数字无线视频通信系统的设计

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1、数字无线视频通信系统的设计

2、第1摘要：介绍一种用于家庭可视门铃的无线视频通信系统。该系统将数字摄像头采集的图像数据经过滤波、放大等处理，调制到2.4GHz的载波上，由无线收发模块发射击去；接收端将该视频数据解调还原，并传送到显示模块，在LCD显示出来。关键词：nRF2401无线视频信号AT89C52摄像头7260目前，国内安装的可视门铃多数是有线的，或是通过类似于电视系统的调幅或调频方式来发送图像的。出于成本的考虑，这些可视门铃系统传输距离受限制，信号质量不高，抗干扰性差。随着用户要求的提高，尤其是在大型别墅中，门铃和图像接收端相距较远，这就需要将有线变为无线，模拟信号调幅或

3、调频无线传输变为数字信号调制（FSK，QFSK，GFSK）无线传输。FSK（FrequencyShiftKeying）即键控频移，QFSK（QuadratureFrequencyShiftKeying）即正交键控频移，GFSK（GuassianFrequencyShiftKeying）即高斯键控频移。通过系统的数字化，图像信号质量得到提高，抗干扰性得到大大加强；同时，整个系统的体积相比其它的传输方式将会减小很多，因此，具有广泛的商业应用价值和发展前景。由于我们的系统用于别墅单用户的可视门铃，因此对图像的连续性要求不高。设想一直，在户主听到门铃响，再到门口查看监视器的画面最少需

4、要3s。只需要传输1帧图像到监视终端，让户主看到来访者是谁就可以了。因此由于成本的原因，我们会把采集到的图像直接传输出去而中间不会加上昂贵的图像压缩解压缩芯片。整个数字无线视频通信系统主要由三个模块构成：图像采集模块、数据传输模块、图像接收显示模块，如图1所示。1图像采集模块该模块的硬件框图如图2所示。摄像头7620是256色30万像素的CMOS摄像头。它输出并行16位图像信号，包括8位的色度信号、8位的亮度信号以及场同步与行同步信号。1帧图像（640×480）的尺寸是640×480×16=4915200（位）如果以RF发送模块nRF2401的最大速度1Mbps来计算，发送1

5、帧图像所要的时间为4915200/1000000=4.9152(s)这显然太长了。不过，7620还有一种工作模式就是，通过降低分辨率来减少图像尺寸。这种模式提供了320×240的图像。这样，图像数据不到3s就可以到达接收端，满足可视门铃的要求。当用户按下门铃，MCU收到命令开启照明灯，同时初始化摄像头7260，并发送READY信号给FPGA，通知其准备接收图像信号。由7260的工作时序可以看到，当摄像头采集到一帧图像后，VSYNC便发送1个高电平，FPGA准备接收信号。1帧图像由很多行组成。这些行在场同步信号VSYNC的两个高电平之间传送。而每一行的信号传输现时由HREF同步

6、。当HREF的上升沿来到后，FPGA开始接收图像数据。在PCLK的上升沿，每一行的图像数据通过Y口和UV口送出，从时序图可以看到1行包括640个点。FPGA需要将收到的图像缓存到512KB的RAM，需要有20位的地址信号线和8位的数据信号线。FPGA采集到的图像信号是并长的数字信号。要将这些信号发射出去，还需要转化为异步串行数据，这个工作由FPGA来完成。我们所规定的异步串行通信协议和通用的RS232协议类似：没有信号时，DATA线为高电平；要传送数据的时候，先发送1个低电平脉冲（起始位），紧接着2个字节的数据（Y[7：0]，UV[7：0]，然后再发送1个高电平脉冲（停止位）

7、。1帧有效的串行数据就由这几部分构成。微控制器MCU主要完成以下几个任务：①初始化数字摄像头7620；②控制其它外设，接收和处理键盘命令，控制照明设备的开启等；③与FPGA协同工作，并提供人机接口。MCU采用常用的AT89C52。图像采集模块的工作流程如图5所示。2图像传输模块图像传输模块（RFmodule）由一块单片无线收发芯片nRF2401完成。NRF2401工作在2.4～2.5GISM频带，集成了频率综合器、功率放大器、晶体振荡器和调制器。由于nRF902使用了晶体振荡器和稳定的频率合成器，因此频率漂移很低。电源电压范围为2.4～3.6～，输出功率为10dBm，电流消耗

8、仅9mA。输出功率和频偏可通过外接电阻进行编程。输出信号为调制的GFSK（高斯键控频率信号），很容易通过8线串行I/O口进行收发。图6为nRF2401在无线通信中扩展的外围电路。通过PCU控制数据操作情况下，能以极低的功耗运行数字部分而又以极快的速度（最高为1Mbps）传输数据，从而大大减少了电流消耗，降低了系统成本并且减少了传输时的“空中冲突”冒险。FPGA送来的异步串行数据经过nRF2401内部的RF带通滤波、低噪声放大、频率综合和脉冲放大，被调制成2.4GHz上的GFSK信号，完成图像信号的传输。