一种双模无线视频传输系统的移动终端设计*

肖国富，胡 栋，谢光剑，肖 鹏

（南京邮电大学 江苏省图像处理与图像通信重点实验室，江苏 南京 210003）

1 引言

近年来，视频通信尤其是无线视频通信得到了迅速发展。然而，目前的无线网络种类繁多，传输性能差异较大。为了在不同网络环境下实现最佳的视频传输，文献[1]提出并且实现了一种多模式无线视频传输系统，该系统具有WLAN/GPRS和WLAN/CDMA1X等模式下网络感知和智能选择能力，据此进行视频采集和H.263编码、打包发送等自适应控制，达到了提高视频传输性能的目的。

3G网络的开通、H.264等视频编码的广泛应用，为无线视频通信提供了新的良好平台。为了适应新需求，笔者基于文献[1]的系统方案进行了改进，重点是使用3G网络TDS_CDMA，改进系统中的无线视频移动终端，通过使用高性能的双核DSP，不仅可以适应H.264、MPEG-4等复杂的编码需求，而且降低了移动终端的功耗，有益于无线移动环境下的应用。

2 硬件系统方案设计

无线视频传输系统包括无线视频移动终端、视频服务器、传输网络、显示终端4部分[1]。在系统的改进设计中，重点是在移动终端的硬件系统升级设计上。核心CPU采用ADI公司Blackfin系列中的高性能媒体处理器BF561，它具备2个独立的Blackfin内核，A核运行U-clinux操作系统，B核运行编码算法，可以实现音视频的同时采集编码，并支持复杂的音视频编码（如MPEG-4，H.264），而且功耗低。在改变核心CPU之后，相应的外围设备及其控制方案也要进行相应的修改。

2.1 核心处理器BF561

BF561[2]处理器是ADI公司生产的Blackfin系列中的一款高性能产品，可以满足多媒体和通信方面的多种应用，该器件的核心由2枚独立的Blackfin处理器组成，单核的最高工作频率都可以达到600 MHz，并且还集成了一套通用的数字图像处理外围接口，为数字图像处理和多媒体应用创建了一个完整的系统级片上解决方案。

BF561处理器采用了2级缓存结构（L1和L2），大幅提高了程序的运行性能，片内32位EBIU接口可以与SDRAM，Flash等存储器件无缝连接，极大地方便了大量数据的搬移。更重要的是BF561处理器具备丰富的外设接口：并行外设接口PPI、串行外设接口SPI、串口SPORT、通用异步接收发送端口UART和外部时钟接口等，可以方便地实现音视频的采集、传输。

2.2 基于BF561的移动终端设计方案

图1所示为移动终端硬件系统框图。为适应特殊的应用场合，设计中增加了音频采集部分。此外，无线传输简化为TDS-CDMA/WLAN双模式，以方便在不同的无线网络中实现最佳的视频传输。网络感知、检测及维护等通过软件实现。

图1 移动终端系统框图

3 移动终端模块的硬件设计

3.1 视频输入模块

BF561处理器提供2个可直接与A/D与D/A连接、符合ITU.R-601/656视频编解码标准的并行外设接口PPI0，PPI1。每个PPI包括1个专用时钟引脚、3个帧同步引脚和16个数据引脚。本系统使用PPI1与SAA7113H A/D芯片连接。

SAA7113H[3]为9 bit视频解码器，其内部有由视频源选择、反混叠滤波器和ADC组成的两通道模拟预处理电路、增益控制、时钟发生电路（CGC）、多标准数字解码器、亮度饱和度控制电路等部分。它通过I2C总线进行控制，支持PAL和NATSC等多种视频输入格式，输出支持标准的 ITU.656 YUV 4∶2∶2 8 bit格式，只需一个24.576 MHz外部晶振，采用3.3 V电源，具有小于0.5W的功耗。SAA7113H 与BF561接口如图2所示，另选用3个可编程引脚作特殊使用，其中PF0和PF1用来实现I2C，PF13用来实现对SAA7113H芯片的复位。

