專利名稱：無線數(shù)字擴頻圖像實時傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及擴頻通信技術，具體涉及一種無線擴頻傳輸模塊，特別是涉及到采用無線擴頻傳輸模塊的一種無線數(shù)字擴頻圖像實時傳輸系統(tǒng)。
采用圖象壓縮技術的傳輸系統(tǒng)是公知的現(xiàn)有技術，例如中國專利申請97122566中所述的控制圖象壓縮數(shù)據(jù)量的電路和方法。圖象壓縮的主要作用是減少傳輸中的圖象數(shù)據(jù)，從而可以降低傳輸?shù)谋忍芈?。但是，隨著圖象傳輸技術日益廣泛的應用，對圖象壓縮和傳輸技術提出了更高的要求。
擴頻通信是近年來集數(shù)字通信、高速計算處理、數(shù)字相關匹配濾波，自適應無線收發(fā)于一體而發(fā)展起來的一門新興技術，利用擴頻技術研發(fā)的“無線數(shù)字擴頻圖像實時傳輸系統(tǒng)”，輸入視頻信號量化編碼后用高速DSP進行實時圖像壓縮，實時壓縮比最大可達7500∶1，通信系統(tǒng)采用無線直接序列擴頻技術，將壓縮后的圖像經(jīng)無線擴頻系統(tǒng)發(fā)送到各通信單元，接收機在收到信號后經(jīng)解擴處理，用高速DSP還原視頻信號，體積小，效率高，使用靈活方便，在警務、軍事、遙測遙控、電力、油田等領域有廣泛的用途。它具有以下的主要優(yōu)點1)可用本身DSP完成視頻壓縮解壓工作，不需依賴計算機完成算法計算；2)發(fā)射功率小，抗干擾能力強；3)使用靈活方便、體積小、效率高；4)可組網(wǎng)通信。
本發(fā)明的目的之一是提供一種無線擴頻傳輸模塊，用來實現(xiàn)兩個或更多設備之間的數(shù)字信號無線收發(fā)，只需通過數(shù)據(jù)接口設定工作模式，內部處理器就能自動完成控制操作。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種包括上述無線擴頻傳輸模塊的無線數(shù)字擴頻圖像實時傳輸系統(tǒng)，采用擴頻技術實現(xiàn)圖象的傳輸。
為實現(xiàn)上述發(fā)明目的而設計的無線擴頻傳輸模塊包括發(fā)射部分，接收部分，收發(fā)轉換單元，模塊控制器MCU和一個數(shù)字接口，發(fā)射部分主要包括擴頻調制電路，調制電路，變頻電路，高頻功率放大器HPA和帶通濾波器BPF。輸入的視頻信號預先經(jīng)過信息調制變?yōu)閿?shù)字基帶信號，通過數(shù)字接口提供給擴頻調制電路，在擴頻調制電路中用擴頻碼執(zhí)行擴頻調制，然后將其提供給調制電路調制成中頻信號，用變頻電路將這一中頻信號變頻為射頻信號，變頻電路輸出的射頻信號經(jīng)過高頻功率放大器HPA和帶通濾波器BPF處理后將限帶的射頻信號提供給收發(fā)轉換單元，再經(jīng)由天線發(fā)射出去。無線擴頻傳輸模塊的接收部分主要包括低噪聲功率放大器LNA，帶通濾波器BPF，變頻電路，中頻放大器，解調電路和一個解擴頻電路。經(jīng)天線接收到的信號通過收發(fā)轉換單元依次提供給低噪聲功率放大器LNA和帶通濾波器BPF，從帶通濾波器BPF輸出的限帶的信號經(jīng)過變頻電路變成中頻信號后提供給中頻放大器，解調電路將中頻放大器輸出的信號解調成數(shù)字信號，最后由解擴頻電路執(zhí)行解擴處理，還原成數(shù)字基帶信號提供給連接到用戶設備上的數(shù)字接口。另外，由一個模塊控制器MCU來控制調制/解調電路和收發(fā)轉換單元，通過數(shù)字接口來設定頻率，發(fā)射功率，擴頻碼等等參數(shù)，以及實現(xiàn)同步。
