关于短距视频信号无线通信网络设计的分析

陈 亮

（广东省电信规划设计院有限公司，广东 广州 510630）

传统的网络传输需要做好布线工作，并且成本较高。随着网络技术发展，无线通信传输越来越受到人们关注。应用无线通信网络技术后，使得短视频信号传输更加高效，不仅实现信号从节点B、C向主节点A传输，并且节省了网络设计中的人力与物力资源投入，具有操作便利的应用优势。未来，在短视频信号的传输中，无线通信网络将发挥主要作用。

1 系统方案

1.1 主控芯片的选择

无线通信系统的主控芯片采用了MSP430系列单片机，该单片机的功耗较低，能够在1.8~3.6 V的工作电压范围内，达到满意的25MIPS工作性能。通过对电源管理模块的优化，可将系统的功耗降低至0.1 μA/RAM（待机模式）；工作模式下的功耗为165 μA/MIPS，并且能够在5秒内完成待机到工作的转换。以单片机作为系统主控芯片设计的主要方案，不仅具有成本与功耗优势，而且能够为后期编程提供便利条件。

1.2 发射模块与接收模块

为满足短距离视频信号低功耗传输要求，采用了2.4 GHz50 mW发射模块与2.4 GHz接收模块，具体方案如下：发射模块的供电方式为3.3~5 V直流电，电流约为50 mA。在信号发射稳定的条件下，输入电压值可低至1.7 V，并且对短距离传输的功耗进行控制，满足无压缩传输AV模拟视频信号的可靠传输要求。

接收模块的工作频率为2.4 GHz，工作灵敏度为-93 dBm。在正常工作条件下，接收模块的电压值为3.7~5 V之间，电流消耗值为1300 mA。在整个接收模块中，包括2组频率与8个信道，通过合理组合能够解决频率干扰问题。

1.3 视频同步分离与字符叠加模块

系统采用了UPD6453芯片，将该芯片作为视频字符叠加芯片。该模块的主要应用优势是编辑功能较强，可在屏幕上显示12×24字符，并且每个字符均设计为12×18点阵形式，而字符的大小和闪烁频率均能够满足系统要求，并且能够根据实际要求进行调整。为提高字符显示能力，确保多样性，使得背景色、字号、颜色符合设计标准，也需要对系统方案进行优化，对成本与功耗进行综合考虑。

1.4 信号通道模块与运算模块

本项目中选择了可靠的信号通道模块，其中模拟开关电路为74HC4052，为一块带有公共传输功能的输入控制器，包括4个控制位。每个多路开关均带有4个独立输入与输出功能模块，即Y0、Y1、Y2、Y3、Y4；其中每个公共输入端（Z）与选择输入端（A）相关联。公共使能输入控制位则包括A0、A1和E端口，其中E表示低有效能输入端[1]。

2 短距视频通信网络设计思路

2.1 设计原理与电路部分

2.1.1 通信网络设计原理

本次设计的无线传输网络传输路径是自节点B、C向主节点A传输，由此获得短视频图像信息。其中传输的视频图像多为彩色形式，依靠AV输出端口获取相关视频。在设计过程中，保证每个节点均配置AV视频输入插口，并且通过AV电缆与显示设备连接。

2.1.2 电路设计部分

通信网络的电路系统包括发射电路、接收电路。其中发射电路由LC晶体振荡器、二极管、MSP430单片机等组成。在具体的应用环节，主要是通过开关控制发射图像信号，发射电路采用的载波信号来源于LC晶体振荡电路。

2.2 视频信号分析模块

2.2.1 彩色视频信号

与黑白视频信号相比，彩色视频信号对系统的要求较高，需要确保信号同步，考虑消隐信号、均衡脉冲信号。二者之间最大的差异体现在亮度、色彩上。此外，彩色视频对像素与色度的要求较高，需要做好R、G、B不同基色之间的调制，以达到满意的显示效果。

2.2.2 收发模块分析

本无线网络接收模块具体包括8个频道，其中有CH1、CH2、CH3、CH4、CH5、CH6、CH7、CH8，频率分别为2414 MHz、2432 MHz、2450 MHz、2468 MHz、2390 MHz、2370 MHz、2510 MHz。在对视频信号进行收发时，只需要满足上述任一发送频段，便可实现短距无线传输的目标[2]。

2.2.3 视频输入与同步

在系统的具体设计中，为确保视频信号获取的稳定性，使用了无线收发模块，并且做好了视频资源同步分离。视频输入端使用Vin表示，视频输出端则使用Vout表示，有关视频输入模块的电路图如图1所示。

图1 视频输入电路示意图

在网络设计中，有关人员也使用了同步分离信号，对视频传输模块进行优化。视频的传输需要确保行、场同步，并且将相互叠加的字符频率信号分离出来，以最大程度确保信号传输安全性。目前，对于行、场信号的提取方式较多，使用的同步分离芯片为LN1881，具体见图2。

