基于蓝牙技术的无线密录设备设计

郑 涛， 颜靖华， 刘 军

(中国人民公安大学信息技术与网络安全学院， 北京 102600)

基于蓝牙技术的无线密录设备设计

郑 涛， 颜靖华， 刘 军

(中国人民公安大学信息技术与网络安全学院， 北京 102600)

为解决密录设备轻巧、隐蔽及实时传输的要求，设计了一种基于蓝牙技术的小型无线密录设备，设备实时采集模拟视频信号，经过模拟/数字转换后送到核心处理模块，图像压缩采用H.264方式，最后利用蓝牙技术传送压缩后的视频信号。经调试实验，设备在轻便化的同时，可满足图像的流畅性、清晰度及实时传输带宽要求。

无线密录； H.264； 蓝牙技术； 针孔摄像

0 引言

公安实战工作中，秘密摄录像设备在一些特定场合中的应用十分广泛，在实践中各地采用的设备方案多种多样。本文设计了一种无线密录设备。采用针孔式模拟摄像机对侦查行为进行视频图像采集，图像质量能够达到420TVL(电视线)，经过数字/模拟视频信号转换生成数字视频信号，利用嵌入式芯片对数字视频信号进行压缩，并通过蓝牙模块以2.40 GHz～2.48 GHz传输频率进行实时传送，传输距离能够达到45 m。

1 设计思路及器件选型

1.1 设计思路

公安工作对于密录设备的具体需求，最重要的就是隐蔽，隐蔽的前提则是设备的小型化。为实现小型化，芯片的选取需考虑设备整体体积限制；同时摄像与录像设备分离，利用无线信道传输视频到后端，并且通过实时传输使后端指挥员随时把控现场情况。就图像质量来说，需足够清晰，有助于证据的有效性要求。

综上所述，为满足秘录工作要求，无线密录设备要能够满足器件尺寸微小、画面质量高、传输距离远、实时传送的要求。这些要求使得整个设备的设计思路与普通视频传输设备设计有很大的不同。普通摄像头、340 MHz无线图传设备都因为体积过于庞大不可使用。3G/4G网络由于需要完全依赖公网覆盖也不可取。所以只能采用针孔摄像头拍摄实时图像并进行数模转换图像压缩，之后送入蓝牙模块进行传输的设计思路。利用蓝牙模块进行无线传送，能够实时进行监测，传输距离相对较远，对环境要求不高，而且传输过程稳定。基本满足现有公安密录工作的要求。

1.2 器件选择

前端摄像头的选取决定了画面质量的高低，而且前端视频采集设备的尺寸大小，尤其是镜头的尺寸大小直接影响到整个设备整体隐蔽性的好坏。鉴于上述要求，故特别选取针孔摄像机作为前端视频采集设备。模拟针孔摄像发展时间较长，技术较稳定，生产较规范，输出的视频信号符合国家模拟视频信号标准，对于使用环境的要求不高。数字针孔摄像机尺寸与模拟针孔摄像机相比相去甚远，其器件尺寸较大，导致隐蔽性较差，同时输出的数字视频信号的码速率较高，带宽较小的无线传输信道难以满足其传输要求，而带宽较大的信道又存在设备体积及功耗的问题。基于以上分析，采用模拟针孔摄像机作为前端视频采集设备，具体设备采用 1/3 CCD彩色图像传感器模拟摄像机，具体型号为YUCOO-C5001C。

模拟/数字转换设备将前端模拟针孔摄像机采集到的模拟视频信号转换成数字视频信号，这样的模数转换可以使信号更稳定，利于传输，抗干扰性强，并且使终端的画面更稳定，且经压缩后带宽低于数字针孔摄像机带宽要求。现有模拟/数字转换芯片较多，如飞利浦SAA7113、SAA7114、SAA7118等，其中的SAA7113功耗相对较小，技术成熟，体积较小，故采用SAA7113芯片作为模拟/数字转换设备。

为使带宽进一步降低，模数转换后需进行图像压缩。飞利浦PNX1300、PNX1700、OMPA5909等均可以作为数字信号压缩的多媒体芯片使用，其中PNX1700支持H.264压缩技术，并且其图像采集和预处理均采用了目前最新的图像处理技术，图像质量有了明显提升，色彩还原更加真实，产品功耗很低，长时间工作可不受温度的影响，稳定可靠性高，支持USB接口，更利于信号的传输。故设计采用PNX1700芯片通过H.264压缩标准，进行数字视频码流进行压缩。若需H.265标准，则需要另外选择符合H.265标准的芯片，如Hi3516A。

经压缩后的信号由蓝牙信道进行传输。蓝牙技术发展成熟，设备成本较低，整体功耗不高，发射接收单元体积小，最高传输速率可达3 Mb/s，传输距离理论可达到100 m，能够满足无线密录设备的需求，因此采用百米设备CLASS1(BC04)蓝牙模块作为无线数据传输模块。