本發(fā)明的無線數(shù)字擴頻圖像實時傳輸系統(tǒng)是由一個無線擴頻傳輸模塊和一個實時圖象壓縮解壓系統(tǒng)組成的。其特征是包括上述的無線擴頻傳輸模塊，并且進一步包括對輸入的數(shù)字視頻信號進行圖象壓縮編碼的圖象壓縮編碼器；以及一個圖象解壓解碼器，用來對無線擴頻傳輸模塊的接收部分輸出的數(shù)字編碼信號執(zhí)行圖象解壓解碼，還原成視頻信號；圖象壓縮編碼器和圖象解壓解碼器通過數(shù)字接口連接到無線擴頻傳輸模塊上。
以下要參照附圖解釋本發(fā)明的實施例，在附圖中

圖1是擴頻通信系統(tǒng)發(fā)送端的原理示意圖；圖2是擴頻通信系統(tǒng)接收端的原理示意圖；圖3表示本發(fā)明的無線擴頻傳輸模塊的電路框圖；圖4表示實時圖象壓縮解壓無線擴頻傳輸系統(tǒng)發(fā)送端的原理示意圖；圖5表示實時圖象壓縮解壓無線擴頻傳輸系統(tǒng)接收端的原理示意圖；圖6是本發(fā)明的一種具體實施方案。
首先參照圖1和2解釋擴頻通信的原理。在圖1中表示了擴頻通信系統(tǒng)發(fā)送端的原理示意圖。如圖1所示，擴頻通信物理模型信元基帶信號經(jīng)過信息調制變?yōu)閿?shù)字信號，再用擴頻碼進行擴頻調制，將數(shù)字信號擴展到一很寬的頻帶上，然后進行第三次調制，再將擴頻后的信號經(jīng)射頻放大后發(fā)射出去。
參見圖2，射頻信號在接收端經(jīng)高頻放大和混頻后得到一中頻信號，再用本地擴頻碼執(zhí)行相關解調，通過帶通濾波還原出窄帶信號，再經(jīng)解調即可恢復出基帶信號。
擴頻通信的種類又分為直接序列(DS)擴頻、跳頻(FH)、跳時(TH)、線性調頻(Chirp)、混合方式等等。就抗干擾而言，跳頻、跳時、線性調頻實質上僅能做到“避干擾”，在此不作過多敘述；只有直接序列擴頻才能做到真正意義上的抗干擾。
直接序列擴頻系統(tǒng)又稱直接序列調制系統(tǒng)或偽噪聲系統(tǒng)(PN系統(tǒng))，將要發(fā)送的信息用高速率偽隨機碼擴展到一個很寬的頻帶上去，在接收端，用與發(fā)端相同的偽隨機碼序列對接收到的信號進行相關處理，恢復出原來的信息。
以下要討論直接序列擴頻系統(tǒng)的一些特點。
偽隨機碼(PN)白噪聲是一種隨機過程，瞬時值服從正態(tài)分布，功率譜在很寬的頻帶內是均勻的，有極其優(yōu)良的相關特征，偽隨機碼是用類似于帶限白噪聲統(tǒng)計特征的二進制序列碼來逼近它，并做為直擴系統(tǒng)的擴頻碼。這其中包括(a)M序列碼m序列碼全稱為最長線性移位寄存器序列，它易于產(chǎn)生，有優(yōu)良的自相關特性，在直擴系統(tǒng)中用于擴展要傳遞的信號，在跳頻系統(tǒng)中用來控制跳頻系統(tǒng)的頻率合成器，組成隨機跳頻圖案；(b)Gold碼(戈得碼)由兩個長度、速率相同，碼字不同的m序列優(yōu)選對經(jīng)模2加運算產(chǎn)生，互相關性較好；以及(c)巴可碼11位長的m序列碼。
