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[经验] 基于SOCFPGA的无线图传系统

2016-8-17 13:34:22  2179 视频监控 视频传输
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基于SOCFPGA的无线图传系统
关键词 图传 SOC 视频压缩 信道编码 COFDM
1.    简介
无线数字视频传输系统(图传)广泛应用于利用无人机进行视频/图像拍摄,以及视频监控领域。一般说来,图传由视频压缩模块(MPEG2/H.264/H.265)、无线信道编码调制模块(WIFI/3G/4G/COFDM)和射频模块(数模转换/捷变频/功率放大)构成,如下图所示。


2.    通常实现方法
一般说来,视频压缩和信道编码调制是两个不同的功能模块,由不同的方案和芯片组成。
视频压缩模块的实现主要有四类解决方案:
l  ARM平台方案;
l  DSP平台方案,如ti的DM642;
l  ASIC平台方案,如海思Hi3516/3517;
l  FPGA方案。
信道编码调制的实现主要有两类解决方案:
l  ASIC平台方案,如各种WIFI/3G/4G芯片;
l  FPGA方案,特别当使用COFDM技术时。
3.    SOCFPGA系统
为了融合通用CPU和FPGA各自的优势, 两大FPGA厂商分别推出了嵌入ARM CPU的FPGA产品,如Xilinx的Zynq-7000All Programmable SoC和Altera的Cyclone V SoC。
以Altera的SoC为例, 简单的说,该产品(芯片)由CPU,FPGA,以及连接他们的互联部分(高速/轻量级)组成,如下图所示,这样的结构给开发需要同时用到CPU和FPGA产品提供了很大的便利。

4.     基于SOCFPGA的图传
根据Cyclone V SoC的特点,我们在一个芯片内实现了视频压缩和信道编码调制两个的功能模块,如下图所示。


视频压缩
在HPS侧(即ARM)上改进的FFMpeg,实现MPEG2/MPEG4/H.264等协议的视频压缩编码,并将压缩后的码流通过H2F桥送给信道编码调制模块。
信道编码调制
在FPGA侧使用COFDM技术完成信道编码调制模块。具体实现的功能参数如下:
l  编码率: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8
l  调制方式: QPSK/16QAM/64QAM
l  IFFT模式: 2/4/8K
l  保护间隔: 1/4, 1/8, 1/16, 1/32
l  带宽: 5/6/7/8 MHz
根据设定的各种参数,信道编码调制模块对从HPS输入的视频码流进行各种变换,输出IQ两路正交的数字基带信号,由下列子模块组成。

5.    系统测试结果
按照上述方案,采用不同的压缩标准,对来自摄像头的视频分别进行了视频压缩编码和信道编码调制。
使用h.264编码时CPU资源占用率高,能实现320*240分辨率的实时编码,但主观感觉不流畅;使用MPEG4,能实现800*600分辨率的实时编码,主观感觉较流畅。
由此可以看出,使用MPEG4,能满足视频拍摄和监控的一般要求,但要使用h.264,还需做很多优化工作。

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