超寬帶無線視頻監控系統的設計與實現

【摘要】針對無線視頻采集設備高速率、小體積、低功耗的要求，建立了基于低功耗攝像頭和無線超寬帶技術的視頻監控系統設計方案。采用VS6724 攝像頭實現視頻采集，單載波UWB（SC-UWB）方案實現無線傳輸，既滿足了視頻采集設備對于體積和功耗的要求，又有效對抗了多徑的影響。基于PC 平臺實現視頻解碼與播放，可移植性強。驗證了系統基于FPGA 和PC 平臺構建，在密集多徑和深度衰落的實際場景下，測試效果良好。

　　1 引言

　　超寬帶（Ultra Wideband，UWB）是一種利用低功率譜密度、超高帶寬的無線信號實現短距離高速傳輸的技術[1]。最近幾年，UWB 技術不斷發展，基于UWB 的各種研究已經取得了諸多成果。另一方面，無線視頻監控和一些特殊場景下的應用， 對監控系統提出了特殊的要求，如視頻采集設備要體積小、功耗低，監控系統抗干擾、抗衰落能力要強等。UWB 技術在短距離傳輸時高速率、低功耗的特點，為實現以上要求提供了便利。

　　基于UWB 的無線視頻監控系統有許多設計難點。

　　首先，傳統的視頻采集設備體積通常較大，且在電池供電的情況下很難工作較長時間，選擇合適的視頻采集設備對于實現發送端體積與功耗的優化極為重要；其次，特殊場景的傳輸環境通常伴有較為嚴重的多徑衰落，如何既滿足發送端體積與功耗的限制， 又實現高質量的無線傳輸， 是設計UWB 無線收發模塊必須考慮的。

　　此外，對于接收端的視頻解碼與顯示軟件，也需要考慮可移植性與提高顯示質量的問題。針對以上設計難點，筆者提出了具體的設計方案，其性能在實際系統中得到了驗證。

　　2 系統總體設計方案

　　系統總體設計方案如圖1 所示。在視頻采集與發送端，使用小型攝像頭，配合攝像頭適配，完成視頻采集。采集到的視頻信號經過UWB 基帶和射頻處理， 經由天線發送。在視頻接收與顯示端，天線接收到的無線信號經過UWB 射頻和基帶接收模塊處理以及以太網成幀后發往PC，由運行在PC 上的視頻解碼與播放軟件顯示。

　　視頻采集與發送端的設計應以體積和功耗作為第一考慮。意法半導體為手機、PDA 等設備開發的VS6724 攝像頭， 體積為8.00 mm×8.00 mm×5.55 mm， 功耗不超過500 mW，是比較理想的攝像頭方案。VS6724 具有1 600×1 200 像素分辨力和全面的圖像處理功能， 支持30 f/s（幀/秒）、UXGA 格式的圖像采集和傳輸， 并內嵌JPEG壓縮功能，避免了系統對其他視頻壓縮模塊的需求，降低了體積與功耗。視頻接收與顯示端可以將連續的JPEG 圖像進行Motion JPEG 處理， 以實現視頻顯示的目的。

　　在UWB 無線傳輸體制方面， 設計選擇了單載波UWB（SC-UWB）方案[4-5]。SC-UWB 是一種基于單載波直接序列擴頻的UWB 方案。相對于主流方案MB-OFDM，SC-UWB 方案發送端顯著簡單，且對射頻線性度和ADC精度等要求較低，利于發送端小體積、低功耗的實現。