擴頻增益直接擴頻系統(tǒng)的輸入、輸出信號功率不變，干擾信號輸出功率相對于輸入信號下降很大，故直接擴頻系統(tǒng)的擴頻處理增益實際上是干擾功率減小的倍數(shù)。
擴頻增益=輸出信噪比¨M輸入信噪比經(jīng)推導、化簡可得擴頻增益=擴頻帶寬¨M信號帶寬即擴頻增益等于擴頻倍數(shù)，而擴頻碼速率又正比于擴頻帶寬，因此擴頻增益=擴頻碼速率/信號速率=擴頻碼長度值設基帶信號速率為1KBps，每1bit基帶信息以64bit長度的擴頻碼來表示，則擴頻碼速率為64KBps，擴頻增益為64K Bps/1K Bps=64(等于擴頻碼長)，以分貝表示Gp=101g64=18dB干擾容限干擾容限是指在保證系統(tǒng)正常工作的條件下，接收機能夠承受的干擾信號比有用信號高出的分貝數(shù)，用MJ表示MJ=Gp-[Ls+(S/N)。]Ls系統(tǒng)內部損耗；(S/N)。系統(tǒng)正常工作時要求的最小輸出信噪比以GPS為例，在P碼模式下，擴頻增益Gp=53dB，系統(tǒng)損耗Ls為3dB，信噪比(S/N)。為10dB，MJ=53-3-10=40dB這就是說，在干擾信號或噪聲信號比有用信號強度高40dB(約10000倍)的情況下，系統(tǒng)仍能將有用信號還原出來。
匹配接收直接擴頻系統(tǒng)的接收采用相關匹配濾波器，假設T1時刻的基帶信號“1”的擴頻調制碼是“111101011001000”，“0”的擴頻調制碼為“101011001000111”。接收端相關匹配濾波器也產(chǎn)生相同長度等值的PN碼，當輸入序列碼流與本地PN碼相同的一瞬間產(chǎn)生一相關峰值信號，處理器即可根據(jù)該信號判斷出是“0”信號還是“1”信號并且作出相應的處理。
糾錯編譯碼1．糾錯編碼采用具有同時糾正突發(fā)錯誤和隨機錯誤的卷積碼，編碼率為1/2，約束長度為9。為提高時間分集功能，信號每20ms進行一次交織編碼。卷積編碼通過軟件實現(xiàn)。2．卷積譯碼主要有三種譯碼方法Viterbi譯碼、序列譯碼和大數(shù)邏輯譯碼。在性能上，Viterbi譯碼是卷積譯碼的最佳譯碼方法。因此采用Viterbi譯碼算法。由于Viterbi譯碼算法直接用硬件電路實現(xiàn)復雜，而TMS320C2XX具有高速運算的功能。故通過軟件實現(xiàn)Viterbi譯碼。
圖3表示無線擴頻傳輸模塊的電路框圖，圖3的下半部分是發(fā)射部分，而上半部分是接收部分。首先解釋發(fā)射部分的組成和工作方式。參見圖3，無線擴頻模塊的發(fā)射部分主要包括擴頻調制電路，調制電路，變頻電路，高頻功率放大器HPA和帶通濾波器BPF。輸入的視頻信號預先經(jīng)過信息調制變?yōu)閿?shù)字基帶信號，通過數(shù)字接口提供給擴頻調制電路，在擴頻調制電路中用擴頻碼執(zhí)行擴頻調制，然后將其提供給調制電路調制成中頻信號，用變頻電路將這一中頻信號變頻為射頻信號，此處為了保證晶振的可靠性而設置了一個鎖相環(huán)PLL，變頻電路輸出的射頻信號經(jīng)過高頻功率放大器HPA和帶通濾波器BPF處理后將限帶的射頻信號提供給收發(fā)轉換單元，再經(jīng)由天線發(fā)射出去。
