基于物联网的多视角实操培训系统的无线视频接收机设计

田丰伟 朱向军 杨丽 吴艳芳 孙吕祎

摘  要：在基于物联网的多视角实操培训系统中，无线视频接收机的性能关系到整个系统的视频信息的传输的稳定性和画面的清晰度，传统的Wi-Fi接收机由于都是单路的设计，6路高清的视频语音视频信号传输较为卡顿，利用6路独立的Wi-Fi通道，实现一对一传输，再将视频语音信号合起来送至上位机，较好地实现了系统的大容量传输的需求。

关键词：多视角;培训系统;无线传输;物联网;接收机

中图分类号：TN919.8      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）07-0146-03

Abstract：In the multi-view practical training system based on the internet of things，the performance of the wireless video receiver is related to the stability of the transmission of the video information of the whole system and the clarity of the picture. The traditional Wi-Fi receivers are all designed in a single way. The 6-channel HD video voice and video signal transmission is more Karton，using 6 independent Wi-Fi channels to realize one-to-one transmission and then combining the video voice signals to the upper computer，which better realizes the demand for large-capacity transmission of the system.

Keywords：multi-view;training system;wireless transmission;internet of things;receiver

0  引  言

伴随着现代通信技术的发展，从2G到5G的跨越过程中，无线信号传输带宽可以允许我们进行大带宽的视频实时在线教学，Wi-Fi技术在物联网传输运行中也得到了广泛的运用，尤其在视频传输领域运用的较为广泛。

在培训中心的教学过程中，学员无法实时查看老师的现场教学，为此我们团队设计了基于物联网的多视角实训培训系统。多视角实操培训系统方案中，需要实时对多路Wi-Fi云台摄像机进行接收其视频和语音信号，由于6路高清摄像头数据量较大，传统的接收机带宽不够，本方案中设计了六路接收通道，达到了实时大数据量接收的设计[1]。

1  总体方案

无线视频接收器由MT7688 SoC、128M DDR2存储器、Flash存储器、以太网接口组成。系统中集成6通道的MT7688模组，实现6个Wi-Fi AP端，可以同时与6个视频节点实现一对一的连接，在独立的Wi-Fi信道中单独传输信号，做到相互不干扰，达到最佳的视频传输效果。每个Wi-Fi AP端与视频节点通过TCP连接，保证了传输的准确性，在100M可视范围内能满足无卡顿传输[2]。

如图1所示，本系统由6路MT7688 SoC及其附屬模块组成，每一个SoC都单独配套RF电路和天线模块，组成独立工作的6个Wi-Fi AP，6个MT7688带有以太网络接口，共同接入交换机组成一个路由群，作为视频服务器的客户端与服务器交互传送视频数据。本系统高效可靠，不存在高并发下的数据拥挤问题[3]。

2  无线视频接收机分系统组成介绍

在本章节中将会对无线视频接收机各个不同部分做详细的介绍。

2.1  MT7688 SoC与Wi-Fi接口

MT7688是一种集成了1T1R 802.11n 2.4GHz Wi-Fi、580MHz MIPS® 24KEcTM CPU、1-port fast Ethernet PHY、USB2.0 host、PCIe、SD-XC的SoC，它的1T1R 2.4 GHz，具备150Mbps PHY数据速率，Ethernet PHY、可以使其成为一个以太网路由点与后端服务器相连接，原理图见图2[4]。

为了规避6路Wi-Fi直接的相互干扰，本系统特别设计了一套信道分配方法，基本原理是使用Wi-Fi扫描当前范围内所有的Wi-Fi节点的RSSI和信道号，并分析选取其中信号最弱的6个信道，将这6个最弱信号分配给本机6个Wi-Fi模块，这样就可以保证6路Wi-Fi高效地工作，并且定时再次运行上述策略，保证长期稳定性[5]。以下是2.4G Wi-Fi信道的示意图，见图3。

