CN106452583A - 可见光并行传输视频的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
可见光并行传输视频的装置及方法属于无线视频通信技术领域。现有技术尚未实现现场视频信号的实时、超高速和无失真无线传输。本发明利用摄像头多路并行输出数字视频信号的特点，通过视频采集和像素点拼接模块、若干个LED以及若干个光电探测器、像素点分离模块等，以多路并行、多发多收的方式无线传送视频信号，不存在数据传递瓶颈，不需要任何数字视频信号压缩处理，保证视频信号的完整性，避免失真。作为一种可见光通信，可见光信道相互独立，因此，不会出现射频通信的串扰问题。同时，与射频通信相比，本发明不存在电磁辐射，进而不会造成人体伤害，也不会妨碍其他电磁敏感装置的工作。
Description
技术领域
本发明涉及一种可见光并行传输视频的装置及方法，属于无线视频通信技术领域。
背景技术
2K、4K等超高清、超高分辨率视频技术对带宽有更高的要求，而射频通信不能满足这一要求。与射频通信相比，可见光通信由于常用的LED光源可高速调制，具备高速数字通信基础；如今可见光通信的数据传输速率已达到3.4Gbit/s，而作为射频通信的Wi-Fi的极限数据传输速率仅为700Mbit/s，因而，可见光通信更适合视频传输。然而，现有技术尚未将可见光通信的高数据传输速率优势充分开发出来。例如，申请号为201310582529.4、名称为“基于FPGA的可见光视频通信系统及方法”的一件中国专利申请公开了一项方案，该方案利用FPGA将视频信号编码和解码，利用LED光无线传输视频信号，实现视频信号在两台PC机之间的无线传送，可是，该方案只是在无线传输环节利用可见光通信，因此，数据传输速率未能全面提高，仅为10Mbps。另外，该方案将待传送的视频信号转化为视频流信号，实际上这是对原始视频信号的处理，会导致原始视频信号的丢失，视频信号的传输未能达到既超高速又无失真。再有，该方案如其所述，只是实现了视频信号在两台PC机之间的无线传送，并不是实时传送现场视频。
发明内容
为了实现现场视频信号的实时、超高速和无失真无线传输，我们发明了一种可见光并行传输视频的装置及方法。
在本发明之可见光并行传输视频的装置中，在发射端，调制模块、LED驱动装置、LED依次连接；在接收端，光电探测器与解调模块连接；其特征在于，如图1所示，视频采集和像素点拼接模块分别与摄像头及所述调制模块连接；若干个LED由一个多路LED驱动装置驱动，所述若干个LED各有各自的可见光发光波长，所述若干个LED出光方向一致；若干个光电探测器感光面与所述若干个LED出光方向一一相对，每个光电探测器前置一个透射波长等于与之相对的LED发光波长的滤光镜；若干个光电探测器分别与同一个解调模块连接；像素点分离模块分别与所述解调模块及存储单元和显示单元连接。
本发明之可见光并行传输视频的方法将数字视频信号调制为LED驱动信号，通过LED驱动装置驱动LED发光，该发光由光电探测器接收并转换为电信号后，解调还原为数字视频信号；其特征在于，摄像头现场摄录获得数字视频信号，摄像头中的CMOS芯片在每个时钟周期多路并行同步输出多位二进制差分数字视频信号；视频采集和像素点拼接模块中的FPGA多路采集所述多位二进制差分数字视频信号并依次暂存到视频采集和像素点拼接模块中的同步动态随机存储器(SDRAM)中，从同步动态随机存储器中按照各路存储的先后各提取1对相邻像素，并存入FPGA中的移位寄存器，移位寄存器将各路各对相邻像素的相同位进行拼接，如图2所示，各路各得到二位二进制序列拼接信号，并做同步处理；由调制模块调制所述各路二位二进制序列拼接信号得到调制信号，如图2、图5所示；在LED驱动装置中，如图3所示，将多路所述调制信号分别交由预均衡模块做预均衡处理，加直流偏置；由将多路预均衡处理后的调制信号加载到多个发光波长不同的LED上并发射多路可见光载波信号；如图4所示，每个光电探测器接收并转换每路可见光载波信号为电信号，滤波并放大；所述电信号在解调模块中被解调为二进制信号，如图4、图6所示；之后由像素点分离模块将所述二进制信号中的同时传输的相邻像素分开，得到数字视频信号；之后由存储模块或者显示模块存储或显示该数字视频信号。
