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無線實時的QQVGA視頻和拍攝系統設計

發布時間:2008/5/27 0:00:00 訪問次數:768

        

    

     作者:廣東工業大學 彭慶棠

    

    摘要提出一種實用性較強的數字無線實時視頻通信和拍攝系統。該系統兼顧了高速與低功耗,能在2.4 ghzism頻段傳輸實時的qqvga視頻信號和1.3m像素的圖像數據;擴展性好,有廣闊的應用前景。

    

    關鍵詞 實時 qqvga拍攝系統 無線視頻 nrf24l01 dsp

    

    引 言

    

    目前,無線射頻芯片多數應用于傳輸控制信號或靜態圖像.數據吞吐量不大,一般情況下未能充分發揮射頻芯片所具有的高數據傳輸率的特點。隨著半導體制造技術的提高,出現了具備mbps級的空中數據傳輸率且功耗很低的射頻芯片,使連續傳送多幅圖像成為町能。另外,無線通信技術發展迅速,人們不再滿足于實現音頻和圖像的無線傳輸,對無線視頻的要求也開始出現,因而,采用高速射頻芯片的視頻系統將是未來數字無線通信的一大熱點。

    

    對于數字視頻(實際上是每秒包含多幅圖像),國際上已經制定了各種顯示標準,如qcif(176×144)、qqvga(160×120)、qvga(320×240)、ctf(352×288)、vga(640×480)、sxga(1 280×1 024)等。目前,高分辨率視頻的無線傳輸在技術上還不現實,也沒有必要,因為高分辨率意味著大面積的顯示材質,通常在便攜式無線通信設備中只要求達到一定的顯示面積即可,所以低分辨率的qcif和qqvga在可拍照手機、數碼相機、pda等設備中最為流行。

    

    本無線系統正是基于高速率射頻芯片的視頻通信系統,且具備即時拍攝功能;在視頻(連續)模式下采用qqvga的分辨率傳輸視頻數據,為160×120(@13fps),基本上能達到實時視頻的日的。在實際應用中,用戶可以在接收端的lcd中觀看(遠處的)發送端附近的景物。當見到感興趣的景物時,按下按鈕稍等片刻,即可得到1.3m像素的圖像,方便實用。為簡化設計,該系統只用了8位色深和rgb的數據格式,且未采用ccd攝像芯片,也未使用fpga芯片進行邏輯控制,節省了成本。

    

    下面著重講述以tms320vc5402 dsp為控制核心的無線視頻通信系統,詳細描述dsp與攝像芯片以及dsp與射頻芯片這兩大部分的接口設計,分析設計中的要點,最后給出部分dsp匯編代碼。

    

    1 無線實時視頻系統的組成與工作原理

    

    1.1 ov9640攝像芯片簡介

    

    ov9640是美國omnivision公司推出的高性能cm0s圖像傳感器芯片.支持130萬像素的圖像拍照和多種分辨率,包括l280×960、vga、qqvga、cif、qcif等及多種數據輸出格式,如raw rgb、yuv(4:2:2)、ycbcr(4:2:2)等;支持8位或16位數據輸出;通過sc-cb接口對其編程,可實現圖像處理的各種基本功能,譬如曝光控制、白平衡、色彩飽和、伽馬控制等;芯片電壓要求低,可應用于嵌入式移動設備。

    

    1.2 nrf24l01射頻芯片簡介

    

    nrf24l01是挪威nordic公司的單片無線gfsk收發芯片,工作于2.4~2.5 ghz的ism頻段,無線傳輸率最大為2mbps,與mcu采用spi接口進行控制和數據傳輸。相比其上一代產品nrf2401,nrf24lol的性能更為優越,功耗更低。它最多能支持6路數據通道,且每條通道均支持enhanced shockburst(esb)技術,具備自動應糟(aack)和自動重發(art)功能,減輕了mcu的負擔,降低了無線數據的丟包率,提高了雙向傳輸的效率。在開啟esb的情況下,nrf24l0l發送完數據包后將自動切換到接收模式以等待對方的應答.并會根據寄存器的設定來實施自動重發。

    

    1.3 系統硬件電路

    

    硬件電路由發送(獲取)端和接收(存儲顯示)端兩大部分組成,通過高速rf芯片實現在2.4 ghz頻段的無線鏈接。發送端以tms320vc5402 dsp作為控制核心,ov9610攝像頭芯片作為視頻(或圖像)獲取前端,at29lv1024 flash rom作為dsp自舉程序存儲芯片,k4s161622h imb容量的sdram作為程序運行空間以及視頻數據緩沖,視頻數據最終通過射頻芯片nrf24lol發射出去;接收端的硬件結構基本上與發送端一致,將前端的ov9640改換成后端的lcd顯示即可。整個系統的總體結構框圖如圖1所示。

