專利名稱：無線數(shù)字?jǐn)U頻圖像實時傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及擴(kuò)頻通信技術(shù)，具體涉及一種無線擴(kuò)頻傳輸模塊，特別是涉及到采用無線擴(kuò)頻傳輸模塊的一種無線數(shù)字?jǐn)U頻圖像實時傳輸系統(tǒng)。
采用圖象壓縮技術(shù)的傳輸系統(tǒng)是公知的現(xiàn)有技術(shù)，例如中國專利申請97122566中所述的控制圖象壓縮數(shù)據(jù)量的電路和方法。圖象壓縮的主要作用是減少傳輸中的圖象數(shù)據(jù)，從而可以降低傳輸?shù)谋忍芈?。但是，隨著圖象傳輸技術(shù)日益廣泛的應(yīng)用，對圖象壓縮和傳輸技術(shù)提出了更高的要求。
擴(kuò)頻通信是近年來集數(shù)字通信、高速計算處理、數(shù)字相關(guān)匹配濾波，自適應(yīng)無線收發(fā)于一體而發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，利用擴(kuò)頻技術(shù)研發(fā)的“無線數(shù)字?jǐn)U頻圖像實時傳輸系統(tǒng)”，輸入視頻信號量化編碼后用高速DSP進(jìn)行實時圖像壓縮，實時壓縮比最大可達(dá)7500∶1，通信系統(tǒng)采用無線直接序列擴(kuò)頻技術(shù)，將壓縮后的圖像經(jīng)無線擴(kuò)頻系統(tǒng)發(fā)送到各通信單元，接收機(jī)在收到信號后經(jīng)解擴(kuò)處理，用高速DSP還原視頻信號，體積小，效率高，使用靈活方便，在警務(wù)、軍事、遙測遙控、電力、油田等領(lǐng)域有廣泛的用途。它具有以下的主要優(yōu)點(diǎn)1)可用本身DSP完成視頻壓縮解壓工作，不需依賴計算機(jī)完成算法計算；2)發(fā)射功率小，抗干擾能力強(qiáng)；3)使用靈活方便、體積小、效率高；4)可組網(wǎng)通信。
本發(fā)明的目的之一是提供一種無線擴(kuò)頻傳輸模塊，用來實現(xiàn)兩個或更多設(shè)備之間的數(shù)字信號無線收發(fā)，只需通過數(shù)據(jù)接口設(shè)定工作模式，內(nèi)部處理器就能自動完成控制操作。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種包括上述無線擴(kuò)頻傳輸模塊的無線數(shù)字?jǐn)U頻圖像實時傳輸系統(tǒng)，采用擴(kuò)頻技術(shù)實現(xiàn)圖象的傳輸。
為實現(xiàn)上述發(fā)明目的而設(shè)計的無線擴(kuò)頻傳輸模塊包括發(fā)射部分，接收部分，收發(fā)轉(zhuǎn)換單元，模塊控制器MCU和一個數(shù)字接口，發(fā)射部分主要包括擴(kuò)頻調(diào)制電路，調(diào)制電路，變頻電路，高頻功率放大器HPA和帶通濾波器BPF。輸入的視頻信號預(yù)先經(jīng)過信息調(diào)制變?yōu)閿?shù)字基帶信號，通過數(shù)字接口提供給擴(kuò)頻調(diào)制電路，在擴(kuò)頻調(diào)制電路中用擴(kuò)頻碼執(zhí)行擴(kuò)頻調(diào)制，然后將其提供給調(diào)制電路調(diào)制成中頻信號，用變頻電路將這一中頻信號變頻為射頻信號，變頻電路輸出的射頻信號經(jīng)過高頻功率放大器HPA和帶通濾波器BPF處理后將限帶的射頻信號提供給收發(fā)轉(zhuǎn)換單元，再經(jīng)由天線發(fā)射出去。無線擴(kuò)頻傳輸模塊的接收部分主要包括低噪聲功率放大器LNA，帶通濾波器BPF，變頻電路，中頻放大器，解調(diào)電路和一個解擴(kuò)頻電路。經(jīng)天線接收到的信號通過收發(fā)轉(zhuǎn)換單元依次提供給低噪聲功率放大器LNA和帶通濾波器BPF，從帶通濾波器BPF輸出的限帶的信號經(jīng)過變頻電路變成中頻信號后提供給中頻放大器，解調(diào)電路將中頻放大器輸出的信號解調(diào)成數(shù)字信號，最后由解擴(kuò)頻電路執(zhí)行解擴(kuò)處理，還原成數(shù)字基帶信號提供給連接到用戶設(shè)備上的數(shù)字接口。另外，由一個模塊控制器MCU來控制調(diào)制/解調(diào)電路和收發(fā)轉(zhuǎn)換單元，通過數(shù)字接口來設(shè)定頻率，發(fā)射功率，擴(kuò)頻碼等等參數(shù)，以及實現(xiàn)同步。
