專利名稱：便攜式無線高清圖像傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于視頻圖像處理及無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種主要應(yīng)用于高速移動載體對外界動態(tài)圖像的采集及回傳的高清視頻信號的采集及遠距離傳輸裝置。
技術(shù)背景 隨著計算機軟硬件和無線通信技術(shù)的發(fā)展，無線視頻傳輸技術(shù)也取得了迅猛發(fā)展，無線視頻傳輸?shù)膽?yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛，這對視頻圖像傳輸?shù)膸捄蛯崟r性提出了更高的要求。無線圖像傳輸即視頻實時傳輸，主要有兩個概念一是高清視頻的壓縮處理，即視頻壓縮；二是移動中寬帶傳輸，即移動寬帶通信。因此，研制能夠在高速移動過程中將頻帶很寬的高清晰度視頻進行穩(wěn)定傳輸?shù)臒o線圖像傳輸系統(tǒng)，就要解決二個主要問題一是高清晰度下，壓縮比盡可能低的視頻壓縮算法；二是高穩(wěn)定度的高速數(shù)據(jù)通信。而在現(xiàn)有的無線應(yīng)用中，視頻壓縮編碼以MPEG2/4、H. 261/263等為主。其中高質(zhì)量圖像(標準PAL/NTSC制式的分辨率不小于720 X 576) —般以MPEG2編譯碼居多，平均碼流為 10Mbps。中國專利CN 102185624A公開了一種用于音視頻傳輸?shù)臒o線信號發(fā)送接收器，無線信號發(fā)送裝置將輸入的視頻信號送至視頻解碼電路，再由MPEG-2視頻格式壓縮電路對視頻信號進行壓縮編碼。這種無線信號發(fā)送接收器的硬件結(jié)構(gòu)簡單穩(wěn)定，視頻壓縮處理模塊可靠性高且成本可控，但其視頻碼流高，對與后端無線傳輸模塊的數(shù)據(jù)傳輸速度要求高，限制了視頻分辨率。當前市面產(chǎn)品的圖像分辨率及傳輸距離指標參數(shù)較低，難以滿足新條件下系統(tǒng)對畫面質(zhì)量及通信距離的要求。市面現(xiàn)有設(shè)備多是通過GPRS/TD-SCDMA/WCDMA等第二、三代移動網(wǎng)絡(luò)來傳輸數(shù)據(jù)，其技術(shù)手段成熟，產(chǎn)品開發(fā)速度快，但目前其最高疒3Mbps的上行傳輸速率限制了視頻分辨率的提升，且受制于基站分布及高通信成本，不能在荒野、嚴重自然災(zāi)害地區(qū)可靠工作，進一步限制了其應(yīng)用環(huán)境。在具有較多阻礙物的場所中，現(xiàn)有的高頻無線信號傳輸設(shè)備發(fā)送無線信號繞射差，通信成本高，且高功率無線信號傳輸設(shè)備會給人體帶來一定的損害。同時受制于視頻壓縮效率，在當前傳輸技術(shù)手段下的回傳圖像分辨率低。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題是提供一種單工的便攜式無線高清圖像傳輸系統(tǒng)。[0011]本實用新型采取的技術(shù)方案是[0012]本實用新型的便攜式無線高清圖像傳輸系統(tǒng)，包括圖像采集接口、圖像壓縮模塊、COFDM無線發(fā)射端模塊、COFDM無線接收端模塊、圖像解碼模塊及視頻輸出接口。所述的圖像采集接口與(XD\CM0S傳感器或攝像機設(shè)備的輸出口連接。本實用新型具有的優(yōu)點和積極效果是本實用新型的便攜式無線高清圖像傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)在有限的無線帶寬條件下實現(xiàn)了 720P高清圖像的遠距離傳輸，且發(fā)射端裝置具有質(zhì)量輕、功耗低等特點，便于在載重有限的移動設(shè)備上的擴展應(yīng)用。

圖I是本實用新型的便攜式無線高清圖像傳輸系統(tǒng)的視頻采集發(fā)射端的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型的便攜式無線高清圖像傳輸系統(tǒng)的接收服務(wù)器端的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實用新型的便攜式無線高清圖像傳輸系統(tǒng)的無線通信鏈路模塊的工作原理圖；圖中主要標號說明I.圖像采集接口2.圖像壓縮模塊3. COFDM無線發(fā)射端模塊 4. COFDM無線接收端模塊5.圖像解碼模塊6.視頻輸出接口。
具體實施方式