2.2  128M DDR2存储器

本系统为了支持在MIPS处理器上运行Wi-Fi AP，则需要运行Wi-Fi所需的无线协议栈，因此系统支持运行OpenWrt操作系统[6]，OpenWRT是一个高度模块化、高度自动化的嵌入式Linux系统，拥有强大的网络组件和扩展性。为了运行OpenWrt系统，本设计加入了128M Byte的DDR2高速存储器模块。DDR2存储器采用W971GG6KB传输速率达到了800Mb/sec/pin，保证了OpenWrt系统的高效运行。系统采用1.8V供电，PCB采用6层PCB高速拓扑走线，具有良好的工作稳定性[7]。

DDR2电路由数据总线和地址总线以及各种控制总线构成，PCB采用WBGA 84 Ball（8×12.5mm2）封装。

2.3  Flash存储器

基于MT7688的OpenWrt所运行的镜像文件存储在Flash存储器中，当系统启动时，CPU会将Kernel从flash加载到内存中运行，本设计采用32Mbyte的Flash存储器W25Q256FV保存镜像文件和其他文件系统[8]，此Flash最小的组织单位是页每个页256个字节，可进行页编程（一次写256个字节）;16个页组成4KB的扇区，可进行扇区擦除，128个扇区组成32KB块，64KB的组，可以整片擦除。256有8192个扇区和512个块。支持标准的SPI接口，2/4线SPI，SPI频率最大104MHz。

2.4  以太网接口及电源接口

MT7688需要将AP节点的局域网络与后端系统的路由群相连接，因此必须具备以太网络接口，本系统设计了10/100M Ethernet接口。如图4所示。

MT7688的电源拓扑是由外部输入3.3V电源再由内部DC-DC和LDO产生1.2V电源和1.8V电源，其中1.2V电源向CPU core提供供电流，1.8V向DDR2电路提供电流，另外本系统中集成6路MT7688模组，因此需要6路电源提供电流由XC6220B33将系统5V供电转为3.3V，此电路在系统中有6路独立模块：5V电路由220V转5V开关电源提供，功率规格为5V10A。1.2V和1.8V电路均集成在MT7688内部。

3  结  论

本文对基于物联网的多视角实操培训系统的无线视频接收机设计进行了描述，从接收机的系统框图组成，并将其中的最为关键的MT7688 SoC与Wi-Fi接口，128M DDR2存儲器，Flash存储器，以太网接口及电源接口等核心部分的设计做了详细的讨论，经过实际测试，该无线视频接收机性能稳定出色，较好地达到了设计的指标。

参考文献：

[1] 刘敢峰，吴明光.家庭自动化几种主流网络协议 [J].电子技术应用，2003（2）：6-8.

[2] Rathnayaka A J D，Potdar V M，Kuruppu S J . Evaluation of wireless home automation technologies [C]// Digital Ecosystems and Technologies Conference （DEST），2011 Proceedings of the 5th IEEE International Conference on. IEEE，2011.

[3] Alshu'Eili H ， Gupta G S ， Mukhopadhyay S . Voice recognition based wireless home automation system [C]// International Conference on Mechatronics. IEEE， 2011.

[4] 封松林，叶甜春.物联网/传感网发展之路初探 [J].中国科学院院刊，2010，25（1）：50-54.

[5] 徐鹏，王玉珏，李健.物联网技术综述 [J].软件导刊，2011，10（5）：50-52.

[6] 谢希仁.计算机网络 [M].北京：电子工业出版社，2008.

[7] 北京中电华大电子设计责任有限公司.基于UART接口的WLAN模块用户手册 [R].北京：北京中电华大电子设计责任有限公司，2009.

[8] 李扬.Wifi技术原理及应用研究 [J].科技信息，2010（6）：241.

作者简介：田丰伟（1989-），男，汉族，江苏苏州人，讲师，本科，研究方向：继电保护。