摘 要

随着汽车保有量的增加，随之而来的环境污染、交通堵塞、交通安全、能源短缺等问题日益严重，制约着汽车行业可持续发展。随着电子技术和移动互联网的发展，智能网联汽车成为了新的研究热点，被认为是解决当前交通堵塞、能源短缺、事故频发等问题的有效解决方案，代表着汽车的未来发展方向，可以实现汽车行业的可持续发展。

本文从实际问题出发，在阅读分析了大量了国内外视频传输接口、图像颜色编码方案、视频数据编码、电视制式信号方面的文献资料，总结了视频数据无线传输的理论、方法。通过阅读国内外学者文献，总结了影响无线通信的因素，归纳了车载无线通信特点。梳理了4G、Wi-Fi、蓝牙、60GHz、Zigbee、DSRC、无线图传等技术的发展过程，遵循的协议，分析了不同技术的优缺点和适用场景。根据课题需要，分析得出了适合车载的视频数据无线传输的视频处理技术和短距离无线通信技术。根据课题，设计了基于车载无线通信技术的道路盲区远视系统。并选择摄像头、无线通信模块等相关元器件，设计电路，制作PCB版，制作了原型验证系统。系统稳定工作，实现了预期功能。

本文所研究的视频无线通讯方法可以加强车辆间的信息交互，将车辆的车内网络拓展到其自身界限以外，实现V2V/V2I/V2P之间的信息交流，可以有效的解决道路盲区导致交通安全事故的问题。为智能交通系统提供一个具有一定参考价值的硬件基础，实现V2V/V2I/V2P之间的视频信息交换。本文所研究的车载图像传输方法可解决部分汽车行驶场景中信号不稳定、速率波动大的问题，为研究更优方案提供一定的参考价值。

关键词：车联网；无线通讯；视频编码；视野盲区

Abstract

With the development of the economy, the number of car ownership is also rising rapidly. Consequent problems such as environmental pollution, traffic jams, traffic safety, and energy shortages have become increasingly serious, constraining the sustainable development of the automotive industry. With the development of electronic technologies and mobile Internet, intelligent network-linked vehicles have become new research hotspots and are considered to be effective solutions to the current traffic jams, energy shortages and frequent accidents. They represent the future development direction of automobiles and can be realized. The sustainable development of the automotive industry.

This article starts from practical problems, and reads and analyzes a large number of domestic and foreign video transmission interfaces, image color coding schemes, video data encoding, and television format signal literature, and summarizes the theory and methods of wireless data transmission. By reading domestic and foreign scholars' literature, the factors influencing wireless communication are summarized, and the characteristics of wireless communication in vehicles are summarized. The development process of 4G, Wi-Fi, Bluetooth, 60GHz, Zigbee, DSRC, and wireless graphics transmissions is reviewed. The protocols followed are analyzed, and the advantages, disadvantages, and application scenarios of different technologies are analyzed. According to the needs of the subject, the video processing technology and short-range wireless communication technology suitable for the wireless transmission of video data onboard were obtained. According to the subject, a blind zone farsightedness system based on vehicle-mounted wireless communication technology was designed. And select the camera, wireless communication module and other related components, design circuits, make PCB version, produced a prototype verification system. The system worked stably and realized the expected functions.

The video wireless communication method studied in this paper can strengthen the information interaction between vehicles, expand the vehicle's in-vehicle network beyond its own limits, realize the exchange of information between V2V/V2I/V2P, and can effectively solve the road blind area leading to traffic safety. The problem of the accident. Provide a hardware foundation with certain reference value for the intelligent traffic system, and realize the exchange of video information between V2V/V2I/V2P. The in-vehicle image transmission method studied in this paper can solve the problem of signal instability and large-rate fluctuations in some automotive driving scenes, and provides a certain reference value for researching better solutions.

Key words: car network；wireless communication；video coding；visual field blind spot

