基于MPEG4压缩编码芯片以及802.11b的无线图像传输系统设计方案

摘要：提出了一种基于802.11b的无线图像传输系统的设计方案，该方案利用MPEG4压缩编码芯片VW 2005完成视频图像的压缩，通过802.11b芯片实现图像压缩数据的无线传送，在接收端采用软件解码来恢复图像，并给出了实验结果。

关键词：无线图像传输；802.11b；MPEG4

前言

当前，由于图像数字化、压缩、传输及处理较为复杂，图像传输一直是通信和图像处理领域的一个热点和难点。同时，在技术进步推动信息传递日趋无线化的背景下，无线图像传输也就成为了图像传输的前沿领域。图像传输无线化打破了传统同轴电缆和光纤图像监控受制于硬件连接的不利局面，具有更强的灵活性和方便性。本文介绍采用802. 11b协议作为传输手段的无线图像传输系统设计。该系统主要由无线摄像机和图像接收设备两部分组成。

组成

整个图像传输系统包括无线摄像机和图像接收设备两大部分。无线摄像机主要由CCD 摄像机、图像压缩编码和无线传送部分组成，图像信息采集部分用嵌入式系统以及专用的视频图像处理芯片来构建，利用802. 11b协议来传送处理过的图像信息。图像接收设备在接收到图像信息后，通过软件解码复原图像信息，最后在LCD上显示出来。整个实时图像传输系统的原理图如图1 所示。


图1　无线图像传输系统原理图

无线摄像机的设计

为了使摄像机能够完成图像采集，编码，并通过802.11无线通信方式传输，我们设计了基于Lclinux 的嵌入式无线摄像机来完成上述功能。

硬件设计
嵌入式无线摄像机由摄像头，A/D转换，MPEG4编码以及802.11发射部分组成，如图2 所示。


图2　嵌入式无线摄像机系统框图

(1)CCD 摄像头和A/D 转换芯片
SAA 7110是Philips公司生产的可编程前端视频解码器，它可将输入的视频模拟信号转换为YUV 数字信号。其内部包含三路模拟处理通道，能实现视频源的选择，数据输出格式有YUV 4: 1: 1(8bit)和YUV 4: 2: 2 (8bit)两种。它还包括抗混叠滤波，A/D转换，自动嵌位，自动增益控制，时钟产生，多制式解码及亮度、对比度和饱和度的控制等功能。

(2) 图像编码芯片VW 2005
因为整个图像传输系统的瓶颈在于图像的信息量很大，为了保证传输的实时性，必须在传输前对图像信息进行必要的压缩处理。目前，市场上有很多具有图像压缩功能的专用芯片。有基于MPEG4编码的，也有基于小波变换的。综合考虑图像的压缩比及重建图像质量这两个因素，本系统采用Vweb公司的编码芯片VW2005，这是该公司推出的基于MPEG4的视频编码专用芯片。该芯片符合MPEG4 Simple Profile标准，图像分辨率的变化范围从128 x 80象素到720 x 480象素，传输速率范围在22.5 Kb/s～15Mb/s之间。

(3) 802.11b 芯片
目前市场上已有许多款组件和芯片，如Agere systems公司的WLAN 802.11a/b/g芯片组，ATMEL公司的AT76C505组件，Atheros Communications公司的AR5001X芯片组，TI 的TNETW 1230嵌入式方案等。我们采用TI 的TNETW 1230作为无线收发设备。TNETW 1230把基带控制器、MAC层、以及射频电路全集成在一块12mm x12mm大小的芯片里， 适合体积很小的嵌入式设备。其可以分别运行在2.4GHZ 和5.2GHZ 的频段上，传输率为54M bps，支持IEEE 802.11a/b/g 协议，且使耗电达到最小值。

(4) 嵌入式处理器及相关芯片
在选择嵌入式处理器时，需衡量处理器性能是否胜任本地图像处理控制和802. 11b高层协议实现，还需考虑与802.11b组件或芯片之间的接口问题。在本系统中，我们选择了Atmel公司的AT91RM9200微处理器。它有如下特点：
a, 16- /32- bit ARM920T内核，最高频率支持180MHz
b, 32 bit Bus，60MHz
c, 内含16K data Cache和16K instruction Cache
d, 存储部分可以扩展为Nor FLASH (16M) 或者FLASH(AT49BV1614A ，2M)
e, 支持16/32/64M SDARM

软件设计
我们选择嵌入式实时操作系统LcLinux，它是本地图像处理控制、802.11b协议栈及其它应用程序的运行平台。

图3　主程序流程图

(1) 系统初始化
系统初始化包括对SAA7110、VW2005、TNETW1230、AT9RM9200等芯片的初始化。AT91RM9200芯片的初始化主要完成嵌入式操作系统μcLinux的移植，BootLoader的分配，以及相应SDRAM的初始化。其它芯片的初始化主要对一些数据寄存器、地址寄存器、中断服务寄存器进行相应的操作。

(2) 传输控制策略
上电后开始初始化程序后，无线摄像头的模拟视频信号在程序控制下通过SAA7110视频解码芯片完成模数转换，接着mpeg4编码芯片VW2005将接收的数字图像信号进行DCT变换、量化编码、熵编码后，把数据流输出到相应的SDRAM内部的FIFO中。AT91RM9200 微处理器在FIFO中查找帧同步标志，如果找到，判断缓冲区内是否有一帧的数据，有的话微处理器读出压缩数据流并发送到TNETW1230进行扩频、调制发射出去。整个系统中，由AT91RM9200完成对各器件的初始化、协调整个系统的工作，完成压缩后图像数据的读取及发送(如图3)。

图像接收设备

在上海复旭科技公司的ARM Linux开发平台的基础上，完成图像信息的接收解码和显示。ARM Linux开发板有32M bytes SDRAM，8M bytes Program Flash，包括USB、以太网、LCD等接口。SDRAM用作软件解码时的数据缓冲区，FlashMemory用来存储程序，USB接口挂接无线网卡便于接收图像信号，LCD接口连液晶屏用来显示图像。通过无线网卡接收到编码图像数据后，用软件程序进行解码，并在LCD上显示出来。

结论

本系统的摄象机采用32位嵌入式微处理器进行核心控制，采用μcLinux作为操作系统，采用MPEG4压缩芯片进行图像压缩处理，具有强大的数据压缩能力。本系统接收端可以在ARM中对MPEG4压缩图像进行软件解压缩。压缩图像数据的发射与接收按照802.11b通信协议标准设计，方便组成无线局域网，也方便接入以太网进行远程传输与控制，可以应用于道路智能监控以及多媒体监控等。因此，研制成的802.11b无线图像传输系统具有广阔的应用前景和市场。