基于高速率射頻芯片的視頻通信系統介紹

引 言

　　本無(wú)線(xiàn)系統基于高速率射頻芯片的視頻通信系統，且具備即時(shí)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(shí)時(shí)視頻的日的。在實(shí)際應用中，用戶(hù)可以在接收端的LCD中觀(guān)看(遠處的)發(fā)送端附近的景物。當見(jiàn)到感興趣的景物時(shí)，按下按鈕稍等片刻，即可得到1.3M像素的圖像，方便實(shí)用。為簡(jiǎn)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(jìn)行邏輯控制，節省了成本。

　　下面著(zhù)重講述以TMS320VC5402 DSP為控制核心的無(wú)線(xiàn)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(diǎn)，最后給出部分DSP匯編代碼。

　　1 無(wú)線(xiàn)實(shí)時(shí)視頻系統的組成與工作原理

　　1.1 OV9640攝像芯片簡(jiǎn)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(wàn)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(guò)SC-CB接口對其編程，可實(shí)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(dòng)設備。

　　1.2 nRF24L01射頻芯片簡(jiǎn)介

　　nRF24L01是挪威Nordic公司的單片無(wú)線(xiàn)GFSK收發(fā)芯片，工作于2.4～2.5 GHz的ISM頻段，無(wú)線(xiàn)傳輸率最大為2Mbps，與MCU采用SPI接口進(jìn)行控制和數據傳輸。相比其上一代產(chǎn)品nRF2401，nRF24LOl的性能更為優(yōu)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(shù)，具備自動(dòng)應糟(AACK)和自動(dòng)重發(fā)(ART)功能，減輕了MCU的負擔，降低了無(wú)線(xiàn)數據的丟包率，提高了雙向傳輸的效率。在開(kāi)啟ESB的情況下，nRF24L0l發(fā)送完數據包后將自動(dòng)切換到接收模式以等待對方的應答.并會(huì )根據寄存器的設定來(lái)實(shí)施自動(dòng)重發(fā)。

　　1.3 系統硬件電路

　　硬件電路由發(fā)送(獲取)端和接收(存儲顯示)端兩大部分組成，通過(guò)高速RF芯片實(shí)現在2.4 GHz頻段的無(wú)線(xiàn)鏈接。發(fā)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(guò)射頻芯片nRF24LOl發(fā)射出去;接收端的硬件結構基本上與發(fā)送端一致，將前端的OV9640改換成后端的LCD顯示即可。整個(gè)系統的總體結構框圖如圖1所示。

　　1.4 系統工作原理和流程

　　1.4.1 發(fā)送端工作于視頻流模式

　　發(fā)送端由DSP作為核心控制芯片。DSP上電初始化，通過(guò)BootLoader把Flash ROM中的代碼加載到SDRAM中，實(shí)現系統的高速運行以加快數據的處理速度，并將HPI接口設定為通用I/O。然后，通過(guò)McBSPO緩沖串口將nRF24L0l設定為發(fā)送模式，把含有預定地址的數據包發(fā)送出占以檢測接收端，nRF24L01會(huì )自動(dòng)切換到等待應答信號的模式。若存在正確的接收端(地址相符)，則nRF24L01通過(guò)INTO中斷通知DSP，使DSP重新將nRF24L01設定為發(fā)送模式，并立即對OV9640初始化，通過(guò)McBSPl緩沖串口來(lái)實(shí)現SCCB總線(xiàn)，啟動(dòng)攝像頭并設定為連續幀模式。此時(shí)的分辨率為標準QQVGA，即160×120(@8bit)，最后，DSP把從D[7：O]獲得的8位并行數據轉化為串行格式，通過(guò)SDRAM緩沖和McBSP0送給nRF24L01，將視頻數據發(fā)射出去。若沒(méi)有檢測到正確的接收端(沒(méi)有INTO中斷發(fā)生)，則DSP會(huì )一直等待INTO發(fā)生或直到用戶(hù)關(guān)閉電源。

　　1.4.2 發(fā)送端工作于拍攝模式

　　在視頻流傳輸過(guò)程中，nRF24LOl可以同時(shí)監聽(tīng)空中信號并自動(dòng)應答。若收到來(lái)自接收端的拍照通知(按下按鈕)，則把OV9640設定為標準拍攝模式，分辨率為l280×960(@8bit)。然后，DSP將nRF24L01設定為發(fā)送模式，并將此時(shí)的幀數據發(fā)送出去。圖像數據發(fā)送完成并等到接收確認信號后，系統將重新回到視頻流模式。若接收不成功，則nRF24LOl的自動(dòng)重發(fā)功能將確保數據傳輸的完整性。

　　1.4.3 接收端的工作流程

　　接收端上電初始化的情況基本與發(fā)送端一致，但要將nRF2dL01(按預定地址)設定為接收模式以接收檢測信號。檢測到相符的地址后，nRF24L0l的自動(dòng)應答功能會(huì )發(fā)送應答信號給發(fā)送端以確認收到信號，此時(shí)雙方“握手”成功。接著(zhù)，通過(guò)INTO中斷通知DSP，使得DSP重新將nRF24LOl設定為接收模式以接收來(lái)自發(fā)送端的連續視頻流，并且打開(kāi)LCD模塊準備顯示視頻。最后DSP通過(guò)SDRAM緩沖視頻流，送給LCD顯示(若LCD等其他后端模塊為并行接口，則需要將數據轉化成并行數據格式)。至此，系統已經(jīng)能實(shí)現實(shí)時(shí)視頻數據的無(wú)線(xiàn)傳輸，實(shí)時(shí)視頻流的分辨率為QQVGAl60×120(@13fps)。

　　在視頻流的顯示過(guò)程中，若用戶(hù)按下拍照按鈕，則產(chǎn)生INTl中斷通知DSP，DSP會(huì )將nRF24LOl設定為發(fā)送模式并發(fā)送拍照通知信號。收到應答信號后，nRP24L0l返回接收模式準備接收圖像數據，接收完成后會(huì )自動(dòng)發(fā)送確認信號以表示圖像數據接收成功。最后，DSP將圖像數據交由后端模塊處理。至此.系統實(shí)現了圖像的無(wú)線(xiàn)拍攝功能，拍照效果為1280×960(@130萬(wàn)像素)，基本上能滿(mǎn)足拍照要求。

　　視頻系統接收端和發(fā)送端的工作流程如圖2所示。