无线电多媒体通信技术及其在卫星通信中应用

张德文++尹训锋++冯义

摘 要：无线电多媒体通信技术是基于对信息多样性的需求，利用通用可编程数字信号处理器，采用高效的数据压缩算法，减小系统传输数据量，实现多媒体信息的窄带传输，窄带无线电多媒体通信技术具有高效的传输效率，其在卫星通信等无线电通信领域具有广泛的应用前景。

关键词：多媒体通信技术 卫星通信 MPEG-4

中图分类号：TN927.2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）02（c）-0002-02

随着信息技术的不断发展，传统单一通信媒体已很难适应当今多元化信息的发展需求。高速设备、大容量存储装置和高性能计算机快速发展为多媒体通信技术的发展奠定了基础，多媒体通信是一种新兴的信息科学技术，是多媒体、通信、计算机和网络等相互渗透和发展的产物，它为文字、数据、图形、图像、视频和音频等不同格式的诸种消息和信息的存储、传输和处理提供支撑环境和手段。

1 系统组成结构

无线电多媒体通信终端由视频采集模块、缓冲控制模块、图像压缩编码模块、通信控制模块和电源模块等组成，系统组成结构如图1所示。

模拟视频信号经过A/D采样编码后，变成YUV数字视频信号后，然后以16位数据总线宽度写入视频缓存器，视频缓冲控制模块实现对视频缓存器的读、写、刷新等控制功能。视频缓冲器选用SRAM或SDRAM，实现视频数据缓存。视频缓冲控制模块，采用Xilinx公司的Virtex II pro系列FPGA控制SDRAM实现。

图像压缩编码模块，采用TI公司的TMS320DM642，该芯片是TI公司C6000系列高速定点数字信号处理芯片，它具有灵活的指令系统和操作性能，支持汇编语言和C语言的单独或混合编程。TMS320DM642采用改进的哈佛处理结构，指令流水线操作，并行处理，计算和处理速度很高，并行运行速度达到1600MIPS。在片内提供128K字节的RAM用作程序和数据存储，其最大可扩展寻址空间为1M字。TMS320DM642提供的多信道缓冲串口和DMA数据传送方式极大地方便了它在图像领域的应用和开发。

通信模块采用PowerPC或ARM实现，根据信道状况变化，控制实现图像格式、分辨率、压缩数据传输码率调整。由于现代基于IP的通信网，已经成为主流，因此通信接口采用UART和Ethernet接口，在与窄带无线电台接口是采用UART接口，在与基于IP的数传电台中采用Ethernet接口。

2 系统设计实现

多媒体通信技术最为严重的瓶颈问题是有大量的数据需要存储、处理和传输，其中，最大的数据量来自数字图像数据，如30帧/s的活动图像数据量达2 748Kbps，传输速率需要2.8Mbps，显然，没有图像压缩技术的进步，就难以实现真正意义上的多媒体通信。无线电多媒体通信技术实现的核心是图像压缩技术，图像输入帧格式采用YCbCr4：2：0，TMS320DM642根据接收到的命令及发送数据速率等通信状态，从视频缓存区读取数据进行压缩编码，然后发往信道进行传输，图像压缩采用MPEG-4国际标准算法，图像数据压缩率最低可达到4～64Kbps。当信道为带宽较宽（>128kb/s），传输实时动态图像。

MPEG-4是由MPEG（Moving Picture Esperts Group）开发的IEO/IEC标准。其视频部分提供了基于自然对象、合成对象、自然/合成对象编码的几个层次。其中Simple Visual Profile主要应用于低比特率移动通信，其他几个层次可应用于互联网、实时多媒体监控数字电视制作与播出等方面。MPEG-4在视频检验层中引入了视频对象面的概念VOP，它充分利用视觉生理特性和图象信源的各种特征，实现从波形编码到模型编码的转变。VOP编码采用第一代混合编码方法，实现结构如图2所示。

在图像传输过程中，如果预测参考帧是I图像，则经过DCT变换和量化的编码的I图像可以通过反量化和反DCT变换存储在帧存储器中，作为预测编码的参考帧。如果预测参考帧是P图像，则经过DCT变换和量化编码的该帧残差数据，通过反量化和反DCT变换再和原来的参考图像相加，也形成了预测参考帧存入帧存储器中。

在编码实现过程中，用射像头捕捉到的为640×480的422YUV数据，该系统把它处理成320×240的数据，然后对其按MPEG-4标准进行压缩编码，最后再把编码后的数据填充成640×480的数据显示。在系统实现过程中，通过对DSP中的相关模块修改数据类型、使用内联函数、数据打包处理、编写汇编代码、调用图像库、人工干预软件流水等方式对程序代码进行优化，可把原来实时压缩处理视频图像速率为1～2帧/秒的代码，优化为25帧/秒，大大提高了代码的运行速率，达到实时压缩处理的效果。

3 在卫星通信中应用举例

卫星通信具有通信距离远，可靠性高等优点，其在国防通信、应急救生等领域越来越广泛，但随着应用范围的扩大，有限的通信卫星资源和日益扩大的需求之间的矛盾日渐突出，针对此问题，可将无线多媒体通信技术应用到卫星通信中，其应用框图如图3所示。发送方把从摄像头中捕获到的图像，应用多媒体通信终端进行视频压缩，压缩后的码流通过卫星多功能复接设备接入调制解调器，然后通过变频和放大设备经卫星天线发送到通信卫星，接收方将从通信卫星接收到的信号，经低噪声放大、变频、解调和多媒体通信终端解压缩后送音视频显示设备，进行存储和显示。

4 结语

无线电多媒体通信技术是一种新兴的综合通信技术，应用此技术可以满足窄带条件下信息传输多样化的需求，实现了实时视频传输。无线电多媒体通信技术可应用于卫星实时视频通信系统，具有广泛的应用前景。

参考文献

[1] 朱秋海.多媒体通信技术的应用及发展趋势分析[J].信息与电脑：理论版，2013（7）：124-125.

[2] 郭守宏，叶国文.关于计算机信息科技时代无线多媒体通信技术的应用[J].电子制作，2014（1）：140.

[3] 庾晋，白木，周洁.多媒体通信技术的重要应用[J].电力系统通信，2001（12）：17-21，25.

[4] 梁凡，魏晓晖，肖自美，等.视频压缩编码的差错复原技术[J].中国图象图形学报，2000（5）：18-23.

[5] 马岚，于进才.多媒体通信技术的应用及发展[J].电子技术应用，2001（9）：6-9.