图2 SAA7113H与BF561接口

3.2 音频输入模块

BF561处理器提供2个双通道同步串行端口SPORT0和SPORT1来完成串行和多处理器的通信工作，其支持I2S功能，可以双向操作，具备多通道能力等。本系统使用SPORT0与TLV320AIC23B芯片连接。

TLV320AIC23B[4]是TI公司生产的音频编解码芯片，在芯片内部集成有高采样率数字内插滤波器；该芯片的数字传输字长是 16 bit，20 bit，24 bit和 32 bit， 支持 8～96 kHz的采样；在采样率为96 kHz的情况下，A/D转换器信噪比达到0 dB，D/A转换器达到100 dB；回放模式下功率为23mW，省电模式下小于15mW。TLV320AIC23B与BF561的接口如图3所示，另选用3个可编程引脚作特殊使用，其中PF0和PF1用来实现I2C，PF6用来实现对TLV320AIC23B芯片的复位。

图3 TLV320AIC23B与BF561接口

3.3 TDS-CDMA接口模块

BF561提供1个全双工的UART通用异步接收/发送端口，它与PC标准的UART端口完全兼容。UART端口为其他外设或主机提供了一个简化的UART接口，支持全双工、有DMA能力的异步串行数据传输；每个UART端口支持5～8个数据位、1或2个停止位以及无校验、奇校验、偶校验位，支持PIO和DMA模式操作。本系统就是使用UART与LC6311连接。

LC6311[5]是联芯科技公司生产的TDS-CDMA模块，它支持AT控制指令、数据、语音、短消息；向下兼容GPRS和EDGE；最高无线数据传输频率上行为384 kbit/s，下行为2.8 Mbit/s，支持PPP协议；提供9针RS-232 DCE与USB两种接口。本系统选用的是UART接口。LC6311与BF561的接口如图4所示，因为BF561提供的UART接口为2线的，不能实现硬件流控。为了实现数据的稳定输出，避免模块数据拥塞，另引用了2个可编程引脚PF10和PF11来实现硬件流控CTS和RTS，如图4所示。

3.4 WLAN接口模块

BF561有一个串行外设接口SPI，能够使控制器与多个SPI兼容的设备通信。SPI接口使用2个数据引脚和1个时钟引脚传输数据；1个SPI片选输入引脚可使其他SPI设备选择DSP；7个SPI片选输出引脚使DSP能够选择其他SPI设备。本系统就是使用SPI与WiFi模块LB-WA18HEPZ_TEMP[6]连接。

LBWA18HEPZ-TEMP内置Marvell 88W8686芯片，提供SPI接口，支持802.11b/g网络协议，其与BF561的接口如图5所示。

图4 LC6311与BF561接口

图5 LBWA18HEPZ-TEMP与BF561接口

3.5 电源及其他模块

Blackfin系列处理器为嵌入式信号处理方面的应用提供了有效的电源管理和低功耗性能，其采用低功耗和低电压的设计方法，具有动态功率管理的特点，即通过改变工作电压和频率来大大降低总功耗，使得用户能够动态地控制处理器的性能和功耗。BF561处理器需要3.3 V电压，此外，其他芯片还需要1.8V和2.8 V的电压。

考虑到系统性能要求及实现成本，本系统的电源采用线性直流电源，利用LM1085-3.3[7]产生3.3 V电压，利用AMS1117-ADJ[8]产生1.8 V和2.8 V电压。LM1085-3.3是美国国家半导体公司生产的一款高效低压降电源模块，最大输出电流为3 A；AMS1117-ADJ是一款可调式LDO，参考电压1.25 V，最小压降1 V，工作电流800mA，输出电压可以根据外围反馈电路的电阻分压器来设置，整个外围供电单元如图6所示。