本發(fā)明的無線數(shù)字?jǐn)U頻圖像實時傳輸系統(tǒng)是由一個無線擴(kuò)頻傳輸模塊和一個實時圖象壓縮解壓系統(tǒng)組成的。其特征是包括上述的無線擴(kuò)頻傳輸模塊，并且進(jìn)一步包括對輸入的數(shù)字視頻信號進(jìn)行圖象壓縮編碼的圖象壓縮編碼器；以及一個圖象解壓解碼器，用來對無線擴(kuò)頻傳輸模塊的接收部分輸出的數(shù)字編碼信號執(zhí)行圖象解壓解碼，還原成視頻信號；圖象壓縮編碼器和圖象解壓解碼器通過數(shù)字接口連接到無線擴(kuò)頻傳輸模塊上。
以下要參照附圖解釋本發(fā)明的實施例，在附圖中

圖1是擴(kuò)頻通信系統(tǒng)發(fā)送端的原理示意圖；圖2是擴(kuò)頻通信系統(tǒng)接收端的原理示意圖；圖3表示本發(fā)明的無線擴(kuò)頻傳輸模塊的電路框圖；圖4表示實時圖象壓縮解壓無線擴(kuò)頻傳輸系統(tǒng)發(fā)送端的原理示意圖；圖5表示實時圖象壓縮解壓無線擴(kuò)頻傳輸系統(tǒng)接收端的原理示意圖；圖6是本發(fā)明的一種具體實施方案。
首先參照圖1和2解釋擴(kuò)頻通信的原理。在圖1中表示了擴(kuò)頻通信系統(tǒng)發(fā)送端的原理示意圖。如圖1所示，擴(kuò)頻通信物理模型信元基帶信號經(jīng)過信息調(diào)制變?yōu)閿?shù)字信號，再用擴(kuò)頻碼進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，將數(shù)字信號擴(kuò)展到一很寬的頻帶上，然后進(jìn)行第三次調(diào)制，再將擴(kuò)頻后的信號經(jīng)射頻放大后發(fā)射出去。
參見圖2，射頻信號在接收端經(jīng)高頻放大和混頻后得到一中頻信號，再用本地擴(kuò)頻碼執(zhí)行相關(guān)解調(diào)，通過帶通濾波還原出窄帶信號，再經(jīng)解調(diào)即可恢復(fù)出基帶信號。
擴(kuò)頻通信的種類又分為直接序列(DS)擴(kuò)頻、跳頻(FH)、跳時(TH)、線性調(diào)頻(Chirp)、混合方式等等。就抗干擾而言，跳頻、跳時、線性調(diào)頻實質(zhì)上僅能做到“避干擾”，在此不作過多敘述；只有直接序列擴(kuò)頻才能做到真正意義上的抗干擾。
直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)又稱直接序列調(diào)制系統(tǒng)或偽噪聲系統(tǒng)(PN系統(tǒng))，將要發(fā)送的信息用高速率偽隨機(jī)碼擴(kuò)展到一個很寬的頻帶上去，在接收端，用與發(fā)端相同的偽隨機(jī)碼序列對接收到的信號進(jìn)行相關(guān)處理，恢復(fù)出原來的信息。
以下要討論直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)的一些特點(diǎn)。
