小功率视频信号通信网络设计

0 引 言

随着通信技术的高速发展，人们对多元化的信息需求日趋突出，单一化的语音数据传输已无法满足信息交互的需求 [1]。小范围区域的无线视频、音频等通信传输已成为当今通信业乃至整个信息业的热点 [2]。传统的视频通信技术需要布线，不仅成本高，还要考虑特殊地理环境的影响。而无线通信系统不受布

置信号线的约束，且制作成本低、功率消耗小 [3-4]。本文设计了基于 STM32 芯片的短距离视频信号无线通信网络。经测试，系统能够实现 AV 信号直接传输、中继传输和字符叠加等功能。

1 系统硬件设计

系统利用 STM32F103RET 单片机和分立器件构成视频同步分离电路和字符叠加电路。通过无线发送和接收模块实现视频 AV 信号的无线传输、字符叠加、信号中继、信号接收等，信号源节点功率消耗低。系统整体框图如图 1 所示。

1.1 无线音视频通信模块

采用 TX6729，RX6788 音视频发射解调模块传输模拟视频信号。该模块采用单芯片设计，集成 VCO，PLL，宽带FM 视频解调，FM 伴音解调，能够传输模拟数字视频信号， 节点可以直接接收模拟信号，降低了开发难度。该模块具有体积小、功耗低、灵敏度高等特点 [5]。

1.2 字符叠加模块

要在屏幕上稳定地进行字符叠加，必须在全视频信号中提取行、场同步信号 [6]，通过分立器件组成的行场同步分离电路，从视频图像信号中分离出场、行同步信号，叠加器内部电路受外来同步信号控制 [7-8]。该电路性能稳定可靠，成本低、功耗小。

1.3 主控芯片

各节点采用 STM32F103RET 作为主控芯片，STM32 单片机能够以 5 MHz 的频率将数据串行输出，并且在视频信号行场消隐期内完成字符数据的读取与主控 CPU 的通信等操作，显示稳定 [9]。

2 系统软件设计

本文设计利用软件检测行、场同步信号，从而实现字符指定位置的字符输出显示。STM32F103RET 主程序通过配置相关 GPIO 口、外部中断 0 和中断优先级实现 STM32 初始化。主程序流程如图 2 所示。

当 STM32F103RET 接收到外部行信号时则中断，清除中断标志位防止重复接收，判断行信号数量，当行信号在40 ～ 169 之间时，延时 25 μs 并发送显示字符，退出中断。中断流程如图 3 所示。

图 2 主程序流程图

图 3 中断程序流程图

3 实验测试与结果

3.1 行、场同步信号提取测试

将 AV 视频信号连接到视频同步信号提取电路输入端，把电路的行同步输出和场同步输出分别连接到数字示波器信号输入端，通过用数字示波器测试行同步信号与场同步信号波形，得到提取并整形后的行、场同步信号参数见表1所列。

3.2 视频叠加测试

将 AV 视频信号分别输入到字符叠加电路、视频同步信号提取电路与 LCD5802，然后将行、场同步信号输出端以及字符叠加输出端连接到单片机的 I/O 口以供单片机检测，最后观察 LCD 屏幕上显示的字符 [10]。在进行视频字符叠加时（以字符“B”为例），若视频图案明暗反差太大，行信号会受到干扰，产生毛刺，影响字符叠加效果，因此需在行信号提取电路输出端加滤波电容。视频效果如图 4 所示。

4 实验结果

测试中发现无线发送模块工作在 3 V 电压环境时，电流为 50 mA，功耗较大，为 150 mW，传输距离大于 10 m。在发射模块的电源供电回路中串接 2 个二极管，使之工作在1.6 V 电压环境，工作电流约 20 mA，功耗为 32 mW，功耗明显降低。关闭 STM32F103RET 单片机如 AD、定时器 3 等模块，并设置为低功耗模式。

通过系统联调，节点 B，C 功耗均小于 150 mW，点对点通信距离大于 5 m，中继通信距离大于 10 m。功耗测试参数见表 2 所列，通信距离测试数据见表 3 所列。

5 结 语

随着社会的发展，短距离无线通信技术已被大量应用到人们的生活中，且字符叠加单元已成功应用于视频通信系统，这一技术的实现，丰富了无线通信产业的应用，为科技注入了新的活力。