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无线传输范文1
关键词:链状网络 路由 节能
中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2013)12-0025-02
0 引言
目前,现有无线传感器网络的研究,一般假设传感节点部署在一个相对集中的二维或者三维空间,这样的网络广泛应用于国防军事、环境监测、交通管理、医疗卫生、制造等领域;但是在某些情况下,由于自然景观或者人造设施的影响,监控区域呈现出一种链状形式,例如:高速公路、河流、隧道、桥梁、管道等,传感节点不是随机的面状分布,而是以链状形式刻意地部署在这些区域。比如人们将生物或者化学传感器沿河流部署,检测河水质量,防止其受到污染。
关于这类的应用还有很多,这类链状网络的主要特点如下:(1)链状方式部署传感节点,其位置固定;(2)节点资源受限:低处理能力及有限的通信能力;(3)特定的数据交互模式:数据只能沿着节点的部署定向传输;所以现有通信协议已经不在适用于链状网络,因此本文根据具体需求设计出了一种新型的链状无线传输系统。
1 网络模型
链状无线网络中的节点采集覆盖区域中被监测对象的信息,通过节点的协同工作,以多跳中继的方式传送给汇聚(Sink)节点,随后通过GPRS或者其他方式将数据传送给监控中心,其结构如图1所示。
2 节点协议栈的设计
本文所设计的链状无线传输系统是在IEEE802.15.4协议的基础上建立起来的,在该协议上设计相应的网络层(NWK)协议和应用层(APP)协议。网络层主要负责节点网络地址的分配和数据包的路由,而应用层包含实现具体功能的程序代码。节点协议栈框架如图2所示。
2.1 物理层
物理层(MAC)的功能是实现物理连接的建立、维护与释放,并为上层提供统一的数据服务和管理服务接口。IEEE802.15.4规定了四种物理层规范,本设计采用了工作于2.4G频段的CC2530作为底层的硬件设备。
2.2 媒介访问控制层
媒介访问控制层(MAC)的功能是建立网络、对接入网络的设备进行同步,并负责邻近设备间的单跳数据通信。MAC层主要任务是协调各数据包的发送过程,减少通信过程中因数据包发生碰撞而造成的资源浪费,本设计采用CSMA/CA机制完成信道的接入。
2.3 网络层
网络层(NWK)的功能是进行网络地址的分配并处理数据包的路由,IEEE802.15.4仅仅定义了物理层和媒介访问控制层,本设计通过调用IEEE802.15.4提供的相应函数接口,即可实现网络的建立、设备入网以及网络地址的分配。
2.3.1 网络的建立
链状无线网络是由网络协调器建立的,其过程如图3所示。
无线传输范文2
继音乐从模拟转成数字之后,影像也纷纷数字化。从数字电视的开播、数字电视机的热销可见端倪,而且是在短短几年间就推向以1080p为目标的全面HD化。
影像HD化的好处,想必有目共睹,但因信息量变得超级巨大而付出之代价也不小,不但储存影片的信息动辄就是数十GB,而且信号源与电视之间的传输带宽更是要Gbps等级以上才行。好在这难题的解决以现有的科技采说并不困难。譬如说用HDMI传输线,但碰上有些人家中不止一个屏幕,也许有两台电视、三台电脑,而且离得还有点远,若希望不论用哪一台机器,都可以看到同一部影片,那就有点麻烦了。
以往处理这种事,比较不讲究的是将一条十几公尺有线电视信号线拉过门、穿过墙,用以连接第二台电视机,但这方法现在来看实在不行了。首先,传统的模拟信号传输线可以一直拉长,最多就是影像质量越来越糟。但是数字信号却不能这样,只要信号衰减超过一定程度,就不能提供足够的带宽。另外,目前的数字信息几乎都是以点对点形式进行传输,欲想原汁原味传送,还数无线比较适用。
以目前的家用无线技术来说。IEEE802.11g已占大部分江山,加上各厂家对802.11g作颇有自家特色的改进,提供54Mbps起跳的带宽已不是难事,虽然实际上会打折扣,但传递数字电视信号绝对没问题,只是画质平平,稍感欠缺的是。传递过来的虽是压缩过的数字信息,但并非能显示在电视画面上的信号。
何以这么说呢?这是因为,当浏览网页时,对方网站传到电脑上是数字信息,基本是一个文档类文件,电脑会把这些信息解读成控制信号,用以操作电脑屏幕。这两者相差很多,前者文件可大可小,传送可以只有一次,也可按需要不断传送,而后者却是开机后,就必须以每秒固定速度不断从电脑传送到屏幕。在绝大多数情况下,后者的信息量远大于前者,且只是数字电视才有的现象,因为传统的模拟电视,如果只是一个频道的话,那么从电视台传送到调谐器。跟调谐器传送到屏幕的信息量其实一样多。
