超寬帶無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)
【摘要】針對無線視頻采集設備高速率、小體積、低功耗的要求,建立了基于低功耗攝像頭和無線超寬帶技術(shù)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計方案。采用VS6724 攝像頭實現(xiàn)視頻采集,單載波UWB(SC-UWB)方案實現(xiàn)無線傳輸,既滿足了視頻采集設備對于體積和功耗的要求,又有效對抗了多徑的影響?;赑C 平臺實現(xiàn)視頻解碼與播放,可移植性強。驗證了系統(tǒng)基于FPGA 和PC 平臺構(gòu)建,在密集多徑和深度衰落的實際場景下,測試效果良好。
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/156929.htm1 引言
超寬帶(Ultra Wideband,UWB)是一種利用低功率譜密度、超高帶寬的無線信號實現(xiàn)短距離高速傳輸?shù)募夹g(shù)[1]。最近幾年,UWB 技術(shù)不斷發(fā)展,基于UWB 的各種研究已經(jīng)取得了諸多成果。另一方面,無線視頻監(jiān)控和一些特殊場景下的應用, 對監(jiān)控系統(tǒng)提出了特殊的要求,如視頻采集設備要體積小、功耗低,監(jiān)控系統(tǒng)抗干擾、抗衰落能力要強等。UWB 技術(shù)在短距離傳輸時高速率、低功耗的特點,為實現(xiàn)以上要求提供了便利。
基于UWB 的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)有許多設計難點。
首先,傳統(tǒng)的視頻采集設備體積通常較大,且在電池供電的情況下很難工作較長時間,選擇合適的視頻采集設備對于實現(xiàn)發(fā)送端體積與功耗的優(yōu)化極為重要;其次,特殊場景的傳輸環(huán)境通常伴有較為嚴重的多徑衰落,如何既滿足發(fā)送端體積與功耗的限制, 又實現(xiàn)高質(zhì)量的無線傳輸, 是設計UWB 無線收發(fā)模塊必須考慮的。
此外,對于接收端的視頻解碼與顯示軟件,也需要考慮可移植性與提高顯示質(zhì)量的問題。針對以上設計難點,筆者提出了具體的設計方案,其性能在實際系統(tǒng)中得到了驗證。
2 系統(tǒng)總體設計方案
系統(tǒng)總體設計方案如圖1 所示。在視頻采集與發(fā)送端,使用小型攝像頭,配合攝像頭適配,完成視頻采集。采集到的視頻信號經(jīng)過UWB 基帶和射頻處理, 經(jīng)由天線發(fā)送。在視頻接收與顯示端,天線接收到的無線信號經(jīng)過UWB 射頻和基帶接收模塊處理以及以太網(wǎng)成幀后發(fā)往PC,由運行在PC 上的視頻解碼與播放軟件顯示。
視頻采集與發(fā)送端的設計應以體積和功耗作為第一考慮。意法半導體為手機、PDA 等設備開發(fā)的VS6724 攝像頭, 體積為8.00 mm×8.00 mm×5.55 mm, 功耗不超過500 mW,是比較理想的攝像頭方案。VS6724 具有1 600×1 200 像素分辨力和全面的圖像處理功能, 支持30 f/s(幀/秒)、UXGA 格式的圖像采集和傳輸, 并內(nèi)嵌JPEG壓縮功能,避免了系統(tǒng)對其他視頻壓縮模塊的需求,降低了體積與功耗。視頻接收與顯示端可以將連續(xù)的JPEG 圖像進行Motion JPEG 處理, 以實現(xiàn)視頻顯示的目的。
在UWB 無線傳輸體制方面, 設計選擇了單載波UWB(SC-UWB)方案[4-5]。SC-UWB 是一種基于單載波直接序列擴頻的UWB 方案。相對于主流方案MB-OFDM,SC-UWB 方案發(fā)送端顯著簡單,且對射頻線性度和ADC精度等要求較低,利于發(fā)送端小體積、低功耗的實現(xiàn)。
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