基于物聯網的多視角實操培訓系統的無線視頻接收機設計

田豐偉 朱向軍 楊麗 吳艷芳 孫呂祎

摘? 要：在基于物聯網的多視角實操培訓系統中，無線視頻接收機的性能關系到整個系統的視頻信息的傳輸的穩定性和畫面的清晰度，傳統的Wi-Fi接收機由于都是單路的設計，6路高清的視頻語音視頻信號傳輸較為卡頓，利用6路獨立的Wi-Fi通道，實現一對一傳輸，再將視頻語音信號合起來送至上位機，較好地實現了系統的大容量傳輸的需求。

關鍵詞：多視角;培訓系統;無線傳輸;物聯網;接收機

中圖分類號：TN919.8? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）07-0146-03

Abstract：In the multi-view practical training system based on the internet of things，the performance of the wireless video receiver is related to the stability of the transmission of the video information of the whole system and the clarity of the picture. The traditional Wi-Fi receivers are all designed in a single way. The 6-channel HD video voice and video signal transmission is more Karton，using 6 independent Wi-Fi channels to realize one-to-one transmission and then combining the video voice signals to the upper computer，which better realizes the demand for large-capacity transmission of the system.

Keywords：multi-view;training system;wireless transmission;internet of things;receiver

0? 引? 言

伴隨著現代通信技術的發展，從2G到5G的跨越過程中，無線信號傳輸帶寬可以允許我們進行大帶寬的視頻實時在線教學，Wi-Fi技術在物聯網傳輸運行中也得到了廣泛的運用，尤其在視頻傳輸領域運用的較為廣泛。

在培訓中心的教學過程中，學員無法實時查看老師的現場教學，為此我們團隊設計了基于物聯網的多視角實訓培訓系統。多視角實操培訓系統方案中，需要實時對多路Wi-Fi云臺攝像機進行接收其視頻和語音信號，由于6路高清攝像頭數據量較大，傳統的接收機帶寬不夠，本方案中設計了六路接收通道，達到了實時大數據量接收的設計[1]。

1? 總體方案

無線視頻接收器由MT7688 SoC、128M DDR2存儲器、Flash存儲器、以太網接口組成。系統中集成6通道的MT7688模組，實現6個Wi-Fi AP端，可以同時與6個視頻節點實現一對一的連接，在獨立的Wi-Fi信道中單獨傳輸信號，做到相互不干擾，達到最佳的視頻傳輸效果。每個Wi-Fi AP端與視頻節點通過TCP連接，保證了傳輸的準確性，在100M可視范圍內能滿足無卡頓傳輸[2]。

如圖1所示，本系統由6路MT7688 SoC及其附屬模塊組成，每一個SoC都單獨配套RF電路和天線模塊，組成獨立工作的6個Wi-Fi AP，6個MT7688帶有以太網絡接口，共同接入交換機組成一個路由群，作為視頻服務器的客戶端與服務器交互傳送視頻數據。本系統高效可靠，不存在高并發下的數據擁擠問題[3]。

2? 無線視頻接收機分系統組成介紹

在本章節中將會對無線視頻接收機各個不同部分做詳細的介紹。

2.1? MT7688 SoC與Wi-Fi接口

MT7688是一種集成了1T1R 802.11n 2.4GHz Wi-Fi、580MHz MIPS? 24KEcTM CPU、1-port fast Ethernet PHY、USB2.0 host、PCIe、SD-XC的SoC，它的1T1R 2.4 GHz，具備150Mbps PHY數據速率，Ethernet PHY、可以使其成為一個以太網路由點與后端服務器相連接，原理圖見圖2[4]。

為了規避6路Wi-Fi直接的相互干擾，本系統特別設計了一套信道分配方法，基本原理是使用Wi-Fi掃描當前范圍內所有的Wi-Fi節點的RSSI和信道號，并分析選取其中信號最弱的6個信道，將這6個最弱信號分配給本機6個Wi-Fi模塊，這樣就可以保證6路Wi-Fi高效地工作，并且定時再次運行上述策略，保證長期穩定性[5]。以下是2.4G Wi-Fi信道的示意圖，見圖3。