    

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     作者:廣東工業大學 彭慶棠

    

    摘要提出一種實用性較強的數字無線實時視頻通信和拍攝系統。該系統兼顧了高速與低功耗,能在2.4 ghzism頻段傳輸實時的qqvga視頻信號和1.3m像素的圖像數據;擴展性好,有廣闊的應用前景。

    

    關鍵詞 實時 qqvga拍攝系統 無線視頻 nrf24l01 dsp

    

    引 言

    

    目前,無線射頻芯片多數應用于傳輸控制信號或靜態圖像.數據吞吐量不大,一般情況下未能充分發揮射頻芯片所具有的高數據傳輸率的特點。隨著半導體制造技術的提高,出現了具備mbps級的空中數據傳輸率且功耗很低的射頻芯片,使連續傳送多幅圖像成為町能。另外,無線通信技術發展迅速,人們不再滿足于實現音頻和圖像的無線傳輸,對無線視頻的要求也開始出現,因而,采用高速射頻芯片的視頻系統將是未來數字無線通信的一大熱點。

    

    對于數字視頻(實際上是每秒包含多幅圖像),國際上已經制定了各種顯示標準,如qcif(176×144)、qqvga(160×120)、qvga(320×240)、ctf(352×288)、vga(640×480)、sxga(1 280×1 024)等。目前,高分辨率視頻的無線傳輸在技術上還不現實,也沒有必要,因為高分辨率意味著大面積的顯示材質,通常在便攜式無線通信設備中只要求達到一定的顯示面積即可,所以低分辨率的qcif和qqvga在可拍照手機、數碼相機、pda等設備中最為流行。

    

    本無線系統正是基于高速率射頻芯片的視頻通信系統,且具備即時拍攝功能;在視頻(連續)模式下采用qqvga的分辨率傳輸視頻數據,為160×120(@13fps),基本上能達到實時視頻的日的。在實際應用中,用戶可以在接收端的lcd中觀看(遠處的)發送端附近的景物。當見到感興趣的景物時,按下按鈕稍等片刻,即可得到1.3m像素的圖像,方便實用。為簡化設計,該系統只用了8位色深和rgb的數據格式,且未采用ccd攝像芯片,也未使用fpga芯片進行邏輯控制,節省了成本。

    

    下面著重講述以tms320vc5402 dsp為控制核心的無線視頻通信系統,詳細描述dsp與攝像芯片以及dsp與射頻芯片這兩大部分的接口設計,分析設計中的要點,最后給出部分dsp匯編代碼。

    

    1 無線實時視頻系統的組成與工作原理

    

    1.1 ov9640攝像芯片簡介

    

    ov9640是美國omnivision公司推出的高性能cm0s圖像傳感器芯片.支持130萬像素的圖像拍照和多種分辨率,包括l280×960、vga、qqvga、cif、qcif等及多種數據輸出格式,如raw rgb、yuv(4:2:2)、ycbcr(4:2:2)等;支持8位或16位數據輸出;通過sc-cb接口對其編程,可實現圖像處理的各種基本功能,譬如曝光控制、白平衡、色彩飽和、伽馬控制等;芯片電壓要求低,可應用于嵌入式移動設備。

    

    1.2 nrf24l01射頻芯片簡介

    

    nrf24l01是挪威nordic公司的單片無線gfsk收發芯片,工作于2.4~2.5 ghz的ism頻段,無線傳輸率最大為2mbps,與mcu采用spi接口進行控制和數據傳輸。相比其上一代產品nrf2401,nrf24lol的性能更為優越,功耗更低。它最多能支持6路數據通道,且每條通道均支持enhanced shockburst(esb)技術,具備自動應糟(aack)和自動重發(art)功能,減輕了mcu的負擔,降低了無線數據的丟包率,提高了雙向傳輸的效率。在開啟esb的情況下,nrf24l0l發送完數據包后將自動切換到接收模式以等待對方的應答.并會根據寄存器的設定來實施自動重發。

    

    1.3 系統硬件電路

    

    硬件電路由發送(獲取)端和接收(存儲顯示)端兩大部分組成,通過高速rf芯片實現在2.4 ghz頻段的無線鏈接。發送端以tms320vc5402 dsp作為控制核心,ov9610攝像頭芯片作為視頻(或圖像)獲取前端,at29lv1024 flash rom作為dsp自舉程序存儲芯片,k4s161622h imb容量的sdram作為程序運行空間以及視頻數據緩沖,視頻數據最終通過射頻芯片nrf24lol發射出去;接收端的硬件結構基本上與發送端一致,將前端的ov9640改換成后端的lcd顯示即可。整個系統的總體結構框圖如圖1所示。

    

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