JPEG2000的近距離無線視頻傳輸系統設計

摘要：采用現有的3G移動通信網絡來實現無線視頻傳輸的方法適合遠距離使用，在近距離時使用這種傳輸方式不僅費用高，而且帶寬得不到保證。針對以上問題設計了一種近距離無線視頻傳輸系統。系統采用專用的JPEG2000視頻壓縮器件ADV212來實現視頻壓縮；基于多外部接口和低功耗的考慮，選用Cortex-M3內核的嵌入式處理器LPC1768對整個系統進行控制；無線傳輸采用nRF24LU1+來實現。
關鍵詞：無線視頻傳輸；JPEG2000；圖像采集；LPC1768

引言
隨著移動通信技術的發展，無線視頻通信已經在第三代移動通信系統中得到應用。但是移動通信網絡是大眾應用型網絡，適用于遠距離視頻通信，對于近距離視頻通信(幾十米到幾百米)，不僅費用高，而且帶寬可能會受到限制，傳輸可靠性不能得到保證。因此，我們可以采用較為成熟的近距離無線視頻通信技術。設計中采用了JPEG2000專用壓縮芯片來進行視頻壓縮，能實現較高壓縮比。

1 無線視頻傳輸系統的組成
無線視頻傳輸系統主要由視頻圖像采集模塊、JPEG2000實時壓縮模塊、控制模塊和通信模塊等組成。無線視頻傳輸結構框圖如圖1所示。

主要模塊介紹如下：
①視頻圖像采集模塊，由CMOS圖像傳感器OV7670構成，完成圖像的采集和濾波處理；
②JPEG2000實時壓縮模塊，主要由JPEG2000編解碼芯片ADV212完成視頻的實時壓縮；
③控制模塊(LPC1768)，處理紅外觸發信號及視頻的存儲和發送；
④通信模塊，包括無線傳輸模塊和網絡適配器(可擴展)；
⑤存儲器，SD存儲卡。

2 系統模塊設計
系統主要包括視頻圖像采集模塊、JPEG2000實時壓縮模塊、控制模塊和無線傳輸模塊。
2．1 視頻圖像采集模塊
視頻圖像采集由OmniVision公司的OV7670圖像傳感器完成，JPEG2000實時壓縮模塊采用ADI公司的ADV212實時壓縮芯片來實現。
2．1．1 OV7670
OV7670是30萬像素CMOS VGA圖像傳感器。它具有體積小、工作電壓低等特點，可提供單片VGA攝像頭和影像處理器的所有功能；通過SC CB總線控制，可以輸出整幀、子采樣、取窗口等方式的各種分辨率8位影像數據；最高幀率可達30 fps，用戶可以完全控制圖像質量、數據格式和傳輸方式；所有圖像處理功能如伽瑪曲線、白平衡、飽和度、色度等，都可以通過I2C總線以SCCB方式進行配置；感光陣列為640x480，可以輸出YCbCr(4：2：2)的格式數據。
2．1．2 ADV212
ADV212是ADI公司推出的一款用于實現靜態圖像壓縮最新算法標準JPEG2000的專用圖像壓縮編解碼芯片。它采用SRAM工藝構造，延遲小、功耗低、成本低。工作模式可通過設置內部寄存器來靈活控制，適用于多種視頻和靜止圖像格式數據的壓縮處理。它主要由像素接口、小波變換引擎、熵編解碼器、嵌入式處理器、存儲器系統、內部DMA引擎和外部DMA引擎等組成。單片ADV212單次壓縮最大能處理的數據量為1 MB，設計中采用YCbCr(4：2：2)格式，單幀數據量為600 KB，完全可以滿足要求。視頻圖像采集與控制結構框圖如圖2所示。

OV7670的初始化配置由控制器LPC1768通過I2C總線以SCCB方式進行配置，可以進行讀寫的寄存器地址范圍是00～C9H，其中很多不用進行改寫，只需默認值；使能信號為ENABLE=1，非使能信號為DISABLE=0；從地址0x42是寫，0x43是讀。常用的寄存器COM7(12H)是輸出格式寄存器，COM10(15H)是行場設置寄存器以及其他COM類通用控制寄存器。
LPC1678通過設置引腳PWDN為高電平使其進入睡眠狀態。如果有觸發信號，則進行視頻圖像采集；視頻采集由OV7670和ADV212來完成。其中引腳PCLK為像素時鐘信號，HREF為行同步信號，VSYNC為幀同步信號，數據格式采用YCbCr(4：2：2)(8位)。這正好符合ADV212芯片要求的格式，通過OV7670的D[7：0]引腳與ADV212的VDATA[11：4]引腳來完成數據傳輸。