超宽带无线视频监控系统的设计与实现

　　UWB 接收端使用复杂的接收算法对抗多径衰落。

　　接收端与PC 的接口选择了高速率、低成本的以太网。PC的视频解码和显示软件基于Windows 平台设计，使用免费的WinPcap 和OpenCV 软件包，易于软件的移植。

　　3 摄像头适配模块设计

　　摄像头适配模块提供摄像头驱动、应用层成帧、物理层等功能。摄像头驱动模块使用I2C 总线，实现VS6724的寄存器配置与工作状态控制。VS6724 工作状态的配置须考虑系统性能的要求与限制。为实现连续流畅的视频效果，VS6724 应工作在图像连续采集模式下，且帧率不小于25 f/s。图像分辨力为640×480，满足一般图像清晰度的要求。考虑到UWB 物理层传输速率的限制，VS6724 发送的图像格式将为JPEG，并使用自动压缩的方式控制每帧图像的大小，从而保证摄像头输出的净数据速率不超过物理层的传输能力上限。

　　应用层成帧模块将图像帧封装成应用层帧，并添加序列号、帧长度与校验和到帧尾（见图2），用来在接收和显示端检测不同类型的错误。摄像头输出的JPEG 图像自带帧头与帧尾标识，帧头为0xFFD8，帧尾为0xFFD9。

　　在应用层成帧的时候，借用了JPEG 的帧头与帧尾，化简了成帧操作。

　　物理层适配模块完成摄像头与物理层的速率适配。

　　实验发现，VS6724 输出图像数据并不是连续的，而是使用数据有效信号提供包络， 数据具有较强的突发性，且摄像头输出数据的时钟速率高于物理层读取数据的时钟速率，因此必须采用缓存队列的方式，保证突发数据不丢失。经过试验与计算，在帧率25 f/s 的工作状态下，使用2 kbyte 的缓存队列， 可以保证突发性最严重的数据也不会丢失。

　　4 UWB 发送端设计

　　UWB 发送端结构如图3 所示， 包括UWB 基带发送和UWB 射频发送两部分。在基带发送部分，经过适配的视频数据通过扰码增加伪随机性，再经过信道编码，插入训练序列后进行扩频调制，之后完成物理层成帧处理，再经过波形成型滤波器，发往射频发送模块。在射频发送模块，经过基带处理的数据通过混频器调制到射频，然后经由功率放大器（PA）和带通滤波器（BPF），由天线发射出去。

　　相对于接收端，UWB 发送端结构简单，易于小体积、低功耗的实现。为了满足传输性能的需求，在信道编码模块采用了RS 码与卷积码的级联码配合交织，提高纠错能力，对抗突发错误。在扩频调制之前插入训练用PN 序列，方便接收端均衡器的自适应调整。扩频调制使用BPSK调制方式，选择扩频比为2。扩频调制之后的成帧处理，加入了前导序列、帧头序列以及跟踪序列（见图4），以便接收端完成捕获、同步和跟踪的重要任务。这3 个序列同样使用PN 序列。滤波成型使用了根升余弦滤波器，选择滚降系数为1，使频带内发射功率尽可能大。