可见，本发明其技术效果在于，利用摄像头的同步并行输出的特点，不论在视频信号无线传输的发射过程还是接收过程，全程多路进行，不存在数据传递瓶颈。在发射过程，采用多个不同波长LED发出多路可见光载波信号，每个LED具有200Mbps传输速率，如果8路发送，即可获得高达1.6Gbps的通信速率，能够不失真传输超高清视频信号。在接收过程，由多个光电探测器对应接收多个LED发出的多路可见光载波信号，实现数字视频信号的多发多收。在本发明中，不需要任何数字视频信号压缩处理，保证视频信号的完整性，避免失真。作为一种可见光通信，可见光信道相互独立，因此，不会出现射频通信的串扰问题。同时，与射频通信相比，本发明不存在电磁辐射，进而不会造成人体伤害，也不会妨碍其他电磁敏感装置的工作。
附图说明
图1为本发明之可见光并行传输视频的装置结构框图，该图同时作为摘要附图。图2为本发明之可见光并行传输视频的方法视频采集和像素点拼接以及调制步骤框图。图3为本发明之可见光并行传输视频的方法LED驱动以及LED发光步骤框图。图4为本发明之可见光并行传输视频的方法光电探测、解调、像素点分离以及存储和显示步骤框图。图5、图6分别为本发明之可见光并行传输视频的方法ACO-OFDM调制、解调步骤框图。
具体实施方式
在本发明之可见光并行传输视频的装置中，在发射端，调制模块、LED驱动装置、LED依次连接；在接收端，光电探测器与解调模块连接。如图1所示，视频采集和像素点拼接模块分别与摄像头及所述调制模块连接，视频采集和像素点拼接模块内含一个现场可编程门阵列(FPGA)，如赛灵思Zynq-7000系列FPGA，以及一个同步动态随机存储器(SDRAM)，如DDR3。若干个LED，如8个或者10个，由一个多路LED驱动装置驱动，所述若干个LED各有各自的可见光发光波长，所述若干个LED出光方向一致。所述LED驱动装置包含一个预均衡模块，如数字滤波器，以及一个直流偏置电路。若干个光电探测器，如8个或者10个，它们的感光面与所述若干个LED出光方向一一相对，每个光电探测器前置一个透射波长等于与之相对的LED发光波长的滤光镜。若干个光电探测器分别与同一个解调模块连接。像素点分离模块分别与所述解调模块及存储单元和显示单元连接。
摄像头现场摄录获得数字视频信号，摄像头中的CMOS芯片在每个时钟周期多路并行同步输出多位二进制差分数字视频信号。视频采集和像素点拼接模块中的FPGA多路采集所述多位二进制差分数字视频信号并依次暂存到视频采集和像素点拼接模块中的同步动态随机存储器(SDRAM)中，所述多路为8路或者10路，所述同步动态随机存储器采用DDR3，DDR3有8个或者16个BANK(内部存储模块)，DDR3将数字视频每帧图像暂存在某个BANK中，FPGA以乒乓模式向某个BANK中写入不同时刻的图像，同时从某个BANK中读取不同时刻的图像，即从同步动态随机存储器中按照各路存储的先后各提取1对相邻像素，并存入FPGA中的移位寄存器，移位寄存器将各路各对相邻像素的相同位进行拼接，如图2所示，各路各得到二位二进制序列拼接信号，保证像素的先后顺序，拼接后的数据为00、01、10、11四种状态之一。由于传输速率较快，需要在调制前对所述二位二进制序列拼接信号做同步处理，以保证各路信号同步输出，进而防止亚稳态现象出现。由调制模块调制所述各路二位二进制序列拼接信号得到调制信号，所述调制为四电平方式调制或者ACO-OFDM调制，如图2或者图5所示，所述的调制信号为四电平信号，包括0E、1E、2E、3E，或者ACO-OFDM信号，所述ACO-OFDM调制将OFDM中双极性信号变为单极性正信号，以提高通信速率。