超寬帶無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

　　UWB 接收端使用復(fù)雜的接收算法對抗多徑衰落。

　　接收端與PC 的接口選擇了高速率、低成本的以太網(wǎng)。PC的視頻解碼和顯示軟件基于Windows 平臺設(shè)計，使用免費的WinPcap 和OpenCV 軟件包，易于軟件的移植。

　　3 攝像頭適配模塊設(shè)計

　　攝像頭適配模塊提供攝像頭驅(qū)動、應(yīng)用層成幀、物理層等功能。攝像頭驅(qū)動模塊使用I2C 總線，實現(xiàn)VS6724的寄存器配置與工作狀態(tài)控制。VS6724 工作狀態(tài)的配置須考慮系統(tǒng)性能的要求與限制。為實現(xiàn)連續(xù)流暢的視頻效果，VS6724 應(yīng)工作在圖像連續(xù)采集模式下，且?guī)什恍∮?5 f/s。圖像分辨力為640×480，滿足一般圖像清晰度的要求。考慮到UWB 物理層傳輸速率的限制，VS6724 發(fā)送的圖像格式將為JPEG，并使用自動壓縮的方式控制每幀圖像的大小，從而保證攝像頭輸出的凈數(shù)據(jù)速率不超過物理層的傳輸能力上限。

　　應(yīng)用層成幀模塊將圖像幀封裝成應(yīng)用層幀，并添加序列號、幀長度與校驗和到幀尾（見圖2），用來在接收和顯示端檢測不同類型的錯誤。攝像頭輸出的JPEG 圖像自帶幀頭與幀尾標識，幀頭為0xFFD8，幀尾為0xFFD9。

　　在應(yīng)用層成幀的時候，借用了JPEG 的幀頭與幀尾，化簡了成幀操作。

　　物理層適配模塊完成攝像頭與物理層的速率適配。

　　實驗發(fā)現(xiàn)，VS6724 輸出圖像數(shù)據(jù)并不是連續(xù)的，而是使用數(shù)據(jù)有效信號提供包絡(luò)， 數(shù)據(jù)具有較強的突發(fā)性，且攝像頭輸出數(shù)據(jù)的時鐘速率高于物理層讀取數(shù)據(jù)的時鐘速率，因此必須采用緩存隊列的方式，保證突發(fā)數(shù)據(jù)不丟失。經(jīng)過試驗與計算，在幀率25 f/s 的工作狀態(tài)下，使用2 kbyte 的緩存隊列， 可以保證突發(fā)性最嚴重的數(shù)據(jù)也不會丟失。

　　4 UWB 發(fā)送端設(shè)計

　　UWB 發(fā)送端結(jié)構(gòu)如圖3 所示， 包括UWB 基帶發(fā)送和UWB 射頻發(fā)送兩部分。在基帶發(fā)送部分，經(jīng)過適配的視頻數(shù)據(jù)通過擾碼增加偽隨機性，再經(jīng)過信道編碼，插入訓(xùn)練序列后進行擴頻調(diào)制，之后完成物理層成幀處理，再經(jīng)過波形成型濾波器，發(fā)往射頻發(fā)送模塊。在射頻發(fā)送模塊，經(jīng)過基帶處理的數(shù)據(jù)通過混頻器調(diào)制到射頻，然后經(jīng)由功率放大器（PA）和帶通濾波器（BPF），由天線發(fā)射出去。

　　相對于接收端，UWB 發(fā)送端結(jié)構(gòu)簡單，易于小體積、低功耗的實現(xiàn)。為了滿足傳輸性能的需求，在信道編碼模塊采用了RS 碼與卷積碼的級聯(lián)碼配合交織，提高糾錯能力，對抗突發(fā)錯誤。在擴頻調(diào)制之前插入訓(xùn)練用PN 序列，方便接收端均衡器的自適應(yīng)調(diào)整。擴頻調(diào)制使用BPSK調(diào)制方式，選擇擴頻比為2。擴頻調(diào)制之后的成幀處理，加入了前導(dǎo)序列、幀頭序列以及跟蹤序列（見圖4），以便接收端完成捕獲、同步和跟蹤的重要任務(wù)。這3 個序列同樣使用PN 序列。濾波成型使用了根升余弦濾波器，選擇滾降系數(shù)為1，使頻帶內(nèi)發(fā)射功率盡可能大。