设备查看车辆的异常状况[3]（见图1）。

图1 总体方案框图

2 系统硬件介绍

主控器采用ST公司的STM32F103系列，32位Cortex-M3 ARM内核，最高频率可达72 MHz，内部存储最高可达512 K字节，用串行通信线和JTAG接口调试。摄像头采用雄迈公司的IPG-50H10PE-S方案机芯，该方案高度集成化，集支持IR-CUT、DSP处理器、前端Sensor、网络等于一体，独有P2P穿透技术，连通率接近100%，高清720 P分辨率。4G无线传输模块核心芯片选择华为MC7710 4G/LTE型号芯片,支持多输入/多输出（MIMO）和GoBi API，具有高性能、尺寸小、质量轻和天线多样性等优势。多传感器模块由车内红外传感器、车门尾箱状态检测器、车窗破裂感应器、加速度感应器、车辆震动感应器共同组成，输出信号线分别与STM32对应引脚相连。

主控器STM32通过外部传感器获得车辆异常状态信息，利用串行通信发送命令控制IPG-50H10PE-SL（32）机芯和MC7710 4G/LTE，摄像头输出的信号为网络数据类型，经过RJ45-USB转换器后变为USB2.0数据类型，然后由MC7710 4G/ LTE发送至服务器。系统硬件连接见图2。

图2 硬件连接图

3 监控视频实时传输软件开发

3.1 摄像头、4G/LTE芯片控制软件流程

STM32通过I/O端口控制摄像头的开关和接收多传感器数据。STM32初始化时首先使能I/O引脚的时钟，输出端口设置为推挽式输出，输入端口设置为浮空输入。然后初始化串行口，并将波特率设置为9 600 bps。

设置结束后，每隔1 ms检测一次多传感器模块输出的状态数据，正常时端口置高电平，异常时被外部拉低，若检测到低电平，则置位PA1口开启摄像头，同时利用串行口发送AT命令控制MC7710 4G/LTE将视频数据发送出去。控制流程见图3。

图3 摄像头、4G芯片控制软件流程图

3.24 G传输流程设计

利用无线网传输数据的过程中不可避免会出现丢包现象[4]，一般可达20%～30%。这使RTP传输协议[5]经常产生丢帧问题。对于传输系统而言，关键是设计一套既具备实时性又有可靠性的视频传输方法。所以在4G无线传输模块传输数据时使用一种可靠回传校验机制，传输端包含发送部分和接收部分，两部分结构相同。每个传输端由发送队、备份队、校验消息队构成，传输端会根据4G芯片启动的通道数K，使用K个发送通道、K个接收通道，同时每个传输端都有一个数据处理环节。

在收到发送数据命令后，STM32控制4G/LTE模块依次对输入的视频数据完成三步工作：

第一步：将接收的视频数据打包成帧并按顺序放入发送队和备份队。发送通道每次取发送队队首数据帧发送出去，发送完毕后删除发送队中该数据。

第二步：接收到的确认包进入校验消息队，若收到某一数据帧的确认包，则备份队中确认包对应的备份数据帧删除，如果某一数据帧的确认包在一定时间内未收到，就将该备份数据设置为丢失帧。

第三步：如果发现备份队中存在丢失帧，则直接转至发送通道优先发送，如果不存在丢失帧，发送队中数据帧则按顺序进入发送通道。

多个发送通道不断从发送队中取数据帧发送出去，发送完则删除。多个接收通道不断接收回传的确认包，并把确认包统一放入校验消息队中。通过两个传输队的配合工作，底层网络协议与顶层控制被隔离开来，众多传输通道同时工作又实现了高带宽传输，确保了系统的实时性。4G传输流程见图4、图5。

图4 视频发送流程图

图5 确认包接收流程图

4 实验结果

高清摄像头图像输出模式为1 028×720AVI格式，码流为1 Mbps，视频帧率为25 fps。系统使用1个TD-LTE通道进行数据传输，传输带宽可以稳定在1 Mbps左右，传输延时在2 s左右，在车辆异常时能即时记录并发出警报。

5 结语

由本方案设计的4G视频传输系统，传输视频在质量上有了显著提升，分辨率可达720 P。相比其他车辆防盗系统，该方案在实时性上更胜一筹，且报警距离远，可同时用于交通事故的现场取证，便于车辆管理。由STM32单片机等芯片构成的系统功耗低，可延长电源使用寿命。此系统亦支持GPS定位功能，能对被盗车辆进行实时跟踪，进一步加强防盗系统。

[1]包启明，陈益民，苏保兰.基于ZigBee和3G的远程监测系统的设计[J].计算机测量与控制，2014，22（10）：3171-3172.

[2]陈利,吕格莉，潘正清.流媒体视频存储服务器设计与研究[J].计算机工程与设计，2010，31（4）：26-29.

[3]屈宝鹏，张喜凤，卜文锐.基于ATMEGA328的视频监控智能车的设计与实现[J].现代电子技术,2015，38（19）：161-162.

[4]郑佳恩，彭瑞.无线视频传输系统的发展动态[J].现代电子技术，2013，36（15）：29-31.

[5]李宏科.4G技术在电力视频监控中的应用探究[J].电气时代，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

（责任编辑：卢文君）

2015-12-15

江苏省普通高校研究生科研创新计划项目（KYZZ16_0480）；苏州科技大学研究生创新项目（SKCX16_043）

韩力（1992），男，江苏泰州人，硕士研究生。

王军（1979-），副教授，博士，主要从事光电测控技术与仪器的研究，Email：281109685@qq.com。