无线实时的QQVGA视频和拍摄系统设计

文章摘要：摘要 提出一种实用性较强的数字无线实时视频通信和拍摄系统。该系统兼顾了高速与低功耗，能在2．4 GHzISM频段传输实时的QQVGA视频信号和1．3M像素的图像数据；扩展性好，有广阔的应用前景。关键词 实时 QQVGA拍摄系统 无线视频 nRF24L01 DSP引 言 目前，无线射频芯片多数应用于传输控制信号或静态图像．数据吞吐量不大，一般情况下未能充分发挥射频芯片所具有的高数据传输率的特点。随着半导体制造技术的提高，出现了具备Mbps级的空中数据传输率且功耗很低的射频芯片，使连续传送多幅图像成为町能。另外，无线通信技术发展迅速，人们不再满足于实现音频和图像的无线传输，对无线视频的要求

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摘要  提出一种实用性较强的数字无线实时视频通信和拍摄系统。该系统兼顾了高速与低功耗，能在2．4 GHzISM频段传输实时的QQVGA视频信号和1．3M像素的图像数据；扩展性好，有广阔的应用前景。
关键词 实时 QQVGA拍摄系统 无线视频 nRF24L01 DSP

引 言
    目前，无线射频芯片多数应用于传输控制信号或静态图像．数据吞吐量不大，一般情况下未能充分发挥射频芯片所具有的高数据传输率的特点。随着半导体制造技术的提高，出现了具备Mbps级的空中数据传输率且功耗很低的射频芯片，使连续传送多幅图像成为町能。另外，无线通信技术发展迅速，人们不再满足于实现音频和图像的无线传输，对无线视频的要求也开始出现，因而，采用高速射频芯片的视频系统将是未来数字无线通信的一大热点。

    对于数字视频(实际上是每秒包含多幅图像)，国际上已经制定了各种显示标准，如QCIF(176×144)、QQVGA(160×120)、QVGA(320×240)、CTF(352×288)、VGA(640×480)、SXGA(1 280×1 024)等。目前，高分辨率视频的无线传输在技术上还不现实，也没有必要，因为高分辨率意味着大面积的显示材质，通常在便携式无线通信设备中只要求达到一定的显示面积即可，所以低分辨率的QCIF和QQVGA在可拍照手机、数码相机、PDA等设备中最为流行。

    本无线系统正是基于高速率射频芯片的视频通信系统，且具备即时拍摄功能；在视频(连续)模式下采用QQVGA的分辨率传输视频数据，为160×120(@13fps)，基本上能达到实时视频的日的。在实际应用中，用户可以在接收端的LCD中观看(远处的)发送端附近的景物。当见到感兴趣的景物时，按下按钮稍等片刻，即可得到1．3M像素的图像，方便实用。为简化设计，该系统只用了8位色深和RGB的数据格式，且未采用CCD摄像芯片，也未使用FPGA芯片进行逻辑控制，节省了成本。

    下面着重讲述以TMS320VC5402 DSP为控制核心的无线视频通信系统，详细描述DSP与摄像芯片以及DSP与射频芯片这两大部分的接口设计，分析设计中的要点，最后给出部分DSP汇编代码。

1 无线实时视频系统的组成与工作原理
1．1 OV9640摄像芯片简介
    OV9640是美国OmniVision公司推出的高性能CM0S图像传感器芯片．支持130万像素的图像拍照和多种分辨率，包括l280×960、VGA、QQVGA、CIF、QCIF等及多种数据输出格式，如Raw RGB、YUV(4：2：2)、YcbCr(4：2：2)等；支持8位或16位数据输出；通过SC-CB接口对其编程，可实现图像处理的各种基本功能，譬如曝光控制、白平衡、色彩饱和、伽马控制等；芯片电压要求低，可应用于嵌入式移动设备。

1．2 nRF24L01射频芯片简介
    nRF24L01是挪威Nordic公司的单片无线GFSK收发芯片，工作于2．4～2．5 GHz的ISM频段，无线传输率最大为2Mbps，与MCU采用SPI接口进行控制和数据传输。相比其上一代产品nRF2401，nRF24LOl的性能更为优越，功耗更低。它最多能支持6路数据通道，且每条通道均支持Enhanced ShockBurst(ESB)技术，具备自动应糟(AACK)和自动重发(ART)功能，减轻了MCU的负担，降低了无线数据的丢包率，提高了双向传输的效率。在开启ESB的情况下，nRF24L0l发送完数据包后将自动切换到接收模式以等待对方的应答．并会根据寄存器的设定来实施自动重发。

1．3 系统硬件电路
    硬件电路由发送(获取)端和接收(存储显示)端两大部分组成，通过高速RF芯片实现在2．4 GHz频段的无线链接。发送端以TMS320VC5402 DSP作为控制核心，OV9610摄像头芯片作为视频(或图像)获取前端，AT29LV1024 Flash ROM作为DSP自举程序存储芯片，K4S161622H IMB容量的SDRAM作为程序运行空间以及视频数据缓冲，视频数据最终通过射频芯片nRF24LOl发射出去；接收端的硬件结构基本上与发送端一致，将前端的OV9640改换成后端的LCD显示即可。整个系统的总体结构框图如图1所示。

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