超寬帶無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
1 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(wú)線信號(hào)實(shí)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(wú)線視頻監(jiān)控和一些特殊場(chǎng)景下的應(yīng)用, 對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)提出了特殊的要求,如視頻采集設(shè)備要體積小、功耗低,監(jiān)控系統(tǒng)抗干擾、抗衰落能力要強(qiáng)等。UWB 技術(shù)在短距離傳輸時(shí)高速率、低功耗的特點(diǎn),為實(shí)現(xiàn)以上要求提供了便利。
基于UWB 的無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)有許多設(shè)計(jì)難點(diǎn)。
首先,傳統(tǒng)的視頻采集設(shè)備體積通常較大,且在電池供電的情況下很難工作較長(zhǎng)時(shí)間,選擇合適的視頻采集設(shè)備對(duì)于實(shí)現(xiàn)發(fā)送端體積與功耗的優(yōu)化極為重要;其次,特殊場(chǎng)景的傳輸環(huán)境通常伴有較為嚴(yán)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(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的無(wú)線傳輸, 是設(shè)計(jì)UWB 無(wú)線收發(fā)模塊必須考慮的。
此外,對(duì)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(duì)以上設(shè)計(jì)難點(diǎn),筆者提出了具體的設(shè)計(jì)方案,其性能在實(shí)際系統(tǒng)中得到了驗(yàn)證。
超寬帶無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)示意圖
2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案
系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)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(hào)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(wú)線信號(hào)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(yùn)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(shè)計(jì)應(yīng)以體積和功耗作為第一考慮。意法半導(dǎo)體為手機(jī)、PDA 等設(shè)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(duì)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(jìn)行Motion JPEG 處理, 以實(shí)現(xiàn)視頻顯示的目的。
在UWB 無(wú)線傳輸體制方面, 設(shè)計(jì)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(kuò)頻的UWB 方案。相對(duì)于主流方案MB-OFDM,SC-UWB 方案發(fā)送端顯著簡(jiǎn)單,且對(duì)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(shí)現(xiàn)。
UWB 接收端使用復(fù)雜的接收算法對(duì)抗多徑衰落。
接收端與PC 的接口選擇了高速率、低成本的以太網(wǎng)。PC的視頻解碼和顯示軟件基于Windows 平臺(tái)設(shè)計(jì),使用免費(fèi)的WinPcap 和OpenCV 軟件包,易于軟件的移植。
3 攝像頭適配模塊設(shè)計(jì)
評(píng)論