小功率視頻信號通信網絡設計

李誠 龐博

摘 要：隨著無線視頻傳輸在當前社會的廣泛應用，對無線傳輸的質量、速率等要求也越來越高。針對家庭、車庫、醫院等小范圍區域，設計了一種基于無線傳輸技術的短距視頻通信系統。系統包括接收主節點A、信號發送從節點B和C三部分，具有AV信號直接傳輸、中繼傳輸，字符疊加等功能。采用2.4G無線傳輸方式實現無線通信網絡的傳輸。從節點B，C選用STM32F103RET單片機作為主控芯片，并結合行、場同步信號提取和視頻疊加電路，完成疊加指定字符B或C。經測試，系統運行穩定，圖像清晰，總體功耗低于150 mW，點對點傳輸距離大于5 m，中繼傳輸距離大于10 m。

關鍵詞：STM32F103RET;視頻無線傳輸;字符疊加;信號中繼;低功耗

中圖分類號：TP925+.1文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2019）01-00-02

0 引 言

隨著通信技術的高速發展，人們對多元化的信息需求日趨突出，單一化的語音數據傳輸已無法滿足信息交互的需

求[1]。小范圍區域的無線視頻、音頻等通信傳輸已成為當今通信業乃至整個信息業的熱點[2]。傳統的視頻通信技術需要布線，不僅成本高，還要考慮特殊地理環境的影響。而無線通信系統不受布置信號線的約束，且制作成本低、功率消耗小[3-4]。本文設計了基于STM32芯片的短距離視頻信號無線通信網絡。經測試，系統能夠實現AV信號直接傳輸、中繼傳輸和字符疊加等功能。

1 系統硬件設計

系統利用STM32F103RET單片機和分立器件構成視頻同步分離電路和字符疊加電路。通過無線發送和接收模塊實現視頻AV信號的無線傳輸、字符疊加、信號中繼、信號接收等，信號源節點功率消耗低。系統整體框圖如圖1所示。

1.1 無線音視頻通信模塊

采用TX6729，RX6788音視頻發射解調模塊傳輸模擬視頻信號。該模塊采用單芯片設計，集成VCO，PLL，寬帶FM視頻解調，FM伴音解調，能夠傳輸模擬數字視頻信號，節點可以直接接收模擬信號，降低了開發難度。該模塊具有體積小、功耗低、靈敏度高等特點[5]。

1.2 字符疊加模塊

要在屏幕上穩定地進行字符疊加，必須在全視頻信號中提取行、場同步信號[6]，通過分立器件組成的行場同步分離電路，從視頻圖像信號中分離出場、行同步信號，疊加器內部電路受外來同步信號控制[7-8]。該電路性能穩定可靠，成本低、功耗小。

1.3 主控芯片

各節點采用STM32F103RET作為主控芯片，STM32單片機能夠以5 MHz的頻率將數據串行輸出，并且在視頻信號行場消隱期內完成字符數據的讀取與主控CPU的通信等操作，顯示穩定[9]。

2 系統軟件設計

本文設計利用軟件檢測行、場同步信號，從而實現字符指定位置的字符輸出顯示。STM32F103RET主程序通過配置相關GPIO口、外部中斷0和中斷優先級實現STM32初始化。主程序流程如圖2所示。

當STM32F103RET接收到外部行信號時則中斷，清除中斷標志位防止重復接收，判斷行信號數量，當行信號在40～169之間時，延時25 μs并發送顯示字符，退出中斷。中斷流程如圖3所示。

3 實驗測試與結果

3.1 行、場同步信號提取測試

將AV視頻信號連接到視頻同步信號提取電路輸入端，把電路的行同步輸出和場同步輸出分別連接到數字示波器的信號輸入端，通過用數字示波器測試行同步信號與場同步信號波形，得到提取并整形后的行、場同步信號參數見表1所列。

3.2 視頻疊加測試

將AV視頻信號分別輸入到字符疊加電路、視頻同步信號提取電路與LCD5802，然后將行、場同步信號輸出端以及字符疊加輸出端連接到單片機的I/O口以供單片機檢測，最后觀察LCD屏幕上顯示的字符[10]。在進行視頻字符疊加時（以字符“B”為例），若視頻圖案明暗反差太大，行信號會受到干擾，產生毛刺，影響字符疊加效果，因此需在行信號提取電路輸出端加濾波電容。視頻效果如圖4所示。

4 實驗結果

測試中發現無線發送模塊工作在3 V電壓環境時，電流為50 mA，功耗較大，為150 mW，傳輸距離大于10 m。在發射模塊的電源供電回路中串接2個二極管，使之工作在1.6 V電壓環境，工作電流約20 mA，功耗為32 mW，功耗明顯降低。關閉STM32F103RET單片機如AD、定時器3等模塊，并設置為低功耗模式。通過系統聯調，節點B，C功耗均小于150 mW，點對點通信距離大于5 m，中繼通信距離大于10 m。功耗測試參數見表2所列，通信距離測試數據見表3所列。

5 結 語

隨著社會的發展，短距離無線通信技術已被大量應用到人們的生活中，且字符疊加單元已成功應用于視頻通信系統，這一技術的實現，豐富了無線通信產業的應用，為科技注入了新的活力。

參 考 文 獻

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