基于MPEG-4編碼的近距離無(wú)線(xiàn)視頻傳輸系統

摘要 為實(shí)現近距離無(wú)線(xiàn)視頻傳輸，提出了一種基于MPEG-4編碼的近距離無(wú)線(xiàn)視頻傳輸方案。由CMOS攝像頭OV7620采集到的數據，通過(guò)專(zhuān)用MPEG-4編碼器，ML86410得到速率低于2 Mbit·s-1的MPEG-4數據流，在FPGA控制器的控制下，通過(guò)nRF24L01無(wú)線(xiàn)發(fā)送；接收端利用同系列芯片nRF24LU1接收無(wú)線(xiàn)數據，其自帶USB協(xié)議和接口，再把數據流送入PC顯示。通過(guò)仿真板電路測試，獲得了良好的圖像，證明電路可以實(shí)現視頻無(wú)線(xiàn)傳輸的結論。
關(guān)鍵詞 MPEG-4編碼；ML86410；無(wú)線(xiàn)傳輸；nRF24L01；nRF24LU1

無(wú)線(xiàn)視頻通信作為第三代移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)得到了廣泛關(guān)注。但其是為遠距離多用戶(hù)服務(wù)的，開(kāi)發(fā)難度大，需要眾多輔助技術(shù)支持。然而，近距離無(wú)線(xiàn)視頻通信可以采用較為成熟的技術(shù)實(shí)現，它可以應用于視頻監控中不易連線(xiàn)的部分以及近距離巡視，它不同于3G技術(shù)中的視頻傳輸，具有易于開(kāi)發(fā)、傳輸距離近等特點(diǎn)。要實(shí)現無(wú)線(xiàn)視頻傳輸，就要應用大壓縮比的視頻壓縮編碼滿(mǎn)足無(wú)線(xiàn)傳輸速率的苛刻要求，MPEG-4編碼是基于圖像內容的第二代視頻編碼方案，并將對象合成的編碼方案也結合在標準中，它根據圖像的內容將圖像分割為不同的視頻對象(VO)。在編碼過(guò)程中，前景和背景對像采用不同的編碼策略：前景對像的編碼壓縮盡可能保留壓縮對像的細節和平滑性；對背景視頻對像，采用大壓縮比的編碼策略，而在解碼端用其他的背景拼成新的的背景。因此它可以實(shí)現大壓縮比的視頻編碼，不僅解決了塊效應，同時(shí)解決了無(wú)線(xiàn)傳輸時(shí)的帶寬限制問(wèn)題，因此MPEG-4被作為無(wú)線(xiàn)通信系統中主要的視頻編碼標準。

1 系統硬件總體方案
圖1所示為無(wú)線(xiàn)視頻傳輸系統框圖。采用專(zhuān)用MPEG-4編碼器，可以獲得良好的性?xún)r(jià)比，因此采用日本OKI公司的ML86410芯片是較好的MPEG-4視頻壓縮解決方案；同時(shí)采用挪威Nordic公司的nRF24L01和nRF24LU1芯片實(shí)現無(wú)線(xiàn)傳輸，它們不僅具有高達2 Mbit·s-1的無(wú)線(xiàn)空中速率，而且后者帶有增強型8051內核和USB2．0協(xié)議的無(wú)線(xiàn)Soc芯片，較好地解決了與PC機的連接問(wèn)題；控制器采用廣泛使用的低功耗FPGA來(lái)協(xié)調控制視頻流的無(wú)線(xiàn)傳輸以及對OV7620和ML86410進(jìn)行控制和模式配置，FPGA準確地邏輯性保證了傳輸的可靠性。

從圖中可以看出，在視頻采集電路中，FPGA是整個(gè)系統的核心控制器。它的作用是無(wú)線(xiàn)接收配置參數，對圖像CMOS傳感器和ML86410進(jìn)行初始化配置；當開(kāi)始圖像采集后，其負責接收MPEG-4視頻數據，并進(jìn)行無(wú)線(xiàn)傳輸。設計重點(diǎn)是實(shí)現了視頻的無(wú)線(xiàn)傳輸，采用具有nRF24系列芯片，具有2 Mbit·s-1的空中速率；這樣的速率對一般視頻數據流是不能實(shí)現無(wú)線(xiàn)傳輸的，所以要采取具有高壓縮率的MPEG-4視頻編碼，其要求的傳輸速率較低，當圖像分辨率為176×144時(shí)，速率為4 800～64 000 bit·s-1。
1．1 視頻采集模塊電路
1．1．1 OV7620
OV7620是一種CMOS圖像傳感器，被廣泛應用于網(wǎng)絡(luò )攝像頭、攝像手機等產(chǎn)品中。它是一種CMOS彩色／黑白圖像傳感器，支持連續和隔行兩種掃描方式，VGA和QVGA兩種圖像格式；最高像素為664×492，幀速率為30 f·s-1；數據輸出格式包括YUV、YcrCb和RGB這3種，能夠滿(mǎn)足一般圖像采集系統的要求。OV7620內部具有可編程功能寄存器，設置有上電模式和SCCB編程模式，設計中采用了SCCB編程控制協(xié)議，連續掃描，8位YUV數據輸出。
1．1．2 ML86410壓縮芯片
ML86410是日本OKI公司面向監視攝像機、網(wǎng)絡(luò )攝像機等圖像監控設備開(kāi)發(fā)的一種能夠實(shí)時(shí)進(jìn)行MPEG-4圖像壓縮(編碼)處理的單芯片。以往面向網(wǎng)絡(luò )監視攝像機的視頻編碼方式一般采用Motion-JPEG方式，存在著(zhù)壓縮率低的問(wèn)題。在網(wǎng)絡(luò )上進(jìn)行視頻傳輸時(shí)，受網(wǎng)絡(luò )帶寬的影響，使得傳輸圖像的尺寸縮小，并帶來(lái)畫(huà)質(zhì)下降和動(dòng)畫(huà)圖像的幀率降低等限制。于是，OKI采用MPEG-4視頻編碼國際標準，開(kāi)發(fā)了具有高壓縮率的高畫(huà)質(zhì)視頻MPEG-4編碼器芯片ML86410。它采用了獨創(chuàng )的專(zhuān)用加速器，無(wú)需高速CPU、DSP，與以往方式相比實(shí)現了低功耗，并大幅度降低了產(chǎn)品成本。
ML86410由視頻接口、MPEG-4編碼器、主機接口電路、鎖相環(huán)PLL和DRAM存儲器控制組成。其特性如表1所示。