小功率視頻信號(hào)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

李誠(chéng) 龐博

摘 要：隨著無(wú)線視頻傳輸在當(dāng)前社會(huì)的廣泛應(yīng)用，對(duì)無(wú)線傳輸?shù)馁|(zhì)量、速率等要求也越來(lái)越高。針對(duì)家庭、車(chē)庫(kù)、醫(yī)院等小范圍區(qū)域，設(shè)計(jì)了一種基于無(wú)線傳輸技術(shù)的短距視頻通信系統(tǒng)。系統(tǒng)包括接收主節(jié)點(diǎn)A、信號(hào)發(fā)送從節(jié)點(diǎn)B和C三部分，具有AV信號(hào)直接傳輸、中繼傳輸，字符疊加等功能。采用2.4G無(wú)線傳輸方式實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸。從節(jié)點(diǎn)B，C選用STM32F103RET單片機(jī)作為主控芯片，并結(jié)合行、場(chǎng)同步信號(hào)提取和視頻疊加電路，完成疊加指定字符B或C。經(jīng)測(cè)試，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，圖像清晰，總體功耗低于150 mW，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸距離大于5 m，中繼傳輸距離大于10 m。

關(guān)鍵詞：STM32F103RET;視頻無(wú)線傳輸;字符疊加;信號(hào)中繼;低功耗

中圖分類(lèi)號(hào)：TP925+.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-1302（2019）01-00-02

0 引 言

隨著通信技術(shù)的高速發(fā)展，人們對(duì)多元化的信息需求日趨突出，單一化的語(yǔ)音數(shù)據(jù)傳輸已無(wú)法滿足信息交互的需

求[1]。小范圍區(qū)域的無(wú)線視頻、音頻等通信傳輸已成為當(dāng)今通信業(yè)乃至整個(gè)信息業(yè)的熱點(diǎn)[2]。傳統(tǒng)的視頻通信技術(shù)需要布線，不僅成本高，還要考慮特殊地理環(huán)境的影響。而無(wú)線通信系統(tǒng)不受布置信號(hào)線的約束，且制作成本低、功率消耗小[3-4]。本文設(shè)計(jì)了基于STM32芯片的短距離視頻信號(hào)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)測(cè)試，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)AV信號(hào)直接傳輸、中繼傳輸和字符疊加等功能。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)利用STM32F103RET單片機(jī)和分立器件構(gòu)成視頻同步分離電路和字符疊加電路。通過(guò)無(wú)線發(fā)送和接收模塊實(shí)現(xiàn)視頻AV信號(hào)的無(wú)線傳輸、字符疊加、信號(hào)中繼、信號(hào)接收等，信號(hào)源節(jié)點(diǎn)功率消耗低。系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。

1.1 無(wú)線音視頻通信模塊

采用TX6729，RX6788音視頻發(fā)射解調(diào)模塊傳輸模擬視頻信號(hào)。該模塊采用單芯片設(shè)計(jì)，集成VCO，PLL，寬帶FM視頻解調(diào)，F(xiàn)M伴音解調(diào)，能夠傳輸模擬數(shù)字視頻信號(hào)，節(jié)點(diǎn)可以直接接收模擬信號(hào)，降低了開(kāi)發(fā)難度。該模塊具有體積小、功耗低、靈敏度高等特點(diǎn)[5]。

1.2 字符疊加模塊

要在屏幕上穩(wěn)定地進(jìn)行字符疊加，必須在全視頻信號(hào)中提取行、場(chǎng)同步信號(hào)[6]，通過(guò)分立器件組成的行場(chǎng)同步分離電路，從視頻圖像信號(hào)中分離出場(chǎng)、行同步信號(hào)，疊加器內(nèi)部電路受外來(lái)同步信號(hào)控制[7-8]。該電路性能穩(wěn)定可靠，成本低、功耗小。

1.3 主控芯片

各節(jié)點(diǎn)采用STM32F103RET作為主控芯片，STM32單片機(jī)能夠以5 MHz的頻率將數(shù)據(jù)串行輸出，并且在視頻信號(hào)行場(chǎng)消隱期內(nèi)完成字符數(shù)據(jù)的讀取與主控CPU的通信等操作，顯示穩(wěn)定[9]。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)利用軟件檢測(cè)行、場(chǎng)同步信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)字符指定位置的字符輸出顯示。STM32F103RET主程序通過(guò)配置相關(guān)GPIO口、外部中斷0和中斷優(yōu)先級(jí)實(shí)現(xiàn)STM32初始化。主程序流程如圖2所示。

當(dāng)STM32F103RET接收到外部行信號(hào)時(shí)則中斷，清除中斷標(biāo)志位防止重復(fù)接收，判斷行信號(hào)數(shù)量，當(dāng)行信號(hào)在40～169之間時(shí)，延時(shí)25 μs并發(fā)送顯示字符，退出中斷。中斷流程如圖3所示。

3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試與結(jié)果

3.1 行、場(chǎng)同步信號(hào)提取測(cè)試

將AV視頻信號(hào)連接到視頻同步信號(hào)提取電路輸入端，把電路的行同步輸出和場(chǎng)同步輸出分別連接到數(shù)字示波器的信號(hào)輸入端，通過(guò)用數(shù)字示波器測(cè)試行同步信號(hào)與場(chǎng)同步信號(hào)波形，得到提取并整形后的行、場(chǎng)同步信號(hào)參數(shù)見(jiàn)表1所列。

3.2 視頻疊加測(cè)試

將AV視頻信號(hào)分別輸入到字符疊加電路、視頻同步信號(hào)提取電路與LCD5802，然后將行、場(chǎng)同步信號(hào)輸出端以及字符疊加輸出端連接到單片機(jī)的I/O口以供單片機(jī)檢測(cè)，最后觀察LCD屏幕上顯示的字符[10]。在進(jìn)行視頻字符疊加時(shí)（以字符“B”為例），若視頻圖案明暗反差太大，行信號(hào)會(huì)受到干擾，產(chǎn)生毛刺，影響字符疊加效果，因此需在行信號(hào)提取電路輸出端加濾波電容。視頻效果如圖4所示。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

測(cè)試中發(fā)現(xiàn)無(wú)線發(fā)送模塊工作在3 V電壓環(huán)境時(shí)，電流為50 mA，功耗較大，為150 mW，傳輸距離大于10 m。在發(fā)射模塊的電源供電回路中串接2個(gè)二極管，使之工作在1.6 V電壓環(huán)境，工作電流約20 mA，功耗為32 mW，功耗明顯降低。關(guān)閉STM32F103RET單片機(jī)如AD、定時(shí)器3等模塊，并設(shè)置為低功耗模式。通過(guò)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，節(jié)點(diǎn)B，C功耗均小于150 mW，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信距離大于5 m，中繼通信距離大于10 m。功耗測(cè)試參數(shù)見(jiàn)表2所列，通信距離測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表3所列。

5 結(jié) 語(yǔ)

隨著社會(huì)的發(fā)展，短距離無(wú)線通信技術(shù)已被大量應(yīng)用到人們的生活中，且字符疊加單元已成功應(yīng)用于視頻通信系統(tǒng)，這一技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，豐富了無(wú)線通信產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用，為科技注入了新的活力。

參 考 文 獻(xiàn)

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