小功率視頻信號通信網(wǎng)絡設計
0 引 言
隨著通信技術的高速發(fā)展,人們對多元化的信息需求日趨突出,單一化的語音數(shù)據(jù)傳輸已無法滿足信息交互的需求 [1]。小范圍區(qū)域的無線視頻、音頻等通信傳輸已成為當今通信業(yè)乃至整個信息業(yè)的熱點 [2]。傳統(tǒng)的視頻通信技術需要布線,不僅成本高,還要考慮特殊地理環(huán)境的影響。而無線通信系統(tǒng)不受布
置信號線的約束,且制作成本低、功率消耗小 [3-4]。本文設計了基于 STM32 芯片的短距離視頻信號無線通信網(wǎng)絡。經(jīng)測試,系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn) AV 信號直接傳輸、中繼傳輸和字符疊加等功能。
1 系統(tǒng)硬件設計
系統(tǒng)利用 STM32F103RET 單片機和分立器件構(gòu)成視頻同步分離電路和字符疊加電路。通過無線發(fā)送和接收模塊實現(xiàn)視頻 AV 信號的無線傳輸、字符疊加、信號中繼、信號接收等,信號源節(jié)點功率消耗低。系統(tǒng)整體框圖如圖 1 所示。
1.1 無線音視頻通信模塊
采用 TX6729,RX6788 音視頻發(fā)射解調(diào)模塊傳輸模擬視頻信號。該模塊采用單芯片設計,集成 VCO,PLL,寬帶FM 視頻解調(diào),F(xiàn)M 伴音解調(diào),能夠傳輸模擬數(shù)字視頻信號, 節(jié)點可以直接接收模擬信號,降低了開發(fā)難度。該模塊具有體積小、功耗低、靈敏度高等特點 [5]。
1.2 字符疊加模塊
要在屏幕上穩(wěn)定地進行字符疊加,必須在全視頻信號中提取行、場同步信號 [6],通過分立器件組成的行場同步分離電路,從視頻圖像信號中分離出場、行同步信號,疊加器內(nèi)部電路受外來同步信號控制 [7-8]。該電路性能穩(wěn)定可靠,成本低、功耗小。
1.3 主控芯片
各節(jié)點采用 STM32F103RET 作為主控芯片,STM32 單片機能夠以 5 MHz 的頻率將數(shù)據(jù)串行輸出,并且在視頻信號行場消隱期內(nèi)完成字符數(shù)據(jù)的讀取與主控 CPU 的通信等操作,顯示穩(wěn)定 [9]。
2 系統(tǒng)軟件設計
本文設計利用軟件檢測行、場同步信號,從而實現(xiàn)字符指定位置的字符輸出顯示。STM32F103RET 主程序通過配置相關 GPIO 口、外部中斷 0 和中斷優(yōu)先級實現(xiàn) STM32 初始化。主程序流程如圖 2 所示。
當 STM32F103RET 接收到外部行信號時則中斷,清除中斷標志位防止重復接收,判斷行信號數(shù)量,當行信號在40 ~ 169 之間時,延時 25 μs 并發(fā)送顯示字符,退出中斷。中斷流程如圖 3 所示。
圖 2 主程序流程圖
圖 3 中斷程序流程圖
3 實驗測試與結(jié)果
3.1 行、場同步信號提取測試
將 AV 視頻信號連接到視頻同步信號提取電路輸入端,把電路的行同步輸出和場同步輸出分別連接到數(shù)字示波器信號輸入端,通過用數(shù)字示波器測試行同步信號與場同步信號波形,得到提取并整形后的行、場同步信號參數(shù)見表1所列。
3.2 視頻疊加測試
將 AV 視頻信號分別輸入到字符疊加電路、視頻同步信號提取電路與 LCD5802,然后將行、場同步信號輸出端以及字符疊加輸出端連接到單片機的 I/O 口以供單片機檢測,最后觀察 LCD 屏幕上顯示的字符 [10]。在進行視頻字符疊加時(以字符“B”為例),若視頻圖案明暗反差太大,行信號會受到干擾,產(chǎn)生毛刺,影響字符疊加效果,因此需在行信號提取電路輸出端加濾波電容。視頻效果如圖 4 所示。
4 實驗結(jié)果
測試中發(fā)現(xiàn)無線發(fā)送模塊工作在 3 V 電壓環(huán)境時,電流為 50 mA,功耗較大,為 150 mW,傳輸距離大于 10 m。在發(fā)射模塊的電源供電回路中串接 2 個二極管,使之工作在1.6 V 電壓環(huán)境,工作電流約 20 mA,功耗為 32 mW,功耗明顯降低。關閉 STM32F103RET 單片機如 AD、定時器 3 等模塊,并設置為低功耗模式。
通過系統(tǒng)聯(lián)調(diào),節(jié)點 B,C 功耗均小于 150 mW,點對點通信距離大于 5 m,中繼通信距離大于 10 m。功耗測試參數(shù)見表 2 所列,通信距離測試數(shù)據(jù)見表 3 所列。
5 結(jié) 語
隨著社會的發(fā)展,短距離無線通信技術已被大量應用到人們的生活中,且字符疊加單元已成功應用于視頻通信系統(tǒng),這一技術的實現(xiàn),豐富了無線通信產(chǎn)業(yè)的應用,為科技注入了新的活力。