目录

第1章 绪论 1

1.1 选题背景 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 智能网联汽车应用与研究 1

1.2.2 视频数据无线传输研究现状 3

1.3 研究意义 4

1.4 研究内容 4

1.5 本章小结 5

第2章 视频信号与编码技术 6

2.1 视频信号接口类型 6

2.1.1 CVBS 6

2.1.2 HDMI 6

2.2 颜色编码类型 7

2.2.1 RGB编码 7

2.2.2 YUV编码 8

2.3 视频数据编码类型 9

2.3.1 H.264编码 9

2.3.2 HEVC编码 10

2.4 视频文件格式 12

2.5 电视制式信号分类 12

2.5.1 NTSC 13

2.5.2 PAL 13

2.6 本章小节 14

第3章 车载无线通讯技术 15

3.1 车载无线通信组网方式 15

3.2 车载无线通信效果影响因素 16

3.3 车载无线通讯技术 17

3.3.1 4G技术 17

3.3.2 Wi-Fi技术 19

3.3.3 蓝牙技术 20

3.3.4 60GHz技术 21

3.3.5 Zigbee技术 22

3.3.6 DSRC技术 23

3.4 无线图传技术 25

3.5 本章小节 25

第4章 道路盲区远视系统设计 26

4.1 系统功能分析 26

4.2 系统架构分析 26

4.3 关键模块选型分析 27

4.3.1 摄像头选型 27

4.3.2 无线通信发射模块选型 29

4.3.3 天线选型 29

4.3.4 接收模块选型 30

4.3.5 显示模块选型 31

4.4 原型验证系统设计与实现 31

4.4.1 硬件电路设计 31

4.4.2 系统调试 33

4.5 本章小结 34

第5章 总结与展望 35

参考文献 36

致谢 38

绪论

选题背景

一百年前汽车的发明，深刻的改变了人类的文明的进程，推动了世界的发展。无论从那个方面看，汽车都成为当今社会生产生活中不可或缺的一部分。从汽车诞生到上世纪80年代，汽车都只是做机械或造型上的改进。20世纪80年代后，微电子技术的发展，深刻的改变了社会的同时，也促使着汽车从机械创新转变为电子技术的创新，从单纯的安装电气设备到深耕ECU等汽车电控技术，在汽车的安全、操控、排放、节能等诸多方面取得了极大的进步。特别是移动互联网时代的到来，万物互联的推进，智能网联汽车（Intelligent Connected Vehicle，ICV）的概念日渐明了。

截至2016年底，我国汽车保有量已达1.94亿辆，能源日渐捉襟见肘、尾气污染、城市上下班交通堵塞瘫痪频发等问题日益突出。2015年世界卫生组织指出，全球每年死于交通安全事故人数高达125万^[1]，如何保证交通安全成为汽车行业不得不思考的问题。

智能网联汽车被认为可以有效的解决这些问题，安全行驶是智能网联汽车的最主要的特性。例如通过V2X（Vehicle To Vehicle/Instruction/Person）通信，可以在交叉路口等场景向过往车辆、行人发布车辆行驶信息，消除盲点区域，协助驾驶员做出正确判断，控制车速，防止交通事故，提升路口通行能力。

智能网联汽车，是无人驾驶汽车的最高形态。广义上讲，车辆作为主要节点，不仅要搭载传统的车用传感器，还要搭载大量先进的能感知周边环境的传感器，结合现代通信技术与网络技术，实现车与周边环境信息交换共享，让汽车可以全自动的安全、智慧的行驶，让交通更加高效安全。

车辆联网实现信息高效的交流是这一切的发展基础。高效稳定的车载无线通讯技术是最基础的系统单元之一。其中，视频无线数据传输技术是一个重要的研究方向。

国内外研究现状

智能网联汽车应用与研究

目前智能网联技术可分为两大派别：一是以通用、大众、奔驰等传统车企为代表，结合自身技术传统，更青睐于ADAS（Advanced Driver Assistant Systems，ADAS）和自主智能技术；二是以谷歌、苹果、百度等互联网企业为代表，在人工智能和网联化技术上耕耘。

由传统汽车企业主导的智能网联汽车项目，更加注重实用性与产品效益，并且拥有平台优势，能够做到电子技术与汽车的深度结合，目前很多新款中高档量产车型上都配备了先进的ADAS系统，已经能够实现L2级的自动驾驶。

美国通用汽车推出的安吉星(On star)系统可以说是车联网的先驱。1996年，通用汽车公司就于北美地区推出了On star产品。目前统计数据显示，安吉星是我国个人客户保有量最大的车联网系统之一，截至2014年，安吉星用户达70万人。根据通用规划，通用旗下所有车型，2016年以后将全部搭载安吉星系统，75%的通用汽车将2020年以前实现互联。

2009年，日本丰田将G-BOOK系统引入中国。G-BOOK通过无线网络和数据中心连接，提供防盗救援等15个智能通信服务。值得一提的是，G-BOOK可以将文字资料可以上传数据中心和车上终端机，并进行语音播报。

德国奔驰的Drive Pilot系统除了可以实现全自动泊车外，开启自适应巡航后能够根据前车的状态自动加速减速，当驾驶员拨动转向杆后，主动变道辅助系统会探测周围车辆，保证安全变道的同时自动操纵汽车完成变道，当前方出现时还能够自动采取制动措施，避免交通事故。美国的特斯拉的Auto Pilot系统在自适应巡航方面已经可以在没有车道线的情况下根据前车轨迹自动跟车，可以实时得将周围车辆的动态显示在车内屏幕上帮助司机安全驾驶，另外Auto Pilot的更新跟手机系统一样方便，可以在线更新。