2.2? 128M DDR2存儲器

本系統為了支持在MIPS處理器上運行Wi-Fi AP，則需要運行Wi-Fi所需的無線協議棧，因此系統支持運行OpenWrt操作系統[6]，OpenWRT是一個高度模塊化、高度自動化的嵌入式Linux系統，擁有強大的網絡組件和擴展性。為了運行OpenWrt系統，本設計加入了128M Byte的DDR2高速存儲器模塊。DDR2存儲器采用W971GG6KB傳輸速率達到了800Mb/sec/pin，保證了OpenWrt系統的高效運行。系統采用1.8V供電，PCB采用6層PCB高速拓撲走線，具有良好的工作穩定性[7]。

DDR2電路由數據總線和地址總線以及各種控制總線構成，PCB采用WBGA 84 Ball（8×12.5mm2）封裝。

2.3? Flash存儲器

基于MT7688的OpenWrt所運行的鏡像文件存儲在Flash存儲器中，當系統啟動時，CPU會將Kernel從flash加載到內存中運行，本設計采用32Mbyte的Flash存儲器W25Q256FV保存鏡像文件和其他文件系統[8]，此Flash最小的組織單位是頁每個頁256個字節，可進行頁編程（一次寫256個字節）;16個頁組成4KB的扇區，可進行扇區擦除，128個扇區組成32KB塊，64KB的組，可以整片擦除。256有8192個扇區和512個塊。支持標準的SPI接口，2/4線SPI，SPI頻率最大104MHz。

2.4? 以太網接口及電源接口

MT7688需要將AP節點的局域網絡與后端系統的路由群相連接，因此必須具備以太網絡接口，本系統設計了10/100M Ethernet接口。如圖4所示。

MT7688的電源拓撲是由外部輸入3.3V電源再由內部DC-DC和LDO產生1.2V電源和1.8V電源，其中1.2V電源向CPU core提供供電流，1.8V向DDR2電路提供電流，另外本系統中集成6路MT7688模組，因此需要6路電源提供電流由XC6220B33將系統5V供電轉為3.3V，此電路在系統中有6路獨立模塊：5V電路由220V轉5V開關電源提供，功率規格為5V10A。1.2V和1.8V電路均集成在MT7688內部。

3? 結? 論

本文對基于物聯網的多視角實操培訓系統的無線視頻接收機設計進行了描述，從接收機的系統框圖組成，并將其中的最為關鍵的MT7688 SoC與Wi-Fi接口，128M DDR2存儲器，Flash存儲器，以太網接口及電源接口等核心部分的設計做了詳細的討論，經過實際測試，該無線視頻接收機性能穩定出色，較好地達到了設計的指標。

參考文獻：

[1] 劉敢峰，吳明光.家庭自動化幾種主流網絡協議 [J].電子技術應用，2003（2）：6-8.

[2] Rathnayaka A J D，Potdar V M，Kuruppu S J . Evaluation of wireless home automation technologies [C]// Digital Ecosystems and Technologies Conference （DEST），2011 Proceedings of the 5th IEEE International Conference on. IEEE，2011.

[3] Alshu'Eili H ， Gupta G S ， Mukhopadhyay S . Voice recognition based wireless home automation system [C]// International Conference on Mechatronics. IEEE， 2011.

[4] 封松林，葉甜春.物聯網/傳感網發展之路初探 [J].中國科學院院刊，2010，25（1）：50-54.

[5] 徐鵬，王玉玨，李健.物聯網技術綜述 [J].軟件導刊，2011，10（5）：50-52.

[6] 謝希仁.計算機網絡 [M].北京：電子工業出版社，2008.

[7] 北京中電華大電子設計責任有限公司.基于UART接口的WLAN模塊用戶手冊 [R].北京：北京中電華大電子設計責任有限公司，2009.

[8] 李揚.Wifi技術原理及應用研究 [J].科技信息，2010（6）：241.

作者簡介：田豐偉（1989-），男，漢族，江蘇蘇州人，講師，本科，研究方向：繼電保護。