CN102883150A - 一种无线音视频传输系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无线音视频传输系统，主要解决现有的无线音视频传输系统的延迟大、画面质量不好等问题，提供了一种将音视频编解码算法和无线调制解调算法集成在FPGA芯片上的系统解决方案。本发明通过在FPGA芯片上集成了音视频编解码算法和无线调制算法等这些关键的算法，尤其是将音视频编码压缩算法和无线调制算法集成在一块FPGA芯片中，大大的降低了系统的传输延迟；采用了先进的H.264视频编解码算法，提高画质的同时增加了码流的压缩率，降低了无线传输速率的压力；采用了优秀的无线调制算法COFDM，增加了系统在恶劣条件下的传输质量和传输距离，具有画面质量好、传输距离远和系统延迟小等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种音视频传输系统，特别是涉及一种无线音视频传输系统。
背景技术
随着音视频编解码算法和无线通讯技术的发展，无线音视频的传输技术也得到了巨大的进度，无线音视频的应用领域也越来越广，如安防领域、海洋巡航等等，市场对音视频传输所需的带宽和延迟的要求也越来越苛刻。
现有的解决方案多采用分离芯片集成的方案来实现无线音视频的传输，由于单独芯片的性能限制以及板级连接所带来的速度限制，大大降低了无线音视频传输系统的性能。
发明内容
针对上述不足，本发明提供了一种无线音视频传输系统，其不仅能够提高系统的整体性能，而且能够降低板级连接所带来的速度限制。
本发明解决其技术问题采取的技术方案是：一种无线音视频传输系统，包括编码发射子系统和接收解码子系统，其特征是，所述编码发射子系统包括音频采集设备、视频采集设备、音频A/D转换模块、视频A/D转换模块、编码处理器、数字上变频器和射频发射机，所述音频A/D转换模块的输入端与音频采集设备连接，输出端与编码处理器的输入端连接，所述视频A/D转换模块的输入端与视频采集设备连接，输出端与编码处理器的输入端连接，所述编码处理器的输出端与数字上变频器的输入端连接，所述数字上变频器的输出端与射频发射机的输入端连接；所述接收解码子系统包括射频解调模块、解码处理器、音频D/A转换器、图像显示接口电路、音频播放设备和视频显示设备，所述射频解调模块与解码处理器的输入端连接，所述解码处理器的输出端分别与音频D/A转换器和图像显示接口电路的输入端连接，所述音频播放设备与音频D/A转换器的输出端连接，所述视频显示设备与图像显示接口电路的输出端连接。
优选地，所述编码处理器包括设置在FPGA芯片上的音频采样模块、H.264编码器、TS流打包器和COFDM调制模块，所述音频采样模块的输入端与音频A/D转换模块的输出端连接，输出端与TS流打包器的输入端连接，所述H.264编码器的输入端与视频A/D转换模块的输出端连接，输出端与TS流打包器的输入端连接，所述COFDM调制模块的输入端与TS流打包器的输出端连接，输出端与数字上变频器的输入端连接。
优选地，所述解码处理器包括设置在FPGA芯片上的TS流解析模块、码流分流模块、音频恢复模块和H.264解码器，所述TS流解析模块的输入端与射频解调模块连接，输出端与码流分流模块的输入端连接，所述码流分流模块的输出端分别与音频恢复模块和H.264解码器的输入端连接，所述音频恢复模块的输出端与音频D/A转换器的输入端连接，所述H.264解码器的输出端与图像显示接口电路的输入端连接。
优选地，所述音频采集设备包括麦克风。
优选地，所述视频采集设备包括摄像头。
优选地，所述音频播放设备包括耳机、扩音器和扬声器中的一种或多种。
优选地，所述视频显示设备包括LCD显示屏或LED显示屏。
优选地，所述数字上变频器采用AD9857芯片。
优选地，所述音频A/D转换模块采用PCM1808芯片。
优选地，所述视频A/D转换模块采用SAA7113芯片。
本发明的积极效果是，本发明通过在FPGA芯片上集成了音视频编解码算法和无线调制算法等这些关键的算法，尤其是将音视频编码压缩算法和无线调制算法集成在一块FPGA芯片中，解决了现有的无线音视频传输系统的延迟大、画面质量不好等问题，大大的降低了系统的传输延迟；采用了先进的视频编解码算法（H.264算法），提高画质的同时增加了码流的压缩率，降低了无线传输速率的压力；采用了优秀的无线调制算法COFDM，增加了系统在恶劣条件下的传输质量和传输距离，具有画面质量好、传输距离远和系统延迟小等特点。
附图说明
图1是本发明的原理框图；
图2是无线音视频传输系统双向通讯的示意图；
图3是本发明一具体应用的结构示意图。
具体实施方式