美国通用汽车2018年1月刚刚正式发布的第四代自动驾驶汽车——Cruise AV，这款车以雪佛兰Bolt纯电动汽车为平台，集成了前三代的优点，更加智能安全，能够实现L4级自动驾驶。该车采用第四代Cruise无人驾驶平台，采用大量雷达和摄像机获取周边信息。通用宣称这是首辆无需驾驶员即可实现安全驾驶的可量产汽车，并计划在2019年将其投入实际应用。

图1.2 通用汽车第三代自动驾驶汽车

以谷歌、百度等、苹果等互联网科技巨头代表的智能网联汽车造车新势力依托自身互联网优势，在车联网研究和应用方面成果斐然。2009年谷歌为推进自动驾驶汽车计划，成立一家新的公司Waymo以负责自动驾驶项目。Waymo的自动驾驶车队主要在美国的四个州进行路测，已经完成了400余万英里的公共道路测试，仿真模拟行驶里程更是达到了数十亿英里，是所有自动驾驶公司中路测里程最长的。国内的百度在2015年12月正式成立自动驾驶事业部，推出了Apollo2.0，能够帮助从事自动驾驶的研究人员结合自身实际，快速搭建一套具有针对性的自动驾驶系统。目前搭载Apollo2.0平台的百度无人车也在简单城市道路上进行车辆自动驾驶能力的路测工作。

由政府主导的车联网项目，相较于企业，更加系统、宏观。日本政府为开展DSRC（Dedicate Short Range Communication，DSRC）研究，1990年开始建立VICS（Vehicle Information and Communication System，VICS），能够24小时为出行者沿途的交通信息。VICS是世界上最成功的车用出行信息系统之一，有效提高道路通的安全性、通畅性，改善了道路行车环境。据统计，使用该系统车主每年可节约20％的行驶时间、10％的燃油，减少碳排放214万吨^[2]。

2018年，我国上海发布了我国第一个智能网联汽车路测规范，上海汽车和蔚来汽车共同获得第一批测试牌照，开始了智能网联汽车在公共道路上的路测工作。

视频数据无线传输研究现状

视频传输历来是研究热点，随着移动互联网络的发展，视频数据的无线传输，呈现出了百花齐放的形式。作为当前研究热点，基于车载无线通讯的视频无线传输的各个环节，国内外学者都做了大量的研究。

北京邮电大学的董军针对传统视频编码中，先进行信源编码再进行信道编码，由于无线信道的时变性导致的不能准确预知信道参数，不能获取最优传输效果的现状，提出了基于SoftCast视频编解码的信道信源联合编码的解决方案^[3]，通过计算机系统测试，基于SoftCast视频编解码在丢包率和信噪比表现上，优于H.264视频编解码方案。

北京地铁运营技术中心的常浏凯^[4]在北京地铁无线通信系统测试中，为满足地铁监控视频数据的无线传输需求，设计实验方案验证了5 GHz车地无线通信系统的可行性，解决了2.4 GHz带宽小、速率低不能满足视频无线传输需求的问题。

上海地铁研究院的王志麟^[5]基于 IEEE 802.11a 协议的5.8 GHz无线电信号在上海地铁视频监控实验中，证明了5.8GHz WLAN技术，采用正交频分复用扩频技术，可以有效提高信号抗干扰能力，测试结果表明5.8GHz可以用来进行车地视频无线传输。

浙江的孔明采用基于IEEE 802.11a/b/g的 5GHz传输的WVA5000无线多媒体芯片组，编码方案采用H.264方案，开发了适用于企业、消防监控等的实时无线监控视频传输方案^[6]。硬件模块化也降低了成本，便于维护。

重庆邮电研究院的唐伦选用S5PC100嵌入式处理器，基于WinCE6.0嵌入式系统，视频按照H.264编码处理，传输模块选用WCDMA模块，利用3G技术实现了车载无线实时监控视频传输^[7]。

中国的海康威视公司基于TDMA技术，使每台设备都能在设定的时隙工作，克服了克服IEEE 802.11协议和传统Wi-Fi只能传输几百米的限制的缺陷，支持远距离点对多点的通信。最大传输距离为15km，最大传输速率达到300Mbps，远距离无线传输性能优异。

FPV（First Person View，FPV），它是一种将摄像头、回传设备安装在移动平台(图1.4)上的设备，在日常生活在随处可见。一套完整的设备主要由移动平台、天线、无线发射机、无线接收机、图像显示设备、摄像头等组成。FPV可以实现远距离的稳定的视频传输，对于玩家来说获得了更加真实和刺激的飞行体验，在森林防火、抢险救援等领域中提供实时、直观、细致的视频。

图1.4 FPV模型图

研究意义

（1）论文所研究的视频无线通讯方法可以加强车辆间的信息交互，将车辆的车内网络拓展到其自身界限以外，实现车辆与周边环境之间的信息交流。为智能交通系统提供一个具有一定参考价值的硬件基础，实现V2V/V2I/V2P的视频信息交换。

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