圖3的上半部分是接收部分，接收部分主要包括低噪聲功率放大器LNA，帶通濾波器BPF，變頻電路，中頻放大器，解調電路和一個解擴頻電路。經(jīng)天線接收到的信號通過收發(fā)轉換單元依次提供給低噪聲功率放大器LNA和帶通濾波器BPF，從帶通濾波器BPF輸出的限帶的信號經(jīng)過變頻電路變成中頻信號后提供給中頻放大器，解調電路將中頻放大器輸出的信號解調成數(shù)字信號，最后由解擴頻電路執(zhí)行解擴處理，還原成數(shù)字基帶信號提供給連接到用戶設備上的數(shù)字接口。另外，圖3中的MCU是用來控制調制/解調電路和收發(fā)轉換單元的模塊控制器。
圖4表示無線數(shù)字擴頻圖像實時傳輸系統(tǒng)發(fā)送端的原理示意圖。它包括對輸入的數(shù)字視頻信號進行圖象壓縮編碼的圖象壓縮編碼器，圖象壓縮編碼器通過數(shù)字接口連接到圖3的無線擴頻傳輸模塊上。
圖5表示無線數(shù)字擴頻圖像實時傳輸系統(tǒng)接收端的原理示意圖。它包括一個圖象解壓解碼器，用來對無線擴頻傳輸模塊的接收部分輸出的數(shù)字編碼信號執(zhí)行圖象解壓解碼，還原成視頻信號；圖象解壓解碼器通過數(shù)字接口連接到圖3的無線擴頻傳輸模塊上。
圖6是無線擴頻傳輸模塊和圖象壓縮編碼/圖象解壓解碼器的一種更加具體的實施方案。參見圖6，ADV611是A/D公司生產(chǎn)的性能優(yōu)良，使用方便的視頻編碼解碼芯片，能夠兼容PAL和NTSC，采用小波變換，可以完成模擬量化編碼的視頻信號的實時壓縮解壓，達到很高的圖像質量，同時具有防差錯的能力，壓縮比為1∶4到1∶7500。
SAA7111芯片內部包含兩路模擬處理通道，能夠實現(xiàn)視頻信號源的選擇，抗混頻濾波，模數(shù)轉換，自動箝位，自動增益控制，時鐘的產(chǎn)生，多制式(PAL,BGHI,PAL M,PAL N,NTSC M和NTSC N)解碼以及亮度，對比度和飽和度的控制。ADV7175芯片可以將編碼還原為模擬視頻信號，數(shù)字信號處理器DSP選用TI公司的TMS320C54，它可以完成系統(tǒng)的控制和糾錯操作，直接序列擴展頻譜單元DSSS完成無線擴頻數(shù)字傳輸。
視頻數(shù)字信號處理模塊根據(jù)模塊上的信息控制視頻編解碼芯片ADV611/612及視頻解碼芯片SAA7111和視頻編碼芯片ADV7175的工作。模塊還通過軟件實現(xiàn)交織和糾錯編碼及收發(fā)電路控制轉換MODEM及直接序列擴展頻譜單元DSSS的控制操作等工作。
視頻控制接口電路視頻控制接口電路由視頻編解碼芯片ADV611/612及視頻解碼芯片SAA7111和視頻編碼芯片ADV7175構成。對視頻編解碼芯片ADV611/612的操作可以通過數(shù)字信號處理器DSP修改ADV611/612的寄存器來實現(xiàn)，也可以通過DSP讀取ADV611/612的寄存器的數(shù)據(jù)來獲取，通過DSP實現(xiàn)視頻信號的壓縮及傳輸。
ADV611/612的工作方式如下，模擬視頻信號通過視頻解碼芯片SAA7111轉換成數(shù)字視頻信號，送到ADV611/612進行視頻編碼，然后通過DSP進行壓縮指令控制后，再送入DSSS調制擴頻后發(fā)射出去；從DSSS解調解擴后的信號通過DSP進行糾錯譯碼后，送到ADV611/612進行視頻解碼，再通過視頻編碼芯片ADV7175轉換得到模擬視頻信號。
