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通信电路中的近距离无线视频传输系统电路设计
接线图
2023年10月20日 20:39 129
admin
无线视频通信作为第三代移动通信关键技术得到了广泛关注。但其是为远距离多用户服务的，开发难度大，需要众多辅助技术支持。然而，近距离无线视频通信可以采用较为成熟的技术实现，它可以应用于视频监控中不易连线的部分以及近距离巡视，它不同于3G技术中的视频传输，具有易于开发、传输距离近等特点。要实现无线视频传输，就要应用大压缩比的视频压缩编码满足无线传输速率的苛刻求，MPEG-4编码是基于图像内容的第二代视频编码方案，并将对象合成的编码方案也结合在标准中，它根据图像的内容将图像分割为不同的视频对象（VO）。在编码过程中，前景和背景对像采用不同的编码策略：前景对像的编码压缩尽可能保留压缩对像的细节和平滑性；对背景视频对像，采用大压缩比的编码策略，而在解码端用其他的背景拼成新的的背景。因此它可以实现大压缩比的视频编码，不仅解决了块效应，同时解决了无线传输时的带宽限制问题，因此MPEG-4被作为无线通信系统中主要的视频编码标准。
电路系统原理：用专用MPEG-4编码器，可以获得良好的性价比，因此采用ML86410芯片是较好的MPEG- 4视频压缩解决方案；同时采用nRF24L01和nRF24LU1芯片实现无线传输，它们不仅具有高达2 Mbit·s-1的无线空中速率，而且后者带有增强型8051内核和USB2.0协议的无线Soc芯片，较好地解决了与PC机的连接问题；控制器采用广泛使用的低功耗FPGA来协调控制视频流的无线传输以及对OV7620和ML86410进行控制和模式配置，FPGA准确地逻辑性保证了传输的可靠性。
nRF24L01及其连接电路
下位机的无线连接采用Nordic Semiconductor公司的nRF24L01.它是一款新型单片射频收发器件，工作于2.4~2.5 GHz ISM频段，采用GFSK调制，硬件集成OSI链路层，最高空中速率达到2Mbit·s-1,采用SPI接口连接控制器。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块并融合了增强型ShockBurst技术，其输出功率和通信频道可通过程序进行配置，有125个频道。nRF24L01功耗低，在以功率为-6 dBm发射时，工作电流只有9 mA;接收时，工作电流为12.3 mA.采用SPI接口与控制器FPGA进行连接，负责开机时接收各个器件的配置信息，完成配置后进行视频数据流的无线发送。其中，CE是发射和接收切换引脚，CSN为片选，IRQ为中断信号输出引脚，连接电路图如图4所示。
nRF24LU1及其应用电路
nRF24LU1+是 Nordic推出的一款将高性能射频收发器与单片USBdongle功能结合起的无线收发芯片，它可实现无线数据到USB数据形式的转换，这样就实现了与 PC机的连接。nRF24LU1+内含1个增强型8051MCU内核、无线收发模块、符合全速USB2.0标准的器件控制器。nRF2ALU1+显着地增强了抗宽带干扰和互调失真（IMD）性能。nRF24LU1+芯片需要的外部元件只是低成本的16 MHz晶振、去耦电路、匹配网络和天线。USB工作电源电压范围4.0~5.25 V.nRF24LU1+是单片结构，外形尺寸5 mm×5 mm.它的最高速率2 Mbit·s-1,兼容所有nRF24系列芯片；使用Enhanced ShockedBust技术可以实现数据包的自动打包/解包和传输处理；使用MultiCeiver技术可同时支持6个无线装置，频段、输出能量和其他射频参数可通过射频寄存器进行编程调节，电路图如图5所示。
PA和LNA
单独只采用nRF芯片只能近距离的无线通信，为增加无线视频传输的距离，需要加入PA.从增加数据通信距离考虑，还需要增加芯片输入端的接收灵敏度，选用合适的LNA和滤波器成为必然。设计选用Maxim公司的MAX2240和MAX2644,连接电路如图6所示。
MAX224O专为2.4~2.5 GHz频段的应用而设计，符合Bluetooth、HomeRF、802.11标准以及其他FSK调制系统的要求。MAX2644是一款专为 WLAN,Bluetooth等工作在2.4 GHz频段内的设备设计的高三阶交调点的低噪声放大器。放大电路中，微波开关采用Hittite公司生产的低成本SPDT微波开关，型号HMC545,该开关特别为3G和ISM频段工作的设备设计，其插入损耗仅有0.25 dB,采用SOT封装、体积小，可用CMOS或TTL电平控制。利用nRF芯片的VDD_PA引脚控制无线发送和接收的切换。
采用具有可靠逻辑功能的FPGA协调MPEG-4视频流到无线数据流的转换和发送，可以保证无线视频传输的性能；同时在终端采用带有无线功能和 USB2.0协议的SOC芯片来实现与PC连接，不仅保证了无线传输的可靠性，还使得电路小型化，方便使用。测试表明，无线速率低于2 Mbit·s-1时，可以实现无线视频的可靠传输。
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