1 选题的背景及意义

因为各个国家的政治、经济、社会等因素在不断的变化，未来的战场也在不断的发生变化，但是主导未来战争的作战样式是信息战。在未来战争中赢得信息战保持好主导的优势，成为了各国军事家重点研究和关注的问题。只有拥先进的武器装备和高素质军队人才能在未来信息化的战场中胜利。未来单兵系统凝聚了世界最先进的信息技术水平，它的框架中包括了敌我识别、通信系统、武器平台和自我防护设备，因而使得单兵不再是个人，而是机动性能强，较好生存于复杂条件下，同时作战中有着更大杀伤力的一个作战单元。

单兵系统中，单兵通信系统起着不可替代的作用，在瞬息万变的战场中，能否实时、迅速、有效的将战场信息传递到指挥部去，关系到上级能否全面掌控和了解整个战场信息，乃至于整个战争的胜败。因而我们对于无线视频如何更好的传送的研究在单兵通信系统中的作用显得更加重要。CMOS图像传感器和nRF24L01无线收发模块功耗低、成本小、工作稳定，而MPEG-4传输速率要求低、兼容性好、有很好的压缩比。本论文结合CMOS图像采集、MPEG-4视频压缩编码和nRF24L01无线收发模块，目的在于实现基于DSP的视频传输系统，该系统应用于瞬息万变的战场形势，使得单兵与上级实现实时、便捷和有效的信息沟通，，能够最大程度的提高指挥效率，减少伤亡，赢得整个战争便更有把握。本文主要介绍总体框图，通过对比研究确定每个模块的实现方案。

2 总体框图

论文设计的无线视频采集系统主要基于DSP TMS320DM642和以nFR24L01为核心的收发模块PRT6000实现的。总体实现框架图如下：

具体工作流程：当打开开关或者复位时，从FLASH加载程序进行初始化之后，CMOS传感器进行信息收集，在并其内部进行采样量化， SRAM存储器对CMOS采集到 的大量信息进行缓存，以便DSP的MPEG-4编码器进行有序编码。将发射模块设为接受方式，使得信息能随时发送出去。在接收端，信息通过USB建立的通道传给主机进行信息的融合、处理等。

3 各个模块的实现

3.1 视频采集的实现

单兵作战，进行信息采集，主要是使得作战指挥室能尽快摸清地形，对于图像的质量要求并不苛刻，况且，在电源有限的情况下，需要功耗要足够小；大规模使用，价格也是我们主要考虑的内容。因此，我将顺应主流，采用CMOS来实现视频采集。该模块包括镜头、传感器、存储设备三个部分。镜头采集到的信息成像于传感器的感光阵列上，外围控制电路作用于CMOS上，将模拟信息全部转换成相应的数字信息并有序存储于SDRAM中。

3.2 视频压缩的实现

视频压缩主要采取视频编码，以便较少视频序列码率达到信息最小化的目的。当前常用的编码标准有：MPEG和H.26x系列。

本课题采用的是MPEG-4压缩技术。MPEG-4压缩标准压缩比是MPEG-1的450倍，以往的标准都是基于矩形帧进行压缩的编码标准。而它对信息进行的分割是立体式的，它的编码标准是基于对象的。首先它将对象从空间和时间上分割成相互联系的视频和音频信号，然后再对这些信号进行编码处理的。

该标准的一大特点是它提出VOP（Video Objeuct Plane）这个概念[4]，它是指我们可以通过人眼比较敏感对象，例如形状、运动、纹理，把得到的有序信息中的每帧当做不相同的VOP组成，但是同一个对象连续VOP记做VO。

MPEG-4基于对象编码主要有：形状、运动和纹理编码三种。

形状编码：一个二维的对象，不论何种样式，我们都能够实现对它的单独编码，此编码中，每个对象都包括二形状编码和灰度级形状编码，英文缩写为BSC和GSC。正因为它采用了BSC、GSC，我们才能够实现基于对象编码。

运动编码：此编码为了减少图像信息中的时间冗余，采用了运动预测和补偿技术来实现这样的功能。有三种编码方式：

1）帧内编码模式（ I-VOP ）： 只用对象本身的信息来编码。

2）单向预测编码模式（ P-VOP ）： 依据它前面一个VOP进行分析，预测并纠正补偿编码。

3）双向预测编码模式（ B-VOP ）： 依据它前后VOP进行分析，预测并纠正补偿编码。

纹理编码：纹理信息由I-VOP 的像素值和P-VOP 编码的分析估计相差得到的数值两部分组成。信息的色度和亮度分量用来表示一个VOP 的纹理信息，为了能够达到容易、容错性能好等目的，论文根据MPEG-4标准前面介绍关于分开的编码理论，先将VOP分割16×16部分，每一部分采用8×8的二维DCT变换，量化得到的系数，并对VO预测编码，我们获得的系数进行顺序的编码即可。

3.3 视频无线传输的实现

近些年由于信心的迅速发展，无线通信技术的产生使人们的生活变得更加方便和简单，目前最为流行的数据传输标准有三个：蓝牙、802.11标准和IrDA。

本文采用的无线收发模块PTR6000是一种以nRF24L01为核心的且工作在2.4GHz的无线收发模块[6]。

nRF24L01是单片射频收发芯片。它协议简单，对用户透明。使用两层 PCB 板，成本低，同时，该芯片还有以下主要特点：

1）采用GFSK调制，传输速率2Mbps，能很强的抗干扰，特别适合单兵迅速、保密方面的要求。

2）有125个可以选择的频道，能够实现点对多点通信和跳频通信。

3）1.9～3.6V的工作电压，在 2Mbps接收速率下，工作电流仅12.3mA。还包括空闲和掉电模式等，由于射频芯片选取直接影响单兵通信系统的通信时间长短。而极低功耗的该芯片值得当选。

4）它的接口配置是标准的SPI工作方式，易于和DSP连接。

4 小结

本文介绍了实现无线视频传输的一个总体设计方案，同时对采集模块的实现进行了说明，介绍了MPEG-4压缩技术，同时综合考虑功耗、价格等因素决定采用由nRF24L01射频芯片实现无线传输，并结合此系统应用环境和实际要求，就几个方面需要把一些原则进行了简单的说明。