在LED驱动装置中，如图3所示，将多路所述调制信号分别交由预均衡模块做预均衡处理，所述预均衡模块采用数字滤波器，将四电平信号经过四阶FIR(有限单位冲激响应滤波)使LED的调制带宽达到100MHz，经过测试如此处理实际每一路的LED具有200Mbps的通信速率，8路既可以实现高达1.6Gbps通信速率，可以实现任意超高清视频信号的不失真传输。加直流偏置，然后驱动LED使得信号在信道中有更高的信噪比。由将多路预均衡处理后的调制信号加载到多个发光波长不同的LED上并发射多路可见光载波信号。如图4所示，每个光电探测器接收并转换每路可见光载波信号为电信号，滤波并放大，之后并行输出给解调模块。所述电信号在解调模块中被解调为二进制信号，如图4、图6所示，所述解调为多电平判决解调或者ACO-OFDM解调。像素点分离模块采用FPGA，将解调后的二进制信号送入该FPGA进行数据分离，之后存储在该FPGA内置的FIFO中；从所述FIFO中读出并行输出的二进制信号，将所述二进制信号中的同时传输的相邻像素分开，得到数字视频信号。之后由存储模块或者显示模块存储或显示该数字视频信号。
Claims (7)
1.一种可见光并行传输视频的装置，在发射端，调制模块、LED驱动装置、LED依次连接；在接收端，光电探测器与解调模块连接；其特征在于，视频采集和像素点拼接模块分别与摄像头及所述调制模块连接；若干个LED由一个多路LED驱动装置驱动，所述若干个LED各有各自的可见光发光波长，所述若干个LED出光方向一致；若干个光电探测器感光面与所述若干个LED出光方向一一相对，每个光电探测器前置一个透射波长等于与之相对的LED发光波长的滤光镜；若干个光电探测器分别与同一个解调模块连接；像素点分离模块分别与所述解调模块及存储单元和显示单元连接。
2.根据权利要求1所述的可见光并行传输视频的装置，其特征在于，所述视频采集和像素点拼接模块内含一个现场可编程门阵列，以及一个同步动态随机存储器。
3.根据权利要求1所述的可见光并行传输视频的装置，其特征在于，所述若干个LED或者若干个光电探测器均为8个或者10个。
4.根据权利要求1所述的可见光并行传输视频的装置，其特征在于，所述LED驱动装置包含一个预均衡模块，以及一个直流偏置电路。
5.一种可见光并行传输视频的方法，将数字视频信号调制为LED驱动信号，通过LED驱动装置驱动LED发光，该发光由光电探测器接收并转换为电信号后，解调还原为数字视频信号；其特征在于，摄像头现场摄录获得数字视频信号，摄像头中的CMOS芯片在每个时钟周期多路并行同步输出多位二进制差分数字视频信号；视频采集和像素点拼接模块中的FPGA多路采集所述多位二进制差分数字视频信号并依次暂存到视频采集和像素点拼接模块中的同步动态随机存储器中，从同步动态随机存储器中按照各路存储的先后各提取1对相邻像素，并存入FPGA中的移位寄存器，移位寄存器将各路各对相邻像素的相同位进行拼接，各路各得到二位二进制序列拼接信号，并做同步处理；由调制模块调制所述各路二位二进制序列拼接信号得到调制信号；在LED驱动装置中，将多路所述调制信号分别交由预均衡模块做预均衡处理，加直流偏置；由将多路预均衡处理后的调制信号加载到多个发光波长不同的LED上并发射多路可见光载波信号；每个光电探测器接收并转换每路可见光载波信号为电信号，滤波并放大；所述电信号在解调模块中被解调为二进制信号；之后由像素点分离模块将所述二进制信号中的同时传输的相邻像素分开，得到数字视频信号；之后由存储模块或者显示模块存储或显示该数字视频信号。
6.根据权利要求5所述的可见光并行传输视频的方法，其特征在于，所述多路为8路或者10路。
7.根据权利要求5所述的可见光并行传输视频的方法，其特征在于，所述调制为四电平方式调制或者ACO-OFDM调制；所述解调为多电平判决解调或者ACO-OFDM解调。
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