无线视频通信作为第三代移动通信关键技术得到了广泛关注。但其是为远距离多用户服务的,开发难度大,需要众多辅助技术支持。然而,近距离无线视频通信可以采用较为成熟的技术实现,它可以应用于视频监控中不易连线的部分以及近距离巡视,它不同于 3G 技术中的视频传输,具有易于开发、传输距离近等特点。要实现无线视频传输,就要应用大压缩比的视频压缩编码满足无线传输速率的苛刻求,MPEG-4 编码是基于图像内容的第二代视频编码方案,并将对象合成的编码方案也结合在标准中,它根据图像的内容将图像分割为不同的视频对象(VO)。在编码过程中,前景和背景对像采用不同的编码策略:前景对像的编码压缩尽可能保留压缩对像的细节和平滑性;对背景视频对像,采用大压缩比的编码策略,而在解码端用其他的背景拼成新的的背景。因此它可以实现大压缩比的视频编码,不仅解决了块效应,同时解决了无线传输时的带宽限制问题,因此 MPEG-4 被作为无线通信系统中主要的视频编码标准。
电路系统原理:用专用 MPEG-4 编码器,可以获得良好的性价比,因此采用 ML86410 芯片是较好的 MPEG- 4 视频压缩解决方案;同时采用 nRF24L01 和 nRF24LU1 芯片实现无线传输,它们不仅具有高达 2 Mbit·s-1 的无线空中速率,而且后者带有增强型 8051 内核和 USB2.0 协议的无线 Soc 芯片,较好地解决了与 PC 机的连接问题;控制器采用广泛使用的低功耗 FPGA 来协调控制视频流的无线传输以及对 OV7620 和 ML86410 进行控制和模式配置,FPGA 准确地逻辑性保证了传输的可靠性。
nRF24L01 及其连接电路

下位机的无线连接采用 Nordic Semiconductor 公司的 nRF24L01。它是一款新型单片射频收发器件,工作于 2.4~2.5GHz ISM 频段,采用 GFSK 调制,硬件集成 OSI 链路层,最高空中速率达到 2Mbit·s-1,采用 SPI 接口连接控制器。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块并融合了增强型 ShockBurst 技术,其输出功率和通信频道可通过程序进行配置,有 125 个频道。nRF24L01 功耗低,在以功率为-6dBm 发射时,工作电流只有 9mA;接收时,工作电流为 12.3mA。采用 SPI 接口与控制器 FPGA 进行连接,负责开机时接收各个器件的配置信息,完成配置后进行视频数据流的无线发送。其中,CE 是发射和接收切换引脚,CSN 为片选,IRQ 为中断信号输出引脚,连接电路图如图 4 所示。
nRF24LU1 及其应用电路

nRF24LU1+是 Nordic 推出的一款将高性能射频收发器与单片 USBdongle 功能结合起的无线收发芯片,它可实现无线数据到 USB 数据形式的转换,这样就实现了与 PC 机的连接。nRF24LU1+内含 1 个增强型 8051MCU 内核、无线收发模块、符合全速 USB2.0 标准的器件控制器。nRF2ALU1+显著地增强了抗宽带干扰和互调失真(IMD)性能。nRF24LU1+芯片需要的外部元件只是低成本的 16MHz 晶振、去耦电路、匹配网络和天线。USB 工作电源电压范围 4.0~5.25V。nRF24LU1+是单片结构,外形尺寸 5 mm×5 mm。它的最高速率 2 Mbit·s-1,兼容所有 nRF24 系列芯片;使用 Enhanced ShockedBust 技术可以实现数据包的自动打包/解包和传输处理;使用 MultiCeiver 技术可同时支持 6 个无线装置,频段、输出能量和其他射频参数可通过射频寄存器进行编程调节,电路图如图 5 所示。
PA 和 LNA

单独只采用 nRF 芯片只能近距离的无线通信,为增加无线视频传输的距离,需要加入 PA。从增加数据通信距离考虑,还需要增加芯片输入端的接收灵敏度,选用合适的 LNA 和滤波器成为必然。设计选用 Maxim 公司的 MAX2240 和 MAX2644,连接电路如图 6 所示。
MAX224O 专为 2.4~2.5GHz 频段的应用而设计,符合 Bluetooth、HomeRF、802.11 标准以及其他 FSK 调制系统的要求。:MAX2644 是一款专为 WLAN,Bluetooth 等工作在 2.4GHz 频段内的设备设计的高三阶交调点的低噪声放大器。放大电路中,微波开关采用 HitTIte 公司生产的低成本 SPDT 微波开关,型号 HMC545,该开关特别为 3G 和 ISM 频段工作的设备设计,其插入损耗仅有 0.25dB,采用 SOT 封装、体积小,可用 CMOS 或 TTL 电平控制。利用 nRF 芯片的 VDD_PA 引脚控制无线发送和接收的切换。
采用具有可靠逻辑功能的 FPGA 协调 MPEG-4 视频流到无线数据流的转换和发送,可以保证无线视频传输的性能;同时在终端采用带有无线功能和 USB2.0 协议的 SOC 芯片来实现与 PC 连接,不仅保证了无线传输的可靠性,还使得电路小型化,方便使用。测试表明,无线速率低于 2 Mbit·s-1 时,可以实现无线视频的可靠传输。