權利要求
1．一種無線擴頻傳輸模塊包括發(fā)射部分，接收部分，收發(fā)轉換單元，用來控制模塊操作的模塊控制器MCU和一個數(shù)字接口，其特征是上述發(fā)射部分包括擴頻調制電路，調制電路，變頻電路，高頻功率放大器HPA和帶通濾波器BPF；輸入的視頻信號預先經(jīng)過信息調制變?yōu)閿?shù)字基帶信號，通過數(shù)字接口提供給擴頻調制電路，在擴頻調制電路中用擴頻碼執(zhí)行擴頻調制，然后將其提供給調制電路調制成中頻信號，用變頻電路將這一中頻信號變頻為射頻信號，變頻電路輸出的射頻信號經(jīng)過高頻功率放大器HPA和帶通濾波器BPF處理后將限帶的射頻信號提供給收發(fā)轉換單元，再經(jīng)由天線發(fā)射出去；上述接收部分包括低噪聲功率放大器LNA，帶通濾波器BPF，變頻電路，中頻放大器，解調電路和一個解擴頻電路；經(jīng)天線接收到的信號通過收發(fā)轉換單元依次提供給低噪聲功率放大器LNA和帶通濾波器BPF，從帶通濾波器BPF輸出的限帶的信號經(jīng)過變頻電路變成中頻信號后提供給中頻放大器，解調電路將中頻放大器輸出的信號解調成數(shù)字信號，最后由解擴頻電路執(zhí)行解擴處理，還原成數(shù)字基帶信號提供給連接到用戶設備上的數(shù)字接口。
2．按照權利要求1的無線擴頻傳輸模塊，其特征在于上述無線擴頻傳輸模塊是一種直接序列擴展頻譜傳輸模塊。
3．按照權利要求1的無線擴頻傳輸模塊，其特征是上述模塊控制器MCU控制調制/解調電路和收發(fā)轉換單元，通過上述數(shù)字接口來設定頻率，發(fā)射功率，擴頻碼，以及實現(xiàn)同步。
4．一種無線數(shù)字擴頻圖像實時傳輸系統(tǒng)，包括權利要求1的無線擴頻傳輸模塊和一個實時圖象壓縮/解壓系統(tǒng)，其特征是實時圖象壓縮/解壓系統(tǒng)包括對輸入的數(shù)字視頻信號進行圖象壓縮編碼的圖象壓縮編碼器；以及一個圖象解壓解碼器，用來對無線擴頻傳輸模塊的接收部分輸出的數(shù)字編碼信號執(zhí)行圖象解壓解碼，還原成視頻信號；圖象壓縮編碼器和圖象解壓解碼器通過上述數(shù)字接口連接到上述無線擴頻傳輸模塊上。
全文摘要
一種無線擴頻傳輸模塊,包括發(fā)射,接收,收發(fā)轉換單元,模塊控制器MCU和一個數(shù)字接口。由該無線擴頻傳輸模塊和一個實時圖像壓縮解壓系統(tǒng)組成一個無線數(shù)字擴頻圖像實時傳輸系統(tǒng),其中進一步包括對輸入的數(shù)字視頻信號進行圖象壓縮編碼的圖象壓縮編碼器,和圖象解壓解碼器,用來對無線擴頻傳輸模塊的接收部分輸出的數(shù)字編碼信號執(zhí)行圖象解壓解碼,還原成視頻信號。本發(fā)明的無線數(shù)字擴頻圖像實時傳輸系統(tǒng)體積小,效率高,使用靈活方便。
文檔編號H04B1/69GK1299213SQ9912549
公開日2001年6月13日 申請日期1999年12月9日 優(yōu)先權日1999年12月9日
發(fā)明者董濤 申請人:深圳市威迪泰通信技術有限公司