图6 电源转换模块

此外，系统设计中还附加有D/A转换模拟视频输出模块和USB模块，主要是为动能扩展和升级存储视频做准备，在此不作赘述。

4 测试与分析

4.1 终端稳定性测试

终端稳定性测试主要是DSP的稳定工作测试。可以通过BF561的JTAG接口进行测试，使用ADI公司提供的ADDS-HPUSB-IEC仿真器实现目标板与PC机的通信，并利用开发环境Visual DSP++4.5来监视和控制目标板上处理器的工作情况，结果显示DSP能够稳定正常工作，如图7所示。

4.2 功耗测试

功耗问题严重地制约着嵌入式的应用和发展，也是本设计进行终端升级的重点。笔者分别对终端核心板、核心板+接口板进行功耗测试，结果显示功耗很低，如表1所示。

表1 移动终端功耗测试

4.3 问题分析及解决

本系统在设计及测试过程中遇到了不少问题：

1）AD模块正常工作问题

本设计中的AD芯片SAA7113H对电源稳定性要求很高，如果电源稳定性不够好，就会使采集图像夹杂着噪声，进而影响视频编码效果，对图像质量和视频传输造成双重影响。在系统设计中，首先选用的是稳定性较高的线性直流电源芯片，其次做板时将模拟地与数字地分开，并分别进行大面积敷铜，尽量减少地线干扰，保证电源的稳定性。

2）UART口两线、四线问题

对于UART数据传输，有两线传输、四线传输两种模式。如果使用两线传输，CTS和RTS一定要做处理，让其短接或者接地，否则数据无法传输；如果传输数据过大并超出模块或网络的传输能力，一定要选择四线传输，因为四线可以对数据进行硬件流控，防止数据拥塞造成的模块无法正常工作。

3）BF561和LC6311上电顺序问题

CPU处理器BF561与TDS-CDMA模块LC6311的正常工作，对上电顺序有严格要求。LC6311必须先上电，BF561内核才能正常启动，这是因为内核的启动对某些引脚电平有特殊要求。这个问题的解决，硬件上可以让电源先通过LC6311，后通过BF561；软件上可以延时内核的启动时间，让LC6311上电后内核再启动。

5 小结

笔者所设计的双模式无线视频传输系统，基于BF561双核DSP处理，采用MPEG-4和H.264可选编码压缩，选择最优WLAN/TDS-CDMA无线网络进行视频传输，在PC端进行软件接收解码，取得了良好的传输效果，且功耗低，运行稳定。相信本系统在视频监控、抢险救灾、多媒体娱乐等方面将会有广阔的应用前景。

[1]胡栋，刘峰，朱秀昌.实时多模式无线视频传输原型系统的实现[J].通信学报，2006，27（10）：106-112.

[2]Analog Devices.ADSP-BF561 blackfin processor hardware reference[EB/OL].[2010-04-20].http：//www.analog.com/static/imported-files/processor_manuals/53117564946598bf561_hwr_for_11_ECN.pdf.

[3]Philips Semeconductors.SAA7113H data sheet[EB/OL].[2010-04-18].http：//pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/19006/PHILIPS/SAA7113H.html.

[4]Texas Instruments.TLV320AIC23B datamanual[EB/OL].[2010-04-18].http：//www.datasheetcatalog.org/datasheet/texasinstruments/tlv320aic23b.pdf.

[5]联芯科技.LC6311硬件接口手册[EB/OL].[2008-06-12].http：//www.docin.com/p-66500811.html.

[6]Marvell Chipsetfor.LBWA18HEPZ-TEMP data sheet[EB/OL].[2007-09-26].http：//www.sychip.com/product%20briefs/WLAN/LBWA18 HEPZ_Brief_v0.1A.pdf.

[7]National Semeconductors.LM108-3.3 data sheet[EB/OL].[2005-05-09].http：//datasheet.eeworld.com.cn/pdf/133413_NSC_LM108.html.

[8]Advanced Monolithic Systems.AMS1117-ADJ data sheet[EB/OL].[2005-10-17].http：//www.icpdf.com/PdfView.asp?id=615855_972795.