TD―LTE视频传输模块的设计与实现

TD―LTE视频传输模块的设计与实现

摘要：本文主要针对TD-LTE视频传输模块的设计与实现展开了探讨，对视频传输模块的设计背景和意义做了阐述，并对总体设计以及TD-LTE视频传输模块设计作了系统的分析，以期能为有关方面的需要提高参考借鉴。

关键词：TD-LTE；视频传输；设计实现

随着无线网络技术的发展，各行业领域也已经开始应用无线网络技术，其中就包括视频传输这一方面。但是由于TD-LTE视频传输模块仍然处于初步阶段，因此，为了实现其可能性，我们就要做好相应的模块设计，并采取有效的措施技术，促进TD-LTE视频传输模块的应用发展，以使TD-LTE

视频传输模块的应用成为可能。

1 设计背景和意义

无线视频监控系统是指通过无线传输网络实现视频信

号实时传输、存储和管理的系统，高清化和无线化是视频监控系统的发展趋势。传统的无线通信网络尚有许多不足，很难满足无线高清视频监控系统对传输承载的要求。传统的无线视频监控系统的传输方式主要包括WLAN和2G/3G网络。这些承载方式均存在不足之处：WLAN视频监控系统的摄像头无法满足摄像前端高速移动的需求；2G/3G网络的数据传

输速率较低，无法承载高清视频信号的传输。TD-LTE无线网络具有高带宽、低时延、高移动性的特点，网络上行峰值速率为50Mbit/s，下行为100Mbit/s，时延为3G网络的1/4，且能够支持速度在200km/h下的流畅通信。

由于TD-LTE网络的发展，实现无线高清视频监控已成为可能，可同时满足视频监控系统对清晰度和移动性的要求。另一方面，视频分辨率的提升必然带来对存储空间更高的需求。以720P视频为例，单路输出速率为约2Mbit/s，1h的视频录像需要约900MB，1天则需要约21.6G存储空间，1个月则需要约648GB存储空间。对于一个普通规模的视频监控系统，通常需要几十个监控终端，那么所需的存储空间将是几十TB级别。如词海量的数据对于普通存储系统难以承受，而云存储的出现很好地解决这个难题。云存储具有大容量、高速率、易扩展等特点，是24h不间断高清视频录像存储的最佳选择

2 TD-LTE视频传输模块的优势及应用

TD-LTE 由3GPP 组织制定，是目前的第四代（业界也有人称为3.9 代）通信技术的主流技术之一，它引入了正交频分复用技术（OFDM）传输技术，将信道分成若干正交子信道，将串行高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输，通过并行正交的子信道来消除多径失真，而能充分利用了带宽；此外为了进一步提高传输

速率，TD-LTE 还采用了多入多出技术（MIMO）技术同时传输多个数据流，如2×2 等，最大限度的提高了该通信系统

的性能，实现了下行高达100 Mbit/s、上行50 Mbit/s 的传输速率，其实测下载速度也达到了20 Mbit/s 至40 Mbit/s，相比3G 而言提高了十几倍到几十倍。此外，其他无线技术如WiMax 和DVB 广播技术也采用了OFDM。

由于采用无线监控可以摆脱线缆的束缚，具有安装周期短、维护方便、组网灵活，可扩展性好，即插即用等特点，将会应用于受到地理环境和施工作业限制的地方，例如山地、港口和开阔地等特殊地理环境，这些地方对有线网络、有线传输的布线工程带来极大的不便，采用有线的施工周期将很长，甚至根本无法实现。这时，采用无线监控可以摆脱线缆的束缚，有安装周期短、维护方便、扩容能力强，迅速收回成本的优点。它可以将不同地点的现场信息实时通过无线通讯手段传送到无线监控中心，并且自动形成视频数据库便于日后的检索。在无线监控点，通常使用摄像头对现场情况进行实时采集，摄像头通过无线视频传输设备相连，并通过由无线电波将数据信号发送到监控中心。无线视频业务对时延、带宽等方面有着较高要求，集中体现在以下两点：

（1）传输视频业务较其他信息、语音类业务而言需要

更大的带宽保障，对于720P分辨率则需要4 Mbit/s 以上带宽；

（2）视频传输业务主要为实时业务，对无线视频传输的时延也有较高的要求。无线视频传输端到端延时代表视频传输的实时响应，延时越小应用越方便，一般为延时为

200-500 ms。

因此对于视频传输而言，若带宽、时延处理不好，质量将受到影响，会出现跳屏、停顿等问题。而TDLTE技术的特点令传输带宽极大提升的同时时延大为降低，使得无线传输高清实时视频业务成为可能。

3 系统总体设计

本系统按逻辑功能可分为视频采集功能、视频传输功能与视频存储管理功能三个部分，其功能分别由网络摄像机IPC （IPCamera）、TD-LTE视频传输模块与视频存储管理云平台来实现。工作流程如下：IPC采集1080P高清视频信号通过SD 接口输出给TD-LTE视频传输模块；TD-LTE视频传输模块将视频信号进行H.264编码；再通过TD-LTE网络传输至视频存储管理云平台，系统架构如图1所示。IPC采用具有SDI接口输出的1080P、30帧/秒高清网络摄像机。下面将详述TD-LTE 视频传输模块与视频存储管理云平台的设计。

4 TD-LTE视频传输模块设计

4.1 总体结构设计

TD-LTE视频传输模块是一个基于ARM结构的通信设备，实现将视频信号通过TD-LTE网络传输至视频存储管理平台，

该模块主要包括视频处理单元和视频传输单元，如图2所示。其工作流程如下：IPC将光信号转换成模拟信号，通过同轴

电缆传输到TD-LTE传输模块中的A/D转换模块；A/D转换模块将模拟信号转换成数字信号，并送到BT1120编码芯片内部；BT1120协议编码转换后的信号再送到CPU内部处理；

处理完成的数据通过LTE芯片发送至LTE网络。图3是TD-LTE 视频传输模块硬件结构示意。

4.2 视频处理单元视频处理单元采用智原公司

GM8126芯片进行视频数据处理，该芯片内置CPU型号为

FA626TE，具有高速运算能力，主频可达800MHz，内部集成ARM+DSP、H.264编码器、视频捕捉、显示控制、USB2.0OTG 控制器、USB2.0PHY、MAC网口控制器、网口、声音编码，

以及能减少系统总体代价的AMBA总线框架。该芯片支持H.264、MPEG-4、JPEG等编码压缩，为视频和图像的高速传输提供可靠的解决办法。视频数据通过SDI接口输入，通过

A/D数模转换和BT1120编码后再由CPU进行H.264编码，最后将H.264格式的视频数据传送至视频传输单元。

下面将根据图3对视频处理单元的各组成部分进行详述。

标（1）位置的为CPUGM8126，它的封装是TQFP，有176个引脚，内部集成ARM+DSP。

标（4）的位置是内存为128MB的NandFlash芯片，用

于存储系统程序文件和配置信息。