如图1、图2和图3所示，本发明的一种无线音视频传输系统，包括编码发射子系统和接收解码子系统。所述编码发射子系统包括音频采集设备、视频采集设备、音频A/D转换模块、视频A/D转换模块、编码处理器、数字上变频器以及射频发射机，所述音频A/D转换模块的输入端与音频采集设备连接，输出端与编码处理器的输入端连接，所述视频A/D转换模块的输入端与视频采集设备连接，输出端与编码处理器的输入端连接，所述编码处理器的输出端与数字上变频器的输入端连接，所述数字上变频器的输出端与射频发射机的输入端连接；所述接收解码子系统包括射频解调模块、解码处理器、音频D/A转换器、图像显示接口电路、音频播放设备和视频显示设备，所述射频解调模块与解码处理器的输入端连接，所述解码处理器的输出端分别与音频D/A转换器和图像显示接口电路的输入端连接，所述音频播放设备与音频D/A转换器的输出端连接，所述视频显示设备与图像显示接口电路的输出端连接。
所述编码处理器包括设置在FPGA芯片上的音频采样模块、H.264编码器、TS流打包器和COFDM调制模块，所述音频采样模块的输入端与音频A/D转换模块的输出端连接，输出端与TS流打包器的输入端连接，所述H.264编码器的输入端与视频A/D转换模块的输出端连接，输出端与TS流打包器的输入端连接，所述COFDM调制模块的输入端与TS流打包器的输出端连接，输出端与数字上变频器的输入端连接。
所述解码处理器包括设置在FPGA芯片上的TS流解析模块、码流分流模块、音频恢复模块和H.264解码器，所述TS流解析模块的输入端与射频解调模块连接，输出端与码流分流模块的输入端连接，所述码流分流模块的输出端分别与音频恢复模块和H.264解码器的输入端连接，所述音频恢复模块的输出端与音频D/A转换器的输入端连接，所述H.264解码器的输出端与图像显示接口电路的输入端连接。
所述音频采集设备采用麦克风。
所述视频采集设备爱用摄像头。
所述音频播放设备采用耳机、扩音器和扬声器中的一种或多种。
所述视频显示设备采用LCD显示屏。
所述数字上变频器采用AD9857芯片。
所述音频A/D转换模块采用PCM1808芯片。
所述视频A/D转换模块采用SAA7113芯片。
所述编码发射子系统的工作过程如下：麦克风采集的原始模拟音频信号经过PCM1808芯片采集之后形成数字信号，音频采样模块根据数字信号的特点将音频数据提取缓存，然后传递给TS流打包器；同时，摄像头采集的信号转变成复合视频信号(CVBS)传递给编码发射子系统的SAA7113芯片，SAA7113芯片将输入的CVBS信号转变成标准的BT656信号并传递给H.264编码器做进一步处理。H.264编码器接收来自SAA7113的BT656数字视频信号，并将该信号中的亮度和色度信号提取出来转变成YUV420格式，并对YUV420格式的码流进一步压缩形成H.264码流并传递给TS流打包模块。经过采集的音频码流和编码压缩后的视频码流会进一步被打包，形成一个个TS流数据包，每个数据包包括188个byte。每个数据包又分为包头信息、辅助信息、视频/音频/数据码流、填充数据。其中不同的码流对应不同的ID号，这些ID号放置在包头信息中供接收端TS流解码器识别使用。经过打包之后的TS流数据包进一步送到COFDM调制模块进行调制。COFDM调制模块支持1.25MHz、2MHz、4MHz以及8MHz的可变信道带宽，实现信道带宽的合理利用。COFDM调制模块对输入的TS流进行调制。调制后的信号经过数字上变频器转换成射频信号，再经过射频发射机发射出去。数字上变频器采用稳定的AD9857芯片，输出信号的中心频率是36.166MHz，信号的带宽由COFDM调制模块决定，有1.25MHz、2MHz、4MHz以及8MHz这四种信道带宽。
所述接收解码子系统的工作过程如下：原始的RF信号经过射频解调模块解调之后形成标准的TS流，这些码流被送到TS流解析模块。TS流解析模块将TS码流中的音视频数据以及控制数据提取出来供后续模块使用。所述码流分流模块根据解析后的码流性质来决定码流的流向，将音频数据提交给音频恢复模块，将视频码流提供给视频解码模块。所述音频恢复模块接收来自码流分流模块的音频数据并将其缓存在内部FIFO中，然后以I2S的数据格式输出给外部的音频D/A转换器，进而驱动耳机、喇叭或扬声器等发声设备。所述H.264解码器接收来自码流分流模块的视频码流，然后根据H.264标准对码流进行解码，从而恢复出视频数据并以YUV420的格式被存储在外部的DDR2存储器中。所述图像显示接口电路从DDR2存储器中提取出YUV420格式存储的视频码流并将其转换为RGB数据，进而驱动外部的LCD显示屏显示数据采集端的图像。
图2是无线音视频传输系统双向通讯的示意图。如图2所示，一种无线音视频传输系统的双向通讯方案分为无线传输系统A和无线传输系统B，无线传输系统A将A方的音视频数据经过无线链路传输给无线传输系统B，假设系统A发射频率的中心频率是340MHz；无线传输系统B根据外部配置将射频解频模块（Tuner）的接收频率设为340MHz，接收来自系统的A的音视频信号，然后将反馈信息通过系统B的无线链路传递给系统A，假设系统B发射频率的中心频率是350MHz;无线传输系统A根据外部配置将高频头的接收频设为350MHz，进而接收来自系统B的反馈信号。
