基于ARM的無線數字視頻傳輸系統應用

引言

　　微型無人偵察機的首要任務是實現圖像信息的實時獲取與無線傳輸。研究較成熟的無人機載圖像實時傳輸系統，其圖像質量指標、信道編碼效率等均不高，且抗多徑干擾差。同時，由于微小型飛行器的載重及能量供給非常有限，對機載部分的功耗、重量、安裝尺寸等都提出了更為嚴格的要求。因此，開發適用于微型飛行器的微小攝像與無線傳輸系統尤為重要。本文所研究的主要內容以某微型無人偵察機的需求為背景，提出了一種視頻圖像的無線數字傳輸方式，該系統具有體積小、功耗低、實時性好及傳輸可靠等特點。

本文設計的基于ARM的嵌入式微小型無人機無線數字視頻傳輸系統，包括硬件設計和Linux下的軟件設計。該系統在MCU4010嵌入式微處理器的協調和調度下統一工作，采甩專用MPEG-4音視頻編碼芯片MPG-440A將采集生成的數字視頻予以編碼壓縮處理。

　　1 系統原理

　　微型無人機要求提供實時、高質量的偵察圖像。本文所采用的攝像與無線傳輸系統組成框圖如圖1所示，主要由圖像傳感器、視頻壓縮編碼芯片、微處理芯片、FLASH芯片和SDRAM內存以及無線網卡等組成。

　　由于受微型無人機的載荷所限，該系統首先選用重量較輕的高分辨率模擬攝像機采集視頻信號，然后利用圖像編碼器將采集到的模擬圖像，轉化生成分辨率較高的數字圖像。編碼后的數字圖像數據量巨大，且無線通信信道的帶寬有限，難以保證視頻圖像的實時傳輸，因此需要對數字視頻圖像進行編碼壓縮，在保證一定畫質的前提下盡可能減少數據量。壓縮工作通常可以選用軟件或專用硬件來完成。然而專用編碼壓縮軟件代碼規模較大，設備要求高，且機載微處理器功能有限，使其應用受到限制。為保證系統最優功能狀態，選用MPEG-4專用編碼芯片對采集后得到的數字圖像進行硬件編碼壓縮，生成MPEG-4碼流，實時性好，可靠性高。模塊工作和碼流流向由ARM微處理器調度管理，同時，微處理器通過RS 485和攝像模塊相連，傳輸攝像機鏡頭的控制信號，如變倍、變焦等。機載云臺也通過RS485獲得用戶的遠程控制信號，并通過水平和垂直方向的位置改變來響應用戶的不同僨察需求。在完成數字視頻偵察系統的開發后，為系統加入了基于開放的802.11協議的無線加密傳輸模塊，為系統的安全工作帶來保證，避免了無線視頻系統的安全漏洞。

　　2 硬件設計

　　微型無人機視頻處理與傳輸系統主要包括視頻采集及處理模塊、無線數據傳輸模塊2個子系統，是整個微型無人機視頻系統中的核心部分。

　　本文視頻編碼器采用的編碼器是ADI公司的ADV7180，它是ADI首次發表的低價格低消耗功率但提供高質量影像輸出的影像編碼器。在它的輸入前端有階梯狀濾波器，不用為系統添加額外的濾波器。同時，ADV7180還提供了DNR/CTI的影像強化輸出調整，ADLLT更獨步全球提供給系統在弱信號的處理上強有力的支持，使傳輸的圖像更加平穩。擁有智能型影像處理器的ADV7180在控制上也更為簡化，只需設定少數的暫存器就可輸出高質量影像，無需為影像編碼器設定繁瑣復雜的程序。

　　視頻壓縮芯片采用的是Imagia公司的MPG-440A，如圖2所示，它是針對網絡視頻傳輸所設計的MPEG-4專屬芯片。MPG-440A支持高階影像數字監控功能，包含D1分辨率、防偽水印、動態調整IP幀比率與動態調整質量，是特殊場合監控用的最佳影像處理器，可產生最小比特率并符合長時間儲存要求。

　　主控芯片選取的是Imagia公司的MCP4010-32位RISC嵌入式微處理器，見圖3。它使用.ARM 922 T核，工作頻率高達200 MHz，內部帶有存儲器管理單元(MMU)，具有高性能、低功耗、接口豐富和體積小等優良特性，是視頻采集和處理模塊的核心，可達到D1分辨率實時編碼壓縮的效能。