之所以这么说,乃无线传输技术要将信号源跟电视之间无线化,指的是用来驱动屏幕的信号。像电脑跟LCD之间的传输线,而不是电脑跟ADSL相连的网络线。这必须分得很清楚,因为会牵扯到严重的成本问题。试想之,如果要花一万元买无线设备,才可以将电脑的显示信号传送到电视机;而另一种选择是花一万多元买台电脑跟电视放在一起,用现成的无线设备传输影片文件,再经电脑显卡直接在电视上播放影片,至于选哪一种?相信很多人会选后者,毕竟多了一台电脑可以应不时之需。
而按开发这些技术的厂家之说,他们则认为该技术的主要应用是配备DVR(数字录像机),将录下的数字电视传送到家中各台平板电视,或是手机等可以观看视频节目的设备中,甚至还考虑到IPTV的延伸,因为未来的有线电视必定是经由lP网络进入家中。
由于该项技术主要是以无线方式在家中传递影音信号,基本上只要达到3Gbps。就能够满足1080p分辨率之需,故美国一些新兴公司已投入这个市场,而且有些技术看来切实可行,包括了在5GHz频率工作的WHDI无线技术、作为无线USB核心的UWB技术、以及60GHz的终结解决方案。
三种无线技术中比较有希望的,应该是号称无压缩的HDTV信号:WHDI(Wireless High Definition Interface,无线高分辨介面),如同字面所述,就是要将发烧友视为必需品的HDMI介面无线化,而且是不经压缩直接传递的数字信号。
这也是至今为止,为什么几乎所有视频设备皆只用加密,而不以压缩方式传递信息,主要是考虑到带宽与延迟问题。故无须认为由于无线传输不安全,就得以压缩方式传送数据。像最常用的Wi-Fi、蓝牙与GSM手机通信,通通都有加密功能那样。
但是,要用无线方式传递不经压缩的HDTV信息实在有点太“棘手”,一个未经压缩的1080p,至少需要3Gps带宽,即便是720p,也要1.5Gbps左右。3Gbps有多大?大约是每秒300MB的信息量,这在有线传输都很难做到,换在无线上的技术挑战当然更大。
WHDI是一个非常创新的技术,工作在免授权的5GHz频道;而常用的wi-Fi虽然也是工作在同一个频道,不过是在较低的2.4GHz而已。从数据来看。2.4GHz的802.11b只能做到11Mbps。还没定案的802.11n则是248Mbps。为什么WHDI将工作频率提升到约两倍的5GHz时。却可以提供比前者高十几倍的3Gbps呢?厂家表示,这是因为采用了专为视频信号设计的工作方式,说穿了就是WHDI的传递方式虽然会造成信息损失,但可控制在人眼难以察觉之处,希望以此代价换得较高的传输率,可见WHDI的确增加了不少新花样。
一般的无线技术,在传递时对所有信息都是一视同仁,保证能够正确传输,当传Word文件给对方,绝对是每个字符都正确无误的进行传递,不会有小标题错,大标题正确出现。这是因为就算wi-Fi无线网卡想偷懒少传一个位的信息,它也不知道哪些信息可以蒙混,而哪些是一定不能省略的。但是WHDI就不同啦,既然传递的是屏幕信息,对于任何一幅电脑显示的彩色画面来说,每个象素都包含三个位组信息(红、蓝、绿分别为八位),偶尔省掉不重要的位是看不出来的,就算静态图片看得出来。但在每秒六十张动态画面的情况下根本无法辨认。
WHDI对此的解释是,他们对于不同的位置,在传送时给予不同程度的保护,最重要的俣位证不出错,而最不重要的位,就不予考虑了。根据厂家发表的文件来看,利用4X5MIMO技术,可以传递1080p影片长达30公尺之远。
该技术中最重要的改进,并非是压缩信息,而是修改目前无线通信中的信号处理方式,所以开发芯片时的成本与现有产品差不多,由于不需额外开发昂贵的即时信息压缩芯片,可以降低产品售价,而且因为没有即时压缩信息,所以信号传递几乎没有延迟,画面反应可提升到最快。
细想之,WHDI的方法其实有些“投机”,相比之下,最老实的还是以UWB为基础所开发的技术。其以现有的技术,在“正常”的思维下做到以最好应付需求。号称是无线USB(WUSB)与下一代蓝牙(Bluetooth)共同救星的UWB(UItra Wide Band,超宽带通信),
也受到许多人的期待,UWB是由WiMEDIA联盟所推出,将通信信号分散在高于500MHz的带宽内,许多通道一起工作,可以同时传递相当多的信息,只是UWB的传输量在30公分以内时可高达480Mbps或更惊人,但一旦距离拉远就会以非常快的速度下降。
因为UWB的带宽离3Gbps实在有点遥远,故目前在UWB上的努力,几乎都是配备压缩技术一起进行。相对于WHDI放手让不重要的信息传输错误不加理会,UWB就是相当保守的处理方式,一个bit都不可以错,尤其是压缩过的信息,就算有容错设计,一旦错误位过多,所有信息将会无法解压。