2 整体架构及工作流程

设备整体系统架构如图1所示，以嵌入式压缩技术多媒体芯片PNX1700为核心，采用H.264技术完成视频信号的压缩编码工作。由YUCOO-C5001C针孔摄像机采集模拟视频信号，送至模拟/数字转换芯片SAA7113中。由SAA7113将标准PAL制式的视频信号转化成符合CCIR656规定的复合电视信号，并送入图像压缩芯片PNX1700进行压缩。

图1 无线密录设备系统架构

缓存器件OMAP5910存储配置程序，用以系统启动，具体包括DSP工作模式、程序的起始地址、内存容量、数字视频信号发送前的缓存功能等。闪存器K9f2808U0C NAND FLASH存储H.264压缩工作的配置程序，以及嵌入式多媒体芯片PNX1700工作必需的程序等系统应用程序，系统内存由两片32 Mbit的K4D551638f-tc构成。DMA将数据送入内存，再传送到后方缓存模块的内存模块中。

3 系统详细设计

3.1 SAA7113与PNX1700

模拟/数字转换芯片SAA7113模块与PNX1700的硬件连接如图2所示。PNX1700的自身所带内存较小，主要承担了数载码流的压缩工作，码流率在141 Mb/s左右，需要较大的系统内存才能保证码流的流畅性和输出信号的完整性，故设计中选用三星K4D551638F-TC芯片作为内存，容量64 MB，支持200 MHz的工作频率。存储器要求不高的情况下，可选用EEPROM启动模式，8个引脚采用上拉及下拉电阻来进行配置。启动程序所需的二进制代码较短，可选择Atmel 24C128(容量16 KB)，通过IIC总线与PNX1700进行通信。

图2 SAA7113与PNX1700连接

3.2 PNX1700、OPMA5910及BC04的连接

OMAP5910是一个功能强大的系统级芯片，具有自身处理器，能够完成较强的图像处理和压缩任务，将其设计用于存储后端的数据缓存和配置程序。其SDRAM容量为32 MB，支持USB通用串行接口技术，更易与前端压缩设备和后端发送设备进行高速的数据传输。设计中将OMAP5910应用在后端作为缓存设备，以便为今后设备升级提供更强大的处理保障和接口服务。PNX1700、OPMA5910和BC04连接情况如图3所示。

图3 PNX1700与OPMA5910和BC04连接图

3.3 无线发射模块

蓝牙模块CLASS1(BC04) 发射功率约为100 mW，支持蓝牙2.0+EDR协议，最高传输速率为3 Mb/s，传输距离为100 m，天线采用微带天线。完全兼容蓝牙2.0规范，支持数据和语音传输，最高可支持3 M调制模式。语音接口支持PCM协议。工作频段范围是2.40 GHz～2.48 GHz；可支持7个设备USB 2.0和UART接口PCM音频接口 ；低电压电源范围是2.7 V 到 3.6 V；正常供给电压为3.3±0.1 V；内置8 Mbit Flash。蓝牙模块的结构图如图4所示。

3.4 电源模块

电源采用PNX1700芯片，其工作核心电压为1.2 V，内存模块工作电压为2.5 V，其余模块的工作电压为3.3 V。为使设备小巧便携，专门设计了一个外接5V电源，通过DC-DC转换电路为系统提供各种所需电压。电源连接图如图5所示。

4 传输流程及结论

系统中的信号传输方向是单一的，首先YUCOO-C5001C针孔摄像机采集到视频信号后输出标准的PAL制电视信号，按照国家标准其带宽为标准的6M复合电视信号，送到模拟/数字转换装置SAA7113中，SAA7113对传输进来的复合电视信号进行转换，转换后的码流率为17.7 MHz×8 bit=141.6 Mb/s，经过H.264压缩后，141.6Mb/s÷110=1.2 Mb/s，码流率大约在1.2 Mb/s，送入缓存设备中，最后送入蓝牙设备中，以2.40 GHz～2.48 GHz的传输频率进行实时传送。

在实际链接调试中，在45 m的距离内，设备传输带宽可达1.2 M，能够满足传输要求。同时，传输帧率在25 f/s，图像的流畅性和清晰度要求也可以满足。由此可以看出，设备设计完全满足无线密录设备的技术要求。同时与以公网作为传输信道的设备相比，对环境的依赖更小。目前蓝牙技术已发展到蓝牙 5.0，数据显示其将最大传输距离提高到了200 m，可见随着技术进步，基于蓝牙技术的无线密录设备还有较大的提升空间。

图4 BC04蓝牙模块结构图

图5 PNX1700电源系统模块

[1] BLUETOOTH SPECIAL INTEREST GROUP．Bluetooth Specification Version 2.0+EDR[S]．November，2000．

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(责任编辑陈小明)

D035.39

郑 涛(1974—)，男，山西人，副教授。研究方向为公安通信。