以下參照附圖和實施例對本實用新型進行詳細說明。本實用新型的便攜式無線高清圖像傳輸系統(tǒng)，包括視頻采集發(fā)射端、接收服務(wù)器端和無線通信鏈路模塊。視頻采集發(fā)射端利用H. 264/AVC壓縮標準對采集到的視頻進行高壓縮比壓縮，并對開源的X. 264算法進行改進，使其滿足無線視頻傳輸對視頻流的低延時、低碼率要求。采取針對COFDM技術(shù)相適應(yīng)的視頻碼流分割，在信道編碼中加入獨立的ERC (前向糾錯)，以更好地適應(yīng)復(fù)雜電磁環(huán)境下傳輸信道的誤碼干擾，提高系統(tǒng)的魯棒性，以增強系統(tǒng)畫質(zhì)的穩(wěn)定性。圖I是本實用新型的便攜式無線高清圖像傳輸系統(tǒng)的視頻采集發(fā)射端的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖I所示，視頻采集發(fā)射端由圖像采集接口、圖像壓縮模塊及COFDM無線發(fā)射端模塊三部分組成。所述的圖像采集接口與(XD\CM0S傳感器或攝像機設(shè)備的輸出口連接。圖像壓縮模塊的核心處理器使用STM320DM36X系列芯片，采集連接在圖像采集接口上的攝像機或CCD芯片數(shù)據(jù)得到720P視頻碼流，利用視頻處理子系統(tǒng)(VPSS)中的視頻處理，VPSS中的視頻處理前端(VPFE)利用圖像傳感器接口(ISIF)對由傳感器得到的視頻流進行控制及參數(shù)設(shè)置等預(yù)處理，再由可編程的圖像通道(IPIPE)將從(XD/CM0S裸數(shù)據(jù)到Y(jié)CbCr-4:2:2或YCbCr-4:2:0數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過DMA通道存儲在SDRAM中，再由HDVICP(高清編解碼協(xié)處理器)通過DMA(直接內(nèi)存存取)方式傳輸視頻數(shù)據(jù)進行編碼處理。[0027]DM36x中的HDVICP對YUV格式視頻信號進行壓縮處理，壓縮算法使用H. 264標準。H. 264中采用預(yù)測變換、量化編碼和統(tǒng)計編碼的方式來消除前端采集的視頻信息中的冗余信息首先，進行運動估計和運動補償來消除相鄰幀間存在的時間冗余。再對運動補償后的殘差進行整數(shù)變換消除空間冗余。接下來對變換系數(shù)進行量化來消除視覺冗余，最后對量化后的系數(shù)以及運動矢量進行熵編碼消除統(tǒng)計冗余，最終得到標準的壓縮碼流。得到的標準視頻碼流通過DMA控制器轉(zhuǎn)送至全雙工的SPI接口(串行外圍接口)，SPI接口與COFDM模塊的對應(yīng)SPI接口相連，DM36xSPI接口的CLK線工作頻率最高設(shè)置為20MHz,以滿足視頻碼流的傳輸速率調(diào)節(jié)要求，視頻流包長為188字節(jié)。接收服務(wù)器端按照H. 264/AVC壓縮標準對通信模塊端收到的圖像碼流進行解碼，最后生成YCbCr-4:2:0標準的720P數(shù)字視頻序列，并利用VGA接口將視頻輸出到高清顯示設(shè)備端。圖2是本實用新型的便攜式無線高清圖像傳輸系統(tǒng)的接收服務(wù)器端的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，接收服務(wù)器端由COFDM無線接收端模塊、圖像解碼模塊及視頻輸出接口三部分組成。壓縮視頻流通過COFDM無線接收端模塊傳回到圖像解碼模塊，圖像解碼模塊的處理器仍為DM36x，其與COFDM的接口為SPI，DM36x利用DMA將從SPI 口傳過來的TS流寫入SDRAM的空間。視頻壓縮碼的解碼工作由DM36x內(nèi)置的HDVICP完成。HDVICP在圖像信息的頻域到時域的轉(zhuǎn)換過程中使用離散余弦逆變換(IDCT)的整數(shù)變換，將一維的視頻流轉(zhuǎn)換為4X4的圖像塊，再由數(shù)個4X4的圖像塊組成720P的圖像畫面。HDVICP收到的第一幀是IDR (瞬時解碼刷新)圖像。其由重建的空間幀內(nèi)預(yù)測模式所指定，并通過加入預(yù)測誤差幀。后續(xù)的幀可能是幀內(nèi)或幀間編碼的結(jié)果。解碼器在解碼的同時，在重建前一幀圖像的運動估值的位置加入幀內(nèi)預(yù)測的殘差結(jié)果。重復(fù)此過程，直到得到整個連續(xù)的解碼比特流。HDVICP最終輸出的是YCbCr-4:2:0序列，最后由DM36x自帶的ADC模塊轉(zhuǎn)化為模擬信號，接入到高清顯示設(shè)備以顯示最終的實時高清畫面。但注意，本發(fā)明中的終端顯示輸出不局限于模擬輸出。需要說明的是，由于系統(tǒng)對傳輸?shù)囊曨l信號有高實時性的要求，在高清圖像傳輸裝置的發(fā)射端及接收端中的DM36x處理器都使用了 Montavista Linux高實時性嵌入式操作系統(tǒng)，該操作系統(tǒng)的硬件工作核心是ARM926EJ-S，操作系統(tǒng)及內(nèi)核是通過交互的結(jié)構(gòu)組件(Framework Component，簡稱FC)來操作H. 264編碼器的，F(xiàn)C作為一個操作系統(tǒng)和編解碼器之間的軟件接口，系統(tǒng)通過預(yù)定義的應(yīng)用程序編程接口來管理與內(nèi)核交互的資源與內(nèi)存。在本發(fā)明中，ARM核心是嚴格按照eXpressDSP數(shù)字媒體標準及算法接口標準來調(diào)用HDVICP進行高清視頻的編解碼工作。無線通信鏈路模塊建立基于COFDM技術(shù)的無線高速通信鏈路，確保在可視條件下50km、非通視條件下5km范圍內(nèi)實時圖像數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸。為克服高速(>150km/h)移動中由于多普勒頻移及信道快速變化導(dǎo)致通訊障礙，提出了針對無線信道的瑞利衰落效應(yīng)的COFDM中交織器的Turbo碼改進方案，可有效改善噪聲影響，提高無線信道的抗衰落、抗干擾能力。使其能夠抵抗多徑效應(yīng)導(dǎo)致的信號衰落，提高通信穩(wěn)定性，以便于擴展無線圖像傳輸系統(tǒng)在便攜、低功耗、高速移動等苛刻環(huán)境下的廣泛應(yīng)用。圖3是本實用新型的便攜式無線高清圖像傳輸系統(tǒng)的無線通信鏈路模塊的工作原理圖。如圖3所示，無線通信鏈路模塊使用了編碼正交頻分復(fù)用技術(shù)(COFDM)，系統(tǒng)是由COFDM發(fā)送端與COFDM接收端構(gòu)成的高速單工通信鏈路，并使用了針對無線信道的瑞利衰落效應(yīng)的COFDM中交織器的Turbo碼改進方案，可有效改善噪聲影響，提高無線信道的抗衰落、抗干擾能力。本發(fā)明在COFDM信號調(diào)制過程中提供穩(wěn)定的視頻信息相關(guān)的載波恢復(fù)和幀同步恢復(fù)，對載波和同步偏移也能夠適時跟蹤校正，因此采用插入導(dǎo)頻和參考信號的方法。針對本發(fā)明中選用的COFDM信道調(diào)制方案，在多徑信道的選取中，對于不同延遲和不同回波幅度下16-QAM調(diào)制方式的COFDM傳輸系統(tǒng)的性能進行自動調(diào)整。由于有足夠保護間隔會使回波在下一符號到來時終止，回波延遲不會影響整個系統(tǒng)的性能，減小了由 多徑效應(yīng)引起的符號間干擾?；夭ǚ纫矔绊懴到y(tǒng)的性能，在保護間隔足夠的情況下，回波同時會對當前符號產(chǎn)生影響。在誤碼率為10-4時，多徑的幅度參數(shù)BWO. 25增加到0.4時將會有3dB的損失，所以在本COFDM傳輸模塊解調(diào)過程中通過加入信道均衡的方式來削弱回波的干擾。另外通過引入保護間隔，來改善信噪比，當保護間隔比回波延遲大時，信道性能會有較大改善。當無線圖像傳輸系統(tǒng)高速移動時，無線信道的衰落現(xiàn)象加重，嚴重影響系統(tǒng)接收端的接收信號質(zhì)量，影響了通信的可靠性，為了支持視頻等多媒體通信，應(yīng)采用合適的糾錯技術(shù)。在無線高清圖像傳輸系統(tǒng)的調(diào)制模塊中，傳統(tǒng)的OFDM的調(diào)制方式有卷積編碼(CC)方式和網(wǎng)格狀編碼(TCM)方式，本發(fā)明中將Turbo碼與COFDM調(diào)制結(jié)合起來確保了系統(tǒng)的性能抗干擾能力。針對復(fù)雜的無線電磁環(huán)境，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度要比傳統(tǒng)的TC-OFDM小，這有效改進了高清圖像COFDM傳輸系統(tǒng)中信道編解碼方案。顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的基本原理，而并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以根據(jù)設(shè)備的用途不同做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護范圍之中。
權(quán)利要求1.一種便攜式無線高清圖像傳輸系統(tǒng)，包括圖像采集接口、圖像壓縮模塊、COFDM無線發(fā)射端模塊、COFDM無線接收端模塊、圖像解碼模塊及視頻輸出接口。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的便攜式無線高清圖像傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述的圖像采集接口與(XD\CM0S傳感器或攝像機設(shè)備的輸出口連接。
專利摘要本實用新型公開了一種便攜式無線高清圖像傳輸系統(tǒng)，包括圖像采集接口、圖像壓縮模塊、COFDM無線發(fā)射端模塊、COFDM無線接收端模塊、圖像解碼模塊及視頻輸出接口。所述的圖像采集接口與CCD\CMOS傳感器或攝像機設(shè)備的輸出口連接。本實用新型具有的優(yōu)點和積極效果是本實用新型的便攜式無線高清圖像傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)在有限的無線帶寬條件下實現(xiàn)了720P高清圖像的遠距離傳輸，且發(fā)射端裝置具有質(zhì)量輕、功耗低等特點，便于在載重有限的移動設(shè)備上的擴展應(yīng)用。
文檔編號H04N7/50GK202385225SQ20122000222
公開日2012年8月15日 申請日期2012年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月5日
發(fā)明者馮琛皓, 劉瑞安, 張君生, 王磊 申請人:天津師范大學(xué)