偽隨機(jī)碼(PN)白噪聲是一種隨機(jī)過程，瞬時值服從正態(tài)分布，功率譜在很寬的頻帶內(nèi)是均勻的，有極其優(yōu)良的相關(guān)特征，偽隨機(jī)碼是用類似于帶限白噪聲統(tǒng)計特征的二進(jìn)制序列碼來逼近它，并做為直擴(kuò)系統(tǒng)的擴(kuò)頻碼。這其中包括(a)M序列碼m序列碼全稱為最長線性移位寄存器序列，它易于產(chǎn)生，有優(yōu)良的自相關(guān)特性，在直擴(kuò)系統(tǒng)中用于擴(kuò)展要傳遞的信號，在跳頻系統(tǒng)中用來控制跳頻系統(tǒng)的頻率合成器，組成隨機(jī)跳頻圖案；(b)Gold碼(戈得碼)由兩個長度、速率相同，碼字不同的m序列優(yōu)選對經(jīng)模2加運(yùn)算產(chǎn)生，互相關(guān)性較好；以及(c)巴可碼11位長的m序列碼。
擴(kuò)頻增益直接擴(kuò)頻系統(tǒng)的輸入、輸出信號功率不變，干擾信號輸出功率相對于輸入信號下降很大，故直接擴(kuò)頻系統(tǒng)的擴(kuò)頻處理增益實際上是干擾功率減小的倍數(shù)。
擴(kuò)頻增益=輸出信噪比¨M輸入信噪比經(jīng)推導(dǎo)、化簡可得擴(kuò)頻增益=擴(kuò)頻帶寬¨M信號帶寬即擴(kuò)頻增益等于擴(kuò)頻倍數(shù)，而擴(kuò)頻碼速率又正比于擴(kuò)頻帶寬，因此擴(kuò)頻增益=擴(kuò)頻碼速率/信號速率=擴(kuò)頻碼長度值設(shè)基帶信號速率為1KBps，每1bit基帶信息以64bit長度的擴(kuò)頻碼來表示，則擴(kuò)頻碼速率為64KBps，擴(kuò)頻增益為64K Bps/1K Bps=64(等于擴(kuò)頻碼長)，以分貝表示Gp=101g64=18dB干擾容限干擾容限是指在保證系統(tǒng)正常工作的條件下，接收機(jī)能夠承受的干擾信號比有用信號高出的分貝數(shù)，用MJ表示MJ=Gp-[Ls+(S/N)。]Ls系統(tǒng)內(nèi)部損耗；(S/N)。系統(tǒng)正常工作時要求的最小輸出信噪比以GPS為例，在P碼模式下，擴(kuò)頻增益Gp=53dB，系統(tǒng)損耗Ls為3dB，信噪比(S/N)。為10dB，MJ=53-3-10=40dB這就是說，在干擾信號或噪聲信號比有用信號強(qiáng)度高40dB(約10000倍)的情況下，系統(tǒng)仍能將有用信號還原出來。
匹配接收直接擴(kuò)頻系統(tǒng)的接收采用相關(guān)匹配濾波器，假設(shè)T1時刻的基帶信號“1”的擴(kuò)頻調(diào)制碼是“111101011001000”，“0”的擴(kuò)頻調(diào)制碼為“101011001000111”。接收端相關(guān)匹配濾波器也產(chǎn)生相同長度等值的PN碼，當(dāng)輸入序列碼流與本地PN碼相同的一瞬間產(chǎn)生一相關(guān)峰值信號，處理器即可根據(jù)該信號判斷出是“0”信號還是“1”信號并且作出相應(yīng)的處理。
糾錯編譯碼1．糾錯編碼采用具有同時糾正突發(fā)錯誤和隨機(jī)錯誤的卷積碼，編碼率為1/2，約束長度為9。為提高時間分集功能，信號每20ms進(jìn)行一次交織編碼。卷積編碼通過軟件實現(xiàn)。2．卷積譯碼主要有三種譯碼方法Viterbi譯碼、序列譯碼和大數(shù)邏輯譯碼。在性能上，Viterbi譯碼是卷積譯碼的最佳譯碼方法。因此采用Viterbi譯碼算法。由于Viterbi譯碼算法直接用硬件電路實現(xiàn)復(fù)雜，而TMS320C2XX具有高速運(yùn)算的功能。故通過軟件實現(xiàn)Viterbi譯碼。
圖3表示無線擴(kuò)頻傳輸模塊的電路框圖，圖3的下半部分是發(fā)射部分，而上半部分是接收部分。首先解釋發(fā)射部分的組成和工作方式。參見圖3，無線擴(kuò)頻模塊的發(fā)射部分主要包括擴(kuò)頻調(diào)制電路，調(diào)制電路，變頻電路，高頻功率放大器HPA和帶通濾波器BPF。輸入的視頻信號預(yù)先經(jīng)過信息調(diào)制變?yōu)閿?shù)字基帶信號，通過數(shù)字接口提供給擴(kuò)頻調(diào)制電路，在擴(kuò)頻調(diào)制電路中用擴(kuò)頻碼執(zhí)行擴(kuò)頻調(diào)制，然后將其提供給調(diào)制電路調(diào)制成中頻信號，用變頻電路將這一中頻信號變頻為射頻信號，此處為了保證晶振的可靠性而設(shè)置了一個鎖相環(huán)PLL，變頻電路輸出的射頻信號經(jīng)過高頻功率放大器HPA和帶通濾波器BPF處理后將限帶的射頻信號提供給收發(fā)轉(zhuǎn)換單元，再經(jīng)由天線發(fā)射出去。