图3是本发明一具体应用的结构示意图。如图3所示，本发明采用12V的外接DC电源，通过I2C接口接收来自外部设备的控制信号，该外部设备可以是计算机也可以是专用的控制子板；通过I2C接口可以设置射频发射机的发射频率、射频解频模块（Tuner）的接收频率、COFDM调制的信号带宽等。无线音视频传输系统通过摄像头采集周围的视觉信号，输出信号为复合视频信号（CVBS）；无线音视频传输系统周围的音频信号通过麦克风传输给FPGA板上的音频采集模块；采集的音视频信号经过编码压缩，然后打包形成TS流。TS流经过COFDM调制模块、数字上变频器之后形成36.166MHz的模拟中频信号，然后再通过射频发射机发射出去，射频发射机的发射频率由外部设备控制。无线音视频传输系统通过射频调制模块（Tuner）完成射频信号的接收以及解调，并以标准的TS流输出给FPGA芯片。TS流被解析分流之后送给音频恢复模块和H.264解码器，最终通过耳机或者音响输出声音，通过LCD显示屏显示发送端的视频讯号。
本发明主要解决了现有的无线音视频传输系统的延迟大、画面质量不好等问题；提供了一种将音视频编解码算法和无线调制解调算法集成在FPGA芯片上的系统解决方案，尤其是将音视频编码压缩算法和无线调制算法集成在一块FPGA芯片中，避免了采用独立芯片集成方案时所引入的延迟；另外，使用先进的视频编解码算法H.264以及优秀的无线调制算法COFDM，该方案具有画面质量好、传输距离远、系统延迟小等特点。本发明采用了H.264编解码算法，H.264编解码算法的优秀特性可以在同种画质下拥有更高的压缩率，从而降低系统的带宽压力；采用了COFDM无线调制解调算法，COFDM无线调制解调算法具有极强的抗干扰能力、频谱利用率高等特点，有助于提高系统的传输距离，利用FPGA芯片将音视频编码压缩算法和COFDM无线调制算法集成在同一块芯片上，在提高系统整体性能的同时，降低了板级连接所带来的速度限制。
Claims (10)
1.一种无线音视频传输系统，包括编码发射子系统和接收解码子系统，其特征是，所述编码发射子系统包括音频采集设备、视频采集设备、音频A/D转换模块、视频A/D转换模块、编码处理器、数字上变频器和射频发射机，所述音频A/D转换模块的输入端与音频采集设备连接，输出端与编码处理器的输入端连接，所述视频A/D转换模块的输入端与视频采集设备连接，输出端与编码处理器的输入端连接，所述编码处理器的输出端与数字上变频器的输入端连接，所述数字上变频器的输出端与射频发射机的输入端连接；所述接收解码子系统包括射频解调模块、解码处理器、音频D/A转换器、图像显示接口电路、音频播放设备和视频显示设备，所述射频解调模块与解码处理器的输入端连接，所述解码处理器的输出端分别与音频D/A转换器和图像显示接口电路的输入端连接，所述音频播放设备与音频D/A转换器的输出端连接，所述视频显示设备与图像显示接口电路的输出端连接。
2.根据权利要求1所述的一种无线音视频传输系统，其特征是，所述编码处理器包括设置在FPGA芯片上的音频采样模块、H.264编码器、TS流打包器和COFDM调制模块，所述音频采样模块的输入端与音频A/D转换模块的输出端连接，输出端与TS流打包器的输入端连接，所述H.264编码器的输入端与视频A/D转换模块的输出端连接，输出端与TS流打包器的输入端连接，所述COFDM调制模块的输入端与TS流打包器的输出端连接，输出端与数字上变频器的输入端连接。
3.根据权利要求1所述的一种无线音视频传输系统，其特征是，所述解码处理器包括设置在FPGA芯片上的TS流解析模块、码流分流模块、音频恢复模块和H.264解码器，所述TS流解析模块的输入端与射频解调模块连接，输出端与码流分流模块的输入端连接，所述码流分流模块的输出端分别与音频恢复模块和H.264解码器的输入端连接，所述音频恢复模块的输出端与音频D/A转换器的输入端连接，所述H.264解码器的输出端与图像显示接口电路的输入端连接。
4.根据权利要求1所述的一种无线音视频传输系统，其特征是，所述音频采集设备包括麦克风。
5.根据权利要求1所述的一种无线音视频传输系统，其特征是，所述视频采集设备包括摄像头。
6.根据权利要求1所述的一种无线音视频传输系统，其特征是，所述音频播放设备包括耳机、扩音器和扬声器中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种无线音视频传输系统，其特征是，所述视频显示设备包括LCD显示屏或LED显示屏。
8.根据权利要求1所述的一种无线音视频传输系统，其特征是，所述数字上变频器采用AD9857芯片。
9.根据权利要求1所述的一种无线音视频传输系统，其特征是，所述音频A/D转换模块采用PCM1808芯片。
10.根据权利要求1所述的一种无线音视频传输系统，其特征是，所述视频A/D转换模块采用SAA7113芯片。
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