小功率視頻信號通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

0 引 言

隨著通信技術(shù)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(dāng)今通信業(yè)乃至整個信息業(yè)的熱點(diǎn) [2]。傳統(tǒng)的視頻通信技術(shù)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(shè)計(jì)了基于 STM32 芯片的短距離視頻信號無線通信網(wǎng)絡(luò)。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(shè)計(jì)

系統(tǒng)利用 STM32F103RET 單片機(jī)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(shí)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(diǎn)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(shè)計(jì)，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(diǎn)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(diǎn) [5]。

1.2 字符疊加模塊

要在屏幕上穩(wěn)定地進(jìn)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(diǎn)采用 STM32F103RET 作為主控芯片，STM32 單片機(jī)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(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)利用軟件檢測行、場同步信號，從而實(shí)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(guān) GPIO 口、外部中斷 0 和中斷優(yōu)先級實(shí)現(xiàn) STM32 初始化。主程序流程如圖 2 所示。

當(dāng) STM32F103RET 接收到外部行信號時(shí)則中斷，清除中斷標(biāo)志位防止重復(fù)接收，判斷行信號數(shù)量，當(dāng)行信號在40 ～ 169 之間時(shí)，延時(shí) 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(shí)驗(yàn)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(jī)的 I/O 口以供單片機(jī)檢測，最后觀察 LCD 屏幕上顯示的字符 [10]。在進(jìn)行視頻字符疊加時(shí)（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(shí)驗(yàn)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(shí)，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(guān)閉 STM32F103RET 單片機(jī)如 AD、定時(shí)器 3 等模塊，并設(shè)置為低功耗模式。

通過系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，節(jié)點(diǎn) B，C 功耗均小于 150 mW，點(diǎn)對點(diǎn)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(shù)已被大量應(yīng)用到人們的生活中，且字符疊加單元已成功應(yīng)用于視頻通信系統(tǒng)，這一技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，豐富了無線通信產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用，為科技注入了新的活力。