数字无线实时视频通信和拍摄系统

引 言

本无线系统基于高速率射频芯片的视频通信系统，且具备即时拍摄功能;在视频(连续)模式下采用QQVGA的分辨率传输视频数据，为160×120(@13fps)，基本上能达到实时视频的日的。在实际应用中，用户可以在接收端的LCD中观看(远处的)发送端附近的景物。当见到感兴趣的景物时，按下按钮稍等片刻，即可得到1.3M像素的图像，方便实用。为简化设计，该系统只用了8位色深和RGB的数据格式，且未采用CCD摄像芯片，也未使用FPGA芯片进行逻辑控制，节省了成本。

下面着重讲述以TMS320VC5402 DSP为控制核心的无线视频通信系统，详细描述DSP与摄像芯片以及DSP与射频芯片这两大部分的接口设计，分析设计中的要点，最后给出部分DSP汇编代码。

1 无线实时视频系统的组成与工作原理

1.1 OV9640摄像芯片简介

OV9640是美国OmniVision公司推出的高性能CM0S图像传感器芯片.支持130万像素的图像拍照和多种分辨率，包括l280×960、VGA、QQVGA、CIF、QCIF等及多种数据输出格式，如Raw RGB、YUV(4：2：2)、YcbCr(4：2：2)等;支持8位或16位数据输出;通过SC-CB接口对其编程，可实现图像处理的各种基本功能，譬如曝光控制、白平衡、色彩饱和、伽马控制等;芯片电压要求低，可应用于嵌入式移动设备。

1.2 nRF24L01射频芯片简介

nRF24L01是挪威Nordic公司的单片无线GFSK收发芯片，工作于2.4～2.5 GHz的ISM频段，无线传输率最大为2Mbps，与MCU采用SPI接口进行控制和数据传输。相比其上一代产品nRF2401，nRF24LOl的性能更为优越，功耗更低。它最多能支持6路数据通道，且每条通道均支持Enhanced ShockBurst(ESB)技术，具备自动应糟(AACK)和自动重发(ART)功能，减轻了MCU的负担，降低了无线数据的丢包率，提高了双向传输的效率。在开启ESB的情况下，nRF24L0l发送完数据包后将自动切换到接收模式以等待对方的应答.并会根据寄存器的设定来实施自动重发。

1.3 系统硬件电路

硬件电路由发送(获取)端和接收(存储显示)端两大部分组成，通过高速RF芯片实现在2.4 GHz频段的无线链接。发送端以TMS320VC5402 DSP作为控制核心，OV9610摄像头芯片作为视频(或图像)获取前端，AT29LV1024 Flash ROM作为DSP自举程序存储芯片，K4S161622H IMB容量的SDRAM作为程序运行空间以及视频数据缓冲，视频数据最终通过射频芯片nRF24LOl发射出去;接收端的硬件结构基本上与发送端一致，将前端的OV9640改换成后端的LCD显示即可。整个系统的总体结构框图如图1所示。

1.4 系统工作原理和流程

1.4.1 发送端工作于视频流模式

发送端由DSP作为核心控制芯片。DSP上电初始化，通过BootLoader把Flash ROM中的代码加载到SDRAM中，实现系统的高速运行以加快数据的处理速度，并将HPI接口设定为通用I/O。然后，通过McBSPO缓冲串口将nRF24L0l设定为发送模式，把含有预定地址的数据包发送出占以检测接收端，nRF24L01会自动切换到等待应答信号的模式。若存在正确的接收端(地址相符)，则nRF24L01通过INTO中断通知DSP，使DSP重新将nRF24L01设定为发送模式，并立即对OV9640初始化，通过McBSPl缓冲串口来实现SCCB总线，启动摄像头并设定为连续帧模式。此时的分辨率为标准QQVGA，即160×120(@8bit)，最后，DSP把从D[7：O]获得的8位并行数据转化为串行格式，通过SDRAM缓冲和McBSP0送给nRF24L01，将视频数据发射出去。若没有检测到正确的接收端(没有INTO中断发生)，则DSP会一直等待INTO发生或直到用户关闭电源。

1.4.2 发送端工作于拍摄模式

在视频流传输过程中，nRF24LOl可以同时监听空中信号并自动应答。若收到来自接收端的拍照通知(按下按钮)，则把OV9640设定为标准拍摄模式，分辨率为l280×960(@8bit)。然后，DSP将nRF24L01设定为发送模式，并将此时的帧数据发送出去。图像数据发送完成并等到接收确认信号后，系统将重新回到视频流模式。若接收不成功，则nRF24LOl的自动重发功能将确保数据传输的完整性。

1.4.3 接收端的工作流程

接收端上电初始化的情况基本与发送端一致，但要将nRF2dL01(按预定地址)设定为接收模式以接收检测信号。检测到相符的地址后，nRF24L0l的自动应答功能会发送应答信号给发送端以确认收到信号，此时双方"握手"成功。接着，通过INTO中断通知DSP，使得DSP重新将nRF24LOl设定为接收模式以接收来自发送端的连续视频流，并且打开LCD模块准备显示视频。最后DSP通过SDRAM缓冲视频流，送给LCD显示(若LCD等其他后端模块为并行接口，则需要将数据转化成并行数据格式)。至此，系统已经能实现实时视频数据的无线传输，实时视频流的分辨率为QQVGAl60×120(@13fps)。

在视频流的显示过程中，若用户按下拍照按钮，则产生INTl中断通知DSP，DSP会将nRF24LOl设定为发送模式并发送拍照通知信号。收到应答信号后，nRP24L0l返回接收模式准备接收图像数据，接收完成后会自动发送确认信号以表示图像数据接收成功。最后，DSP将图像数据交由后端模块处理。至此.系统实现了图像的无线拍摄功能，拍照效果为1280×960(@130万像素)，基本上能满足拍照要求。

视频系统接收端和发送端的工作流程如图2所示。

2 DSP的接口设计

2.1 DSP与OV9640的接口设计

该芯片使用OmniVision公司自主开发的SCCB总线进行控制，使用三线连接。其中SCCB_E为串口允许/禁止信号线，SIO_C和SIO_D分别为串口时钟线和数据线。系统中仅对OV9640进行控制而不需要获知其状态，采用DSP的McBSPO端口进行连接，其中HD3用于打开串口，BCLKX0和HDX0分别用于发送时钟信号和控制数据。具体的硬件连线如图3所示。

来源：电子发烧友