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超宽带无线视频监控系统的设计

作者: 时间:2012-03-03 来源:网络 收藏
: rgb(255,255,255); orphans: 2; widows: 2; -webkit-text-size-adjust: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px">  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。

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  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。

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  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。

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5 UWB 接收端设计

  5.1 UWB 射频接收端设计

  UWB 接收端承担着对抗多径衰落的重要任务,因此其设计复杂度比发送端高很多。UWB 接收端也包括射频接收与基带接收两部分。在射频接收部分(见图5),使用零中频正交解调的方式处理射频信号。射频信号经低噪放大器(LNA)与射频放大器(RFA)实现低噪声放大,再经正交混频,产生I,Q 信号,供基带载波恢复使用。自动增益控制放大器(AGC) 将混频后的信号幅度调整至适合ADC满幅工作的状态,低通滤波器(LPF)滤除高频分量后,信号被送至基带接收部分处理。



关键词: 超宽带 无线 视频监控

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