數(shù)字無線實(shí)時(shí)視頻通信和拍攝系統(tǒng)

　　引 言

　　本無線系統(tǒng)基于高速率射頻芯片的視頻通信系統(tǒng)，且具備即時(shí)拍攝功能;在視頻(連續(xù))模式下采用QQVGA的分辨率傳輸視頻數(shù)據(jù)，為160×120(@13fps)，基本上能達(dá)到實(shí)時(shí)視頻的日的。在實(shí)際應(yīng)用中，用戶可以在接收端的LCD中觀看(遠(yuǎn)處的)發(fā)送端附近的景物。當(dāng)見到感興趣的景物時(shí)，按下按鈕稍等片刻，即可得到1.3M像素的圖像，方便實(shí)用。為簡化設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)只用了8位色深和RGB的數(shù)據(jù)格式，且未采用CCD攝像芯片，也未使用FPGA芯片進(jìn)行邏輯控制，節(jié)省了成本。

　　下面著重講述以TMS320VC5402 DSP為控制核心的無線視頻通信系統(tǒng)，詳細(xì)描述DSP與攝像芯片以及DSP與射頻芯片這兩大部分的接口設(shè)計(jì)，分析設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)，最后給出部分DSP匯編代碼。

　　1 無線實(shí)時(shí)視頻系統(tǒng)的組成與工作原理

　　1.1 OV9640攝像芯片簡介

　　OV9640是美國OmniVision公司推出的高性能CM0S圖像傳感器芯片.支持130萬像素的圖像拍照和多種分辨率，包括l280×960、VGA、QQVGA、CIF、QCIF等及多種數(shù)據(jù)輸出格式，如Raw RGB、YUV(4：2：2)、YcbCr(4：2：2)等;支持8位或16位數(shù)據(jù)輸出;通過SC-CB接口對(duì)其編程，可實(shí)現(xiàn)圖像處理的各種基本功能，譬如曝光控制、白平衡、色彩飽和、伽馬控制等;芯片電壓要求低，可應(yīng)用于嵌入式移動(dòng)設(shè)備。

　　1.2 nRF24L01射頻芯片簡介

　　nRF24L01是挪威Nordic公司的單片無線GFSK收發(fā)芯片，工作于2.4～2.5 GHz的ISM頻段，無線傳輸率最大為2Mbps，與MCU采用SPI接口進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)傳輸。相比其上一代產(chǎn)品nRF2401，nRF24LOl的性能更為優(yōu)越，功耗更低。它最多能支持6路數(shù)據(jù)通道，且每條通道均支持Enhanced ShockBurst(ESB)技術(shù)，具備自動(dòng)應(yīng)糟(AACK)和自動(dòng)重發(fā)(ART)功能，減輕了MCU的負(fù)擔(dān)，降低了無線數(shù)據(jù)的丟包率，提高了雙向傳輸?shù)男省Ｔ陂_啟ESB的情況下，nRF24L0l發(fā)送完數(shù)據(jù)包后將自動(dòng)切換到接收模式以等待對(duì)方的應(yīng)答.并會(huì)根據(jù)寄存器的設(shè)定來實(shí)施自動(dòng)重發(fā)。

　　1.3 系統(tǒng)硬件電路

　　硬件電路由發(fā)送(獲取)端和接收(存儲(chǔ)顯示)端兩大部分組成，通過高速RF芯片實(shí)現(xiàn)在2.4 GHz頻段的無線鏈接。發(fā)送端以TMS320VC5402 DSP作為控制核心，OV9610攝像頭芯片作為視頻(或圖像)獲取前端，AT29LV1024 Flash ROM作為DSP自舉程序存儲(chǔ)芯片，K4S161622H IMB容量的SDRAM作為程序運(yùn)行空間以及視頻數(shù)據(jù)緩沖，視頻數(shù)據(jù)最終通過射頻芯片nRF24LOl發(fā)射出去;接收端的硬件結(jié)構(gòu)基本上與發(fā)送端一致，將前端的OV9640改換成后端的LCD顯示即可。整個(gè)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

