超宽带无线视频监控系统的设计与实现

【摘要】针对无线视频采集设备高速率、小体积、低功耗的要求，建立了基于低功耗摄像头和无线超宽带技术的视频监控系统设计方案。采用VS6724 摄像头实现视频采集，单载波UWB（SC-UWB）方案实现无线传输，既满足了视频采集设备对于体积和功耗的要求，又有效对抗了多径的影响。基于PC 平台实现视频解码与播放，可移植性强。验证了系统基于FPGA 和PC 平台构建，在密集多径和深度衰落的实际场景下，测试效果良好。

　　1 引言

　　超宽带（Ultra Wideband，UWB）是一种利用低功率谱密度、超高带宽的无线信号实现短距离高速传输的技术[1]。最近几年，UWB 技术不断发展，基于UWB 的各种研究已经取得了诸多成果。另一方面，无线视频监控和一些特殊场景下的应用， 对监控系统提出了特殊的要求，如视频采集设备要体积小、功耗低，监控系统抗干扰、抗衰落能力要强等。UWB 技术在短距离传输时高速率、低功耗的特点，为实现以上要求提供了便利。

　　基于UWB 的无线视频监控系统有许多设计难点。

　　首先，传统的视频采集设备体积通常较大，且在电池供电的情况下很难工作较长时间，选择合适的视频采集设备对于实现发送端体积与功耗的优化极为重要；其次，特殊场景的传输环境通常伴有较为严重的多径衰落，如何既满足发送端体积与功耗的限制， 又实现高质量的无线传输， 是设计UWB 无线收发模块必须考虑的。

　　此外，对于接收端的视频解码与显示软件，也需要考虑可移植性与提高显示质量的问题。针对以上设计难点，笔者提出了具体的设计方案，其性能在实际系统中得到了验证。

　　2 系统总体设计方案

　　系统总体设计方案如图1 所示。在视频采集与发送端，使用小型摄像头，配合摄像头适配，完成视频采集。采集到的视频信号经过UWB 基带和射频处理， 经由天线发送。在视频接收与显示端，天线接收到的无线信号经过UWB 射频和基带接收模块处理以及以太网成帧后发往PC，由运行在PC 上的视频解码与播放软件显示。

　　视频采集与发送端的设计应以体积和功耗作为第一考虑。意法半导体为手机、PDA 等设备开发的VS6724 摄像头， 体积为8.00 mm×8.00 mm×5.55 mm， 功耗不超过500 mW，是比较理想的摄像头方案。VS6724 具有1 600×1 200 像素分辨力和全面的图像处理功能， 支持30 f/s（帧/秒）、UXGA 格式的图像采集和传输， 并内嵌JPEG压缩功能，避免了系统对其他视频压缩模块的需求，降低了体积与功耗。视频接收与显示端可以将连续的JPEG 图像进行Motion JPEG 处理， 以实现视频显示的目的。

　　在UWB 无线传输体制方面， 设计选择了单载波UWB（SC-UWB）方案[4-5]。SC-UWB 是一种基于单载波直接序列扩频的UWB 方案。相对于主流方案MB-OFDM，SC-UWB 方案发送端显着简单，且对射频线性度和ADC精度等要求较低，利于发送端小体积、低功耗的实现。