近距離無(wú)線視頻傳輸系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

　　無(wú)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(hù)服務(wù)的，開(kāi)發(fā)難度大，需要眾多輔助技術(shù)支持。然而，近距離無(wú)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(kāi)發(fā)、傳輸距離近等特點(diǎn)。要實(shí)現(xiàn)無(wú)線視頻傳輸，就要應(yīng)用大壓縮比的視頻壓縮編碼滿足無(wú)線傳輸速率的苛刻求，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(duì)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(duì)象（VO）。在編碼過(guò)程中，前景和背景對(duì)像采用不同的編碼策略：前景對(duì)像的編碼壓縮盡可能保留壓縮對(duì)像的細(xì)節(jié)和平滑性；對(duì)背景視頻對(duì)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(wú)線傳輸時(shí)的帶寬限制問(wèn)題，因此MPEG-4被作為無(wú)線通信系統(tǒng)中主要的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。

　　電路系統(tǒng)原理：用專(zhuān)用MPEG-4編碼器，可以獲得良好的性?xún)r(jià)比，因此采用ML86410芯片是較好的MPEG- 4視頻壓縮解決方案；同時(shí)采用nRF24L01和nRF24LU1芯片實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸，它們不僅具有高達(dá)2 Mbit·s-1的無(wú)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(wú)線Soc芯片，較好地解決了與PC機(jī)的連接問(wèn)題；控制器采用廣泛使用的低功耗FPGA來(lái)協(xié)調(diào)控制視頻流的無(wú)線傳輸以及對(duì)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>

　　nRF24L01及其連接電路

　　下位機(jī)的無(wú)線連接采用Nordic Semiconductor公司的nRF24L01。它是一款新型單片射頻收發(fā)器件，工作于2．4～2．5 GHz ISM頻段，采用GFSK調(diào)制，硬件集成OSI鏈路層，最高空中速率達(dá)到2Mbit·s-1，采用SPI接口連接控制器。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能模塊并融合了增強(qiáng)型ShockBurst技術(shù)，其輸出功率和通信頻道可通過(guò)程序進(jìn)行配置，有125個(gè)頻道。nRF24L01功耗低，在以功率為-6 dBm發(fā)射時(shí)，工作電流只有9 mA；接收時(shí)，工作電流為12．3 mA。采用SPI接口與控制器FPGA進(jìn)行連接，負(fù)責(zé)開(kāi)機(jī)時(shí)接收各個(gè)器件的配置信息，完成配置后進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)流的無(wú)線發(fā)送。其中，CE是發(fā)射和接收切換引腳，CSN為片選，IRQ為中斷信號(hào)輸出引腳，連接電路圖如圖4所示。

　　nRF24LU1及其應(yīng)用電路

　　nRF24LU1+是 Nordic推出的一款將高性能射頻收發(fā)器與單片USBdongle功能結(jié)合起的無(wú)線收發(fā)芯片，它可實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)到USB數(shù)據(jù)形式的轉(zhuǎn)換，這樣就實(shí)現(xiàn)了與 PC機(jī)的連接。nRF24LU1+內(nèi)含1個(gè)增強(qiáng)型8051MCU內(nèi)核、無(wú)線收發(fā)模塊、符合全速USB2．0標(biāo)準(zhǔn)的器件控制器。nRF2ALU1+顯著地增強(qiáng)了抗寬帶干擾和互調(diào)失真（IMD）性能。nRF24LU1+芯片需要的外部元件只是低成本的16 MHz晶振、去耦電路、匹配網(wǎng)絡(luò)和天線。USB工作電源電壓范圍4．0～5．25 V。nRF24LU1+是單片結(jié)構(gòu)，外形尺寸5 mm&TImes;5 mm。它的最高速率2 Mbit·s-1，兼容所有nRF24系列芯片；使用Enhanced ShockedBust技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的自動(dòng)打包／解包和傳輸處理；使用MulTICeiver技術(shù)可同時(shí)支持6個(gè)無(wú)線裝置，頻段、輸出能量和其他射頻參數(shù)可通過(guò)射頻寄存器進(jìn)行編程調(diào)節(jié)，電路圖如圖5所示。

　　PA和LNA

　　單獨(dú)只采用nRF芯片只能近距離的無(wú)線通信，為增加無(wú)線視頻傳輸?shù)木嚯x，需要加入PA。從增加數(shù)據(jù)通信距離考慮，還需要增加芯片輸入端的接收靈敏度，選用合適的LNA和濾波器成為必然。設(shè)計(jì)選用Maxim公司的MAX2240和MAX2644，連接電路如圖6所示。

　　MAX224O專(zhuān)為2．4～2．5 GHz頻段的應(yīng)用而設(shè)計(jì)，符合Bluetooth、HomeRF、802．11標(biāo)準(zhǔn)以及其他FSK調(diào)制系統(tǒng)的要求。：MAX2644是一款專(zhuān)為 WLAN，Bluetooth等工作在2．4 GHz頻段內(nèi)的設(shè)備設(shè)計(jì)的高三階交調(diào)點(diǎn)的低噪聲放大器。放大電路中，微波開(kāi)關(guān)采用HitTIte公司生產(chǎn)的低成本SPDT微波開(kāi)關(guān)，型號(hào)HMC545，該開(kāi)關(guān)特別為3G和ISM頻段工作的設(shè)備設(shè)計(jì)，其插入損耗僅有0．25 dB，采用SOT封裝、體積小，可用CMOS或TTL電平控制。利用nRF芯片的VDD_PA引腳控制無(wú)線發(fā)送和接收的切換。

　　采用具有可靠邏輯功能的FPGA協(xié)調(diào)MPEG-4視頻流到無(wú)線數(shù)據(jù)流的轉(zhuǎn)換和發(fā)送，可以保證無(wú)線視頻傳輸?shù)男阅?；同時(shí)在終端采用帶有無(wú)線功能和 USB2．0協(xié)議的SOC芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)與PC連接，不僅保證了無(wú)線傳輸?shù)目煽啃?，還使得電路小型化，方便使用。測(cè)試表明，無(wú)線速率低于2 Mbit·s-1時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線視頻的可靠傳輸。