　　1.4 系統(tǒng)工作原理和流程

　　1.4.1 發(fā)送端工作于視頻流模式

　　發(fā)送端由DSP作為核心控制芯片。DSP上電初始化，通過BootLoader把Flash ROM中的代碼加載到SDRAM中，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高速運(yùn)行以加快數(shù)據(jù)的處理速度，并將HPI接口設(shè)定為通用I/O。然后，通過McBSPO緩沖串口將nRF24L0l設(shè)定為發(fā)送模式，把含有預(yù)定地址的數(shù)據(jù)包發(fā)送出占以檢測接收端，nRF24L01會(huì)自動(dòng)切換到等待應(yīng)答信號(hào)的模式。若存在正確的接收端(地址相符)，則nRF24L01通過INTO中斷通知DSP，使DSP重新將nRF24L01設(shè)定為發(fā)送模式，并立即對(duì)OV9640初始化，通過McBSPl緩沖串口來實(shí)現(xiàn)SCCB總線，啟動(dòng)攝像頭并設(shè)定為連續(xù)幀模式。此時(shí)的分辨率為標(biāo)準(zhǔn)QQVGA，即160×120(@8bit)，最后，DSP把從D[7：O]獲得的8位并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為串行格式，通過SDRAM緩沖和McBSP0送給nRF24L01，將視頻數(shù)據(jù)發(fā)射出去。若沒有檢測到正確的接收端(沒有INTO中斷發(fā)生)，則DSP會(huì)一直等待INTO發(fā)生或直到用戶關(guān)閉電源。

　　1.4.2 發(fā)送端工作于拍攝模式

　　在視頻流傳輸過程中，nRF24LOl可以同時(shí)監(jiān)聽空中信號(hào)并自動(dòng)應(yīng)答。若收到來自接收端的拍照通知(按下按鈕)，則把OV9640設(shè)定為標(biāo)準(zhǔn)拍攝模式，分辨率為l280×960(@8bit)。然后，DSP將nRF24L01設(shè)定為發(fā)送模式，并將此時(shí)的幀數(shù)據(jù)發(fā)送出去。圖像數(shù)據(jù)發(fā)送完成并等到接收確認(rèn)信號(hào)后，系統(tǒng)將重新回到視頻流模式。若接收不成功，則nRF24LOl的自動(dòng)重發(fā)功能將確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾浴?/p>

　　1.4.3 接收端的工作流程

　　接收端上電初始化的情況基本與發(fā)送端一致，但要將nRF2dL01(按預(yù)定地址)設(shè)定為接收模式以接收檢測信號(hào)。檢測到相符的地址后，nRF24L0l的自動(dòng)應(yīng)答功能會(huì)發(fā)送應(yīng)答信號(hào)給發(fā)送端以確認(rèn)收到信號(hào)，此時(shí)雙方“握手”成功。接著，通過INTO中斷通知DSP，使得DSP重新將nRF24LOl設(shè)定為接收模式以接收來自發(fā)送端的連續(xù)視頻流，并且打開LCD模塊準(zhǔn)備顯示視頻。最后DSP通過SDRAM緩沖視頻流，送給LCD顯示(若LCD等其他后端模塊為并行接口，則需要將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成并行數(shù)據(jù)格式)。至此，系統(tǒng)已經(jīng)能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)的無線傳輸，實(shí)時(shí)視頻流的分辨率為QQVGAl60×120(@13fps)。

　　在視頻流的顯示過程中，若用戶按下拍照按鈕，則產(chǎn)生INTl中斷通知DSP，DSP會(huì)將nRF24LOl設(shè)定為發(fā)送模式并發(fā)送拍照通知信號(hào)。收到應(yīng)答信號(hào)后，nRP24L0l返回接收模式準(zhǔn)備接收圖像數(shù)據(jù)，接收完成后會(huì)自動(dòng)發(fā)送確認(rèn)信號(hào)以表示圖像數(shù)據(jù)接收成功。最后，DSP將圖像數(shù)據(jù)交由后端模塊處理。至此.系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了圖像的無線拍攝功能，拍照效果為1280×960(@130萬像素)，基本上能滿足拍照要求。

　　視頻系統(tǒng)接收端和發(fā)送端的工作流程如圖2所示。

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