基于MPEG-4編碼的近距離無線視頻傳輸系統(tǒng)

摘要 為實(shí)現(xiàn)近距離無線視頻傳輸，提出了一種基于MPEG-4編碼的近距離無線視頻傳輸方案。由CMOS攝像頭OV7620采集到的數(shù)據(jù)，通過專用MPEG-4編碼器，ML86410得到速率低于2 Mbit·s-1的MPEG-4數(shù)據(jù)流，在FPGA控制器的控制下，通過nRF24L01無線發(fā)送；接收端利用同系列芯片nRF24LU1接收無線數(shù)據(jù)，其自帶USB協(xié)議和接口，再把數(shù)據(jù)流送入PC顯示。通過仿真板電路測試，獲得了良好的圖像，證明電路可以實(shí)現(xiàn)視頻無線傳輸?shù)慕Y(jié)論。
關(guān)鍵詞 MPEG-4編碼；ML86410；無線傳輸；nRF24L01；nRF24LU1

無線視頻通信作為第三代移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)得到了廣泛關(guān)注。但其是為遠(yuǎn)距離多用戶服務(wù)的，開發(fā)難度大，需要眾多輔助技術(shù)支持。然而，近距離無線視頻通信可以采用較為成熟的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，它可以應(yīng)用于視頻監(jiān)控中不易連線的部分以及近距離巡視，它不同于3G技術(shù)中的視頻傳輸，具有易于開發(fā)、傳輸距離近等特點(diǎn)。要實(shí)現(xiàn)無線視頻傳輸，就要應(yīng)用大壓縮比的視頻壓縮編碼滿足無線傳輸速率的苛刻要求，MPEG-4編碼是基于圖像內(nèi)容的第二代視頻編碼方案，并將對象合成的編碼方案也結(jié)合在標(biāo)準(zhǔn)中，它根據(jù)圖像的內(nèi)容將圖像分割為不同的視頻對象(VO)。在編碼過程中，前景和背景對像采用不同的編碼策略：前景對像的編碼壓縮盡可能保留壓縮對像的細(xì)節(jié)和平滑性；對背景視頻對像，采用大壓縮比的編碼策略，而在解碼端用其他的背景拼成新的的背景。因此它可以實(shí)現(xiàn)大壓縮比的視頻編碼，不僅解決了塊效應(yīng)，同時(shí)解決了無線傳輸時(shí)的帶寬限制問題，因此MPEG-4被作為無線通信系統(tǒng)中主要的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。

1 系統(tǒng)硬件總體方案
圖1所示為無線視頻傳輸系統(tǒng)框圖。采用專用MPEG-4編碼器，可以獲得良好的性價(jià)比，因此采用日本OKI公司的ML86410芯片是較好的MPEG-4視頻壓縮解決方案；同時(shí)采用挪威Nordic公司的nRF24L01和nRF24LU1芯片實(shí)現(xiàn)無線傳輸，它們不僅具有高達(dá)2 Mbit·s-1的無線空中速率，而且后者帶有增強(qiáng)型8051內(nèi)核和USB2．0協(xié)議的無線Soc芯片，較好地解決了與PC機(jī)的連接問題；控制器采用廣泛使用的低功耗FPGA來協(xié)調(diào)控制視頻流的無線傳輸以及對OV7620和ML86410進(jìn)行控制和模式配置，F(xiàn)PGA準(zhǔn)確地邏輯性保證了傳輸?shù)目煽啃浴?/p>本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/156073.htm

從圖中可以看出，在視頻采集電路中，F(xiàn)PGA是整個(gè)系統(tǒng)的核心控制器。它的作用是無線接收配置參數(shù)，對圖像CMOS傳感器和ML86410進(jìn)行初始化配置；當(dāng)開始圖像采集后，其負(fù)責(zé)接收MPEG-4視頻數(shù)據(jù)，并進(jìn)行無線傳輸。設(shè)計(jì)重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了視頻的無線傳輸，采用具有nRF24系列芯片，具有2 Mbit·s-1的空中速率；這樣的速率對一般視頻數(shù)據(jù)流是不能實(shí)現(xiàn)無線傳輸?shù)?，所以要采取具有高壓縮率的MPEG-4視頻編碼，其要求的傳輸速率較低，當(dāng)圖像分辨率為176×144時(shí)，速率為4 800～64 000 bit·s-1。
1．1 視頻采集模塊電路
1．1．1 OV7620
OV7620是一種CMOS圖像傳感器，被廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)攝像頭、攝像手機(jī)等產(chǎn)品中。它是一種CMOS彩色／黑白圖像傳感器，支持連續(xù)和隔行兩種掃描方式，VGA和QVGA兩種圖像格式；最高像素為664×492，幀速率為30 f·s-1；數(shù)據(jù)輸出格式包括YUV、YcrCb和RGB這3種，能夠滿足一般圖像采集系統(tǒng)的要求。OV7620內(nèi)部具有可編程功能寄存器，設(shè)置有上電模式和SCCB編程模式，設(shè)計(jì)中采用了SCCB編程控制協(xié)議，連續(xù)掃描，8位YUV數(shù)據(jù)輸出。
1．1．2 ML86410壓縮芯片
ML86410是日本OKI公司面向監(jiān)視攝像機(jī)、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)等圖像監(jiān)控設(shè)備開發(fā)的一種能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行MPEG-4圖像壓縮(編碼)處理的單芯片。以往面向網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視攝像機(jī)的視頻編碼方式一般采用Motion-JPEG方式，存在著壓縮率低的問題。在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行視頻傳輸時(shí)，受網(wǎng)絡(luò)帶寬的影響，使得傳輸圖像的尺寸縮小，并帶來畫質(zhì)下降和動(dòng)畫圖像的幀率降低等限制。于是，OKI采用MPEG-4視頻編碼國際標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)了具有高壓縮率的高畫質(zhì)視頻MPEG-4編碼器芯片ML86410。它采用了獨(dú)創(chuàng)的專用加速器，無需高速CPU、DSP，與以往方式相比實(shí)現(xiàn)了低功耗，并大幅度降低了產(chǎn)品成本。
ML86410由視頻接口、MPEG-4編碼器、主機(jī)接口電路、鎖相環(huán)PLL和DRAM存儲器控制組成。其特性如表1所示。