圖3的上半部分是接收部分，接收部分主要包括低噪聲功率放大器LNA，帶通濾波器BPF，變頻電路，中頻放大器，解調(diào)電路和一個解擴(kuò)頻電路。經(jīng)天線接收到的信號通過收發(fā)轉(zhuǎn)換單元依次提供給低噪聲功率放大器LNA和帶通濾波器BPF，從帶通濾波器BPF輸出的限帶的信號經(jīng)過變頻電路變成中頻信號后提供給中頻放大器，解調(diào)電路將中頻放大器輸出的信號解調(diào)成數(shù)字信號，最后由解擴(kuò)頻電路執(zhí)行解擴(kuò)處理，還原成數(shù)字基帶信號提供給連接到用戶設(shè)備上的數(shù)字接口。另外，圖3中的MCU是用來控制調(diào)制/解調(diào)電路和收發(fā)轉(zhuǎn)換單元的模塊控制器。
圖4表示無線數(shù)字?jǐn)U頻圖像實時傳輸系統(tǒng)發(fā)送端的原理示意圖。它包括對輸入的數(shù)字視頻信號進(jìn)行圖象壓縮編碼的圖象壓縮編碼器，圖象壓縮編碼器通過數(shù)字接口連接到圖3的無線擴(kuò)頻傳輸模塊上。
圖5表示無線數(shù)字?jǐn)U頻圖像實時傳輸系統(tǒng)接收端的原理示意圖。它包括一個圖象解壓解碼器，用來對無線擴(kuò)頻傳輸模塊的接收部分輸出的數(shù)字編碼信號執(zhí)行圖象解壓解碼，還原成視頻信號；圖象解壓解碼器通過數(shù)字接口連接到圖3的無線擴(kuò)頻傳輸模塊上。
圖6是無線擴(kuò)頻傳輸模塊和圖象壓縮編碼/圖象解壓解碼器的一種更加具體的實施方案。參見圖6，ADV611是A/D公司生產(chǎn)的性能優(yōu)良，使用方便的視頻編碼解碼芯片，能夠兼容PAL和NTSC，采用小波變換，可以完成模擬量化編碼的視頻信號的實時壓縮解壓，達(dá)到很高的圖像質(zhì)量，同時具有防差錯的能力，壓縮比為1∶4到1∶7500。
SAA7111芯片內(nèi)部包含兩路模擬處理通道，能夠?qū)崿F(xiàn)視頻信號源的選擇，抗混頻濾波，模數(shù)轉(zhuǎn)換，自動箝位，自動增益控制，時鐘的產(chǎn)生，多制式(PAL,BGHI,PAL M,PAL N,NTSC M和NTSC N)解碼以及亮度，對比度和飽和度的控制。ADV7175芯片可以將編碼還原為模擬視頻信號，數(shù)字信號處理器DSP選用TI公司的TMS320C54，它可以完成系統(tǒng)的控制和糾錯操作，直接序列擴(kuò)展頻譜單元DSSS完成無線擴(kuò)頻數(shù)字傳輸。
視頻數(shù)字信號處理模塊根據(jù)模塊上的信息控制視頻編解碼芯片ADV611/612及視頻解碼芯片SAA7111和視頻編碼芯片ADV7175的工作。模塊還通過軟件實現(xiàn)交織和糾錯編碼及收發(fā)電路控制轉(zhuǎn)換MODEM及直接序列擴(kuò)展頻譜單元DSSS的控制操作等工作。
視頻控制接口電路視頻控制接口電路由視頻編解碼芯片ADV611/612及視頻解碼芯片SAA7111和視頻編碼芯片ADV7175構(gòu)成。對視頻編解碼芯片ADV611/612的操作可以通過數(shù)字信號處理器DSP修改ADV611/612的寄存器來實現(xiàn)，也可以通過DSP讀取ADV611/612的寄存器的數(shù)據(jù)來獲取，通過DSP實現(xiàn)視頻信號的壓縮及傳輸。
ADV611/612的工作方式如下，模擬視頻信號通過視頻解碼芯片SAA7111轉(zhuǎn)換成數(shù)字視頻信號，送到ADV611/612進(jìn)行視頻編碼，然后通過DSP進(jìn)行壓縮指令控制后，再送入DSSS調(diào)制擴(kuò)頻后發(fā)射出去；從DSSS解調(diào)解擴(kuò)后的信號通過DSP進(jìn)行糾錯譯碼后，送到ADV611/612進(jìn)行視頻解碼，再通過視頻編碼芯片ADV7175轉(zhuǎn)換得到模擬視頻信號。
