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數(shù)字無(wú)線視頻通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

云知道

作者：王盡秋
摘要：介紹一種用于家庭可視門(mén)鈴的無(wú)線視頻通信系統(tǒng) 。該系統(tǒng)將數(shù)字?jǐn)z像頭采集的圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)濾波、放大等處理，調(diào)制到2.4GHz的載波上，由無(wú)線收發(fā)模塊發(fā)射擊去；接收端將該視頻數(shù)據(jù)解調(diào)還原，并傳送到顯示模塊，在LCD顯示出來(lái) 。
要害詞：nRF2401無(wú)線視頻信號(hào)AT89C52攝像頭7260
目前，國(guó)內(nèi)安裝的可視門(mén)鈴多數(shù)是有線的，或是通過(guò)類(lèi)似于電視系統(tǒng)的調(diào)幅或調(diào)頻方式來(lái)發(fā)送圖像的 。出于成本的考慮，這些可視門(mén)鈴系統(tǒng)傳輸距離受限制，信號(hào)質(zhì)量不高，抗干擾性差 。隨著用戶(hù)要求的提高，尤其是在大型別墅中，門(mén)鈴和圖像接收端相距較遠(yuǎn)，這就需要將有線變?yōu)闊o(wú)線，模擬信號(hào)調(diào)幅或調(diào)頻無(wú)線傳輸變?yōu)閿?shù)字信號(hào)調(diào)制（FSK，QFSK，GFSK）無(wú)線傳輸 。FSK（FrequencyShiftKeying）即鍵控頻移，QFSK（QuadratureFrequency Shift Keying）即正交鍵控頻移，GFSK（Guassian Frequency Shift Keying）即高斯鍵控頻移 。通過(guò)系統(tǒng)的數(shù)字化，圖像信號(hào)質(zhì)量得到提高，抗干擾性得到大大加強(qiáng)；同時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的體積相比其它的傳輸方式將會(huì)減小很多，因此，具有廣泛的商業(yè)應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展前景 。
由于我們的系統(tǒng)用于別墅單用戶(hù)的可視門(mén)鈴，因此對(duì)圖像的連續(xù)性要求不高 。設(shè)想一直，在戶(hù)主聽(tīng)到門(mén)鈴響，再到門(mén)口查看監(jiān)視器的畫(huà)面最少需要3s 。只需要傳輸1幀圖像到監(jiān)視終端，讓?xiě)糁骺吹絹?lái)訪者是誰(shuí)就可以了 。因此由于成本的原因，我們會(huì)把采集到的圖像直接傳輸出去而中間不會(huì)加上昂貴的圖像壓縮解壓縮芯片 。
整個(gè)數(shù)字無(wú)線視頻通信系統(tǒng)主要由三個(gè)模塊構(gòu)成：圖像采集模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、圖像接收顯示模塊，如圖1所示 。
1; 圖像采集模塊
該模塊的硬件框圖如圖2所示 。
攝像頭7620是256色30萬(wàn)像素的CMOS攝像頭 。它輸出并行16位圖像信號(hào)，包括8位的色度信號(hào)、8位的亮度信號(hào)以及場(chǎng)同步與行同步信號(hào) 。1幀圖像（640×480）的尺寸是640×480×16=4915200（位）
假如以RF發(fā)送模塊nRF2401的最大速度1Mbps來(lái)計(jì)算，發(fā)送1幀圖像所要的時(shí)間為
4915200/1000 000=4.9152(s)
這顯然太長(zhǎng)了 。不過(guò)，7620還有一種工作模式就是，通過(guò)降低分辨率來(lái)減少圖像尺寸 。這種模式提供了320×240的圖像 。這樣，圖像數(shù)據(jù)不到3s就可以到達(dá)接收端，滿(mǎn)足可視門(mén)鈴的要求 。
8位色度信號(hào)、8位亮度信號(hào)以及場(chǎng)同步與行同步信號(hào)先通過(guò)FPGA緩存到RAM，同時(shí)轉(zhuǎn)換為異步串行數(shù)據(jù)，通過(guò)RF模塊發(fā)送 。圖3是7620的工作時(shí)序 。
圖3中，Y信號(hào)是8位亮度信號(hào)，UV是8位色度信號(hào) 。VSYNC是場(chǎng)同步信號(hào)，HREF是行同步信號(hào) 。
FPGA的工作是完成圖像數(shù)據(jù)的緩存控制以及啟動(dòng)RF模塊發(fā)送圖像數(shù)據(jù) 。這里，采用Altera公司的EPF6016 。它是一顆16000門(mén)的FPGA 。圖4為FPGA與攝像頭7260、MCU以及RF模塊的連接示意圖 。
圖4中，U1為EPF6016ATC100，J1是FPGA與攝像頭7260的連接插座 。Y、UV、VSYNC和HREF的定義如前，READY是MCU對(duì)FPGA的控制信號(hào)，DATA是FPGA與RF模塊之間的串行數(shù)據(jù)線 。
當(dāng)用戶(hù)按下門(mén)鈴，MCU收到命令開(kāi)啟照明燈，同時(shí)初始化攝像頭7260，并發(fā)送READY信號(hào)給FPGA，通知其預(yù)備接收?qǐng)D像信號(hào) 。由7260的工作時(shí)序可以看到，當(dāng)攝像頭采集到一幀圖像后，VSYNC便發(fā)送1個(gè)高電平，F(xiàn)PGA預(yù)備接收信號(hào) 。1幀圖像由很多行組成 。這些行在場(chǎng)同步信號(hào)VSYNC的兩個(gè)高電平之間傳送 。而每一行的信號(hào)傳輸現(xiàn)時(shí)由HREF同步 。當(dāng)HREF的上升沿來(lái)到后，F(xiàn)PGA開(kāi)始接收?qǐng)D像數(shù)據(jù) 。在PCLK的上升沿，每一行的圖像數(shù)據(jù)通過(guò)Y口和UV口送出，從時(shí)序圖可以看到1行包括640個(gè)點(diǎn) 。
FPGA需要將收到的圖像緩存到512KB的RAM，需要有20位的地址信號(hào)線和8位的數(shù)據(jù)信號(hào)線 。

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