图2 同步分离电路图

图中，Vin为视频输入模块，能够对视频信号进行技术模拟，并且同步复合了相关视频信号C2，其中，VYS表示场同步信号、HYS代表行同步信号。通过对不同信号资源的获取与整合，能够满足同步分离的要求。在实际的传输过程中，使用了2、3、4不同的引脚，完成对单片机指令的接收，同时对字符点的矩阵进行识别，以快速完成对视频信号的同步或分离[3]。

2.2.4 运算模块与控制模块

针对无线通信网络而言，需要保证足够规模的运算放大电路，确保视频信号可达到满意的传输标准。由于OPA836运放电路的应用价值显著，具有低功耗、高性能与低成本的应用优势，因此，笔者对OPA836电路的放大模块进行了研究。规定OPA836芯片的输入电压值为5 V，并对电压值进行控制，以达到理想的控制标准。有关运算放大模块的分析应满足以下式。

通过对上述公式的分析与应用，能够可靠掌握影响运算放大模块的参数，对相关参数进行控制后，可获得相对满意的显示效果。研究表明，对视频控制模块进行调整后，也可提高信号传输与显示效果，并且确保了信号资源传输时效性，降低通信设备干扰[4]。

网络系统使用的控制模块为MSP430G2553系列CPU，通过对信号资源的调取与应用，可完成对无线网络控制模块的分析，使得系统性能获得明显提升，强化了对视频信号信息的解析能力。

本次设计中，对于字符叠加模块使用UPD6453模块设计，并采取SPI通信模式，将控制字符输出字符频率控制在合适范围内，同时做好不同信号的接收工作。其中，设定B节点为控制显示节点，C节点为视频叠加节点。对无线收发模块进行控制好，能够最大程度提高系统对信号资源的获取能力。

3 相关程序功能设计与测试

3.1 测试条件与仪器准备

测试条件应满足多次测试要求，并且对设备进行了可靠检测，重点做好仿真电路、硬件设备、系统原理图的一致性分析，确认无误后方可进行测试。测试仪器使用毫伏表、模拟示波器、示波器、数字万用表、测距仪等。

3.2 程序软件设计

软件的设计流程分析如下：首先使用外部设备对按键进行技术检测，确保低电平有效。测试工作具有显著效益，能够预防在后期仿真测试中出现无法使用情况，使得无线网络系统的服务能力满足实际要求。其次，是对开关控制模块进行切换与测试，使用Key1、Key2程序软件，对B、C通道上的开关进行切换，同时，检测主节点A与B、C的连接效果，确保视频图像能够可靠、清晰地显示在输出终端设备上。最后，设计备用开关，通过对开关的控制，完成对中继点的切换。本次程序软件的设计采用MSP430G2553、UPD6453通信设计原理，并且对SPI进行同步串行设置，根据时序图完成无线通信配置。在设计过程中，也对UPD6453进行了初始化配置，根据数据手册与控制命令，对所有字符的颜色、背景图案和位置关系进行了调整。例如，在字符显示软件部分，使用字符数据手册，通过UPD6453程序软件，输入系统数据，完成对视频字符的快速显示。对软件与硬件部分的优化设计，能够提高系统的服务能力，有利于快速解析视频信号，并且做好安全传输与显示[5]。

3.3 测试过程与结果分析

在系统测试中，对硬件设备进行了测试，通过对硬件性能的检验，可预防出现参数误差，测试结果显示，视频叠加的结果与AV摄像头上的图像具有一致性。为获得满意的测试结果，需要做好系统抗干扰测试，对隔离数字信号与模拟信号进行获取，并且做好滤波隔离。相关测试步骤说明如下：

首先，将无线接收模块中的AV莲花座与显示屏连接起来，将B节点、C节点与A主节点连接，随后打开电源开关，根据设计要求做好相关测试，最后是对测试结果进行记录与分析，其中距离测试结果见表1。

表1 无线网络传输距离测试结果

经过测试后，无线网络系统性能良好，能够满足不同作业环境下的视频传输要求，使得短距传输过程更加合理高效。此外，视频传输质量与时效性均能够满足人们的实际需求。

在实际的测试环节，为掌握视频传输的精准度，有关人员也对模拟信号的质量进行获取，了解视频信号信息在不同频率下的传播时间。为确保测试结果准确，对发射设备、接收设备与视频显示终端的性能进行分类测试，并且做好相关隔离，对不同设备对视频信号的传输性能进行了验证。测试结果表明，短距视频无线传输系统具有良好的工作能力。在具体的测试场景中，为获得真实的测试结果，需要将系统隔离在电源与辐射设备之外，并且对有关的干扰信号进行识别，做好电磁干扰测试，以最大限度地提高视频信号的传输质量。

4 结束语

综上所述，通过对主控芯片的合理选择，明确信号发射模块、接收模块与视频同步分离模块的设计思路，使得网络系统服务性能得以提升。基于单片机对无线网络系统进行设计与应用，取得了显著效果。在具体研究中，需要做好设计电路检测，对视频信号进行分析，在此基础上，对设计方案进行了优化，通过对不同网络模块的优化，满足了短距视频通信要求。■