權(quán)利要求
1．一種無線擴(kuò)頻傳輸模塊包括發(fā)射部分，接收部分，收發(fā)轉(zhuǎn)換單元，用來控制模塊操作的模塊控制器MCU和一個數(shù)字接口，其特征是上述發(fā)射部分包括擴(kuò)頻調(diào)制電路，調(diào)制電路，變頻電路，高頻功率放大器HPA和帶通濾波器BPF；輸入的視頻信號預(yù)先經(jīng)過信息調(diào)制變?yōu)閿?shù)字基帶信號，通過數(shù)字接口提供給擴(kuò)頻調(diào)制電路，在擴(kuò)頻調(diào)制電路中用擴(kuò)頻碼執(zhí)行擴(kuò)頻調(diào)制，然后將其提供給調(diào)制電路調(diào)制成中頻信號，用變頻電路將這一中頻信號變頻為射頻信號，變頻電路輸出的射頻信號經(jīng)過高頻功率放大器HPA和帶通濾波器BPF處理后將限帶的射頻信號提供給收發(fā)轉(zhuǎn)換單元，再經(jīng)由天線發(fā)射出去；上述接收部分包括低噪聲功率放大器LNA，帶通濾波器BPF，變頻電路，中頻放大器，解調(diào)電路和一個解擴(kuò)頻電路；經(jīng)天線接收到的信號通過收發(fā)轉(zhuǎn)換單元依次提供給低噪聲功率放大器LNA和帶通濾波器BPF，從帶通濾波器BPF輸出的限帶的信號經(jīng)過變頻電路變成中頻信號后提供給中頻放大器，解調(diào)電路將中頻放大器輸出的信號解調(diào)成數(shù)字信號，最后由解擴(kuò)頻電路執(zhí)行解擴(kuò)處理，還原成數(shù)字基帶信號提供給連接到用戶設(shè)備上的數(shù)字接口。
2．按照權(quán)利要求1的無線擴(kuò)頻傳輸模塊，其特征在于上述無線擴(kuò)頻傳輸模塊是一種直接序列擴(kuò)展頻譜傳輸模塊。
3．按照權(quán)利要求1的無線擴(kuò)頻傳輸模塊，其特征是上述模塊控制器MCU控制調(diào)制/解調(diào)電路和收發(fā)轉(zhuǎn)換單元，通過上述數(shù)字接口來設(shè)定頻率，發(fā)射功率，擴(kuò)頻碼，以及實現(xiàn)同步。
4．一種無線數(shù)字?jǐn)U頻圖像實時傳輸系統(tǒng)，包括權(quán)利要求1的無線擴(kuò)頻傳輸模塊和一個實時圖象壓縮/解壓系統(tǒng)，其特征是實時圖象壓縮/解壓系統(tǒng)包括對輸入的數(shù)字視頻信號進(jìn)行圖象壓縮編碼的圖象壓縮編碼器；以及一個圖象解壓解碼器，用來對無線擴(kuò)頻傳輸模塊的接收部分輸出的數(shù)字編碼信號執(zhí)行圖象解壓解碼，還原成視頻信號；圖象壓縮編碼器和圖象解壓解碼器通過上述數(shù)字接口連接到上述無線擴(kuò)頻傳輸模塊上。
全文摘要
一種無線擴(kuò)頻傳輸模塊,包括發(fā)射,接收,收發(fā)轉(zhuǎn)換單元,模塊控制器MCU和一個數(shù)字接口。由該無線擴(kuò)頻傳輸模塊和一個實時圖像壓縮解壓系統(tǒng)組成一個無線數(shù)字?jǐn)U頻圖像實時傳輸系統(tǒng),其中進(jìn)一步包括對輸入的數(shù)字視頻信號進(jìn)行圖象壓縮編碼的圖象壓縮編碼器,和圖象解壓解碼器,用來對無線擴(kuò)頻傳輸模塊的接收部分輸出的數(shù)字編碼信號執(zhí)行圖象解壓解碼,還原成視頻信號。本發(fā)明的無線數(shù)字?jǐn)U頻圖像實時傳輸系統(tǒng)體積小,效率高,使用靈活方便。
文檔編號H04B1/69GK1299213SQ9912549
公開日2001年6月13日 申請日期1999年12月9日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月9日
發(fā)明者董濤 申請人:深圳市威迪泰通信技術(shù)有限公司