虽然目前有两家UWB技术公司宣称他们已有解决方案,Wiquest的Wireless Digital Video(WiDV),包含UWB无线技术,以及即时影音压缩技术,并号称可以即时传送高达1.037Mbps的信号,差不多就是一个高清电视画面的信号,不过还不到720p。另一个Tzero也差不多,UWB负责传送,还要另外配备来自Analog Devices的影像压缩芯片。从这两家公司的解决方案看来,单纯要以UWB传递HDTV影音信号是很困难的,就算是带宽问题有所改善,还是要如现有的网络技术,以即时压缩方式降低对带宽的需求。
最值得一提的是,是被人认为相当疯狂的60GHz无线技术。为什么说很疯狂呢?乃因为其已经超过雷达与卫星通信的频率了,而一般这两者技术由于军事科学在背后撑腰,肯定是最先进的技术,一旦60GHz通信真的变成消费性电子设备,那距人手一台雷达的日子也不远了。
为什么选中60GHz?这问题的答案与为什么Wi-Fi要使用2.4GHz一样,是因为无线电信号会相互干扰,所以必须预先协议哪些频率只能给谁使用,像有些给电视台,而另些则是给广播电台那样。某些开放使用又不需要注册的统称为ISM频道,ISM规定了几个频率,像著名的2.4GHz、以及WHDI使用的5GHz、与现在介绍的60GHz。
且不管60GHz无线通信有多难设计,从它已经可以当作雷达使用,就知道这东西一点都不简单。而且很有意思的是,60GHz用来无线通信时,会有像雷达一样的指向问题。就是天线往那边瞄准,就跟那边的设备通信,故用户在操作该设备前,还得先正确定向才可使用。不过,届时如果是跟相位阵控雷达一样,用多个天线发射电波,就可控制电波的前进方向。
无线传输范文3
【关键词】物料跟踪;自动采集;无线传输
引言
企业生产需要做好信息流的管理。原材料信息的是生产信息流中的重要组成部分。做好了原材料物料信息的跟踪处理,对稳定现场生产,控制制造成本,确保产品质量均具有重要意义。
无线传输技术日趋成熟,在各行业均有应用。使用无线传输技术可解决生产现场因空间限制不能铺设电缆,导致有线信号不能传输的问题。
1.转炉废钢槽装槽工艺
某炼钢厂150吨转炉生产,每炉需高炉铁水约135吨,各类废钢及其他原材料约25吨。转炉废钢装槽使用废钢车车载式称量系统称量。空槽在转炉渣跨、废钢跨使用磁盘吊或抓斗分批次将相关物料加入废钢槽中。当称量到达预计重量后,废钢车将废钢槽从渣跨、废钢跨向东行驶,开往加料跨。废钢车在加料跨停车后,由加料跨的50+50吊车将废钢槽吊起,将槽内物料加入转炉冶炼。
该炼钢厂废钢及相关原材料主要依靠汽车运输、火车车皮倒运等方式进入现场,分区域堆放在该厂的转炉渣跨和废钢跨。相关物料种类繁多,有生铁块、统废、重废、渣钢、豆钢和板废等十余种。相关存放如下图图1物料存放区域示意图所示:
图1 物料存放区域示意图
其他炼钢厂废钢装槽工艺与该厂有所不同。有的炼钢厂有专门的废钢分类处理工序,可将零散废钢压紧打包;有的炼钢厂废钢槽装槽使用天车磁盘称量,可对每一吊的吊物料进行称量。以上两种装入方式在废钢种类控制、重量统计方面都较为规范。该厂废钢槽装槽方式相比其他钢厂,无论在废钢等不同物料的区分统计上,还是在废钢等物料的重量记录上都有诸多不便。而废钢及相关物料相关信息的统计管理直接影响该炼钢厂钢铁料成本的控制,需进一步完善。
2.物料跟踪系统
2.1物料信息采集
为规范每炉废钢实际装槽情况,该厂设计并安装了一套废钢物料跟踪系统,用于自动统计废钢装槽实际情况。
在炉渣跨与废钢跨共用的吊车走台安装1套S7-300 PLC控制柜作为下位机,通过以太网与废钢操作室内作为上位机的工控机进行通讯。以废钢1、2号车为中心线,分别在其每跨的吊车走台上分别向南、北两侧安装光电感应开关。一个光电开关代表一个物料区域。相关代表物料区域的光电开关信号被接入S7-300PLC。
因吊车吊运物料是由废钢车位置为起点,分别往南、北方向去各物料堆放地进行物料吊运。故废钢车轨道往南安装的光电开关应靠物料区域北侧安装;废钢车轨道往北安装的光电开关应靠物料区域南侧安装。
参见下图图2光电开关安装示意图所示(表示光电开关):
图2 光电开关安装示意图
以上图图2为例,吊车从废钢车轨道向南行走,经过①物料区时,其①物料区北侧的光电开关感应到信号传给PLC,该信号激活并在程序中置位,自动认定为①物料;当吊车继续行走到②物料区时,其②物料区北侧的光电开关感应到信号传给PLC,该信号激活并在程序中置位,自动认定为②物料,同时将①物料置位信号清零。即依次类推。
以废钢车轨道上方为起点,向南行驶,其越靠南边的光电开关优先级越高。当越靠南边的光电开关感应信号后,其临近的靠北侧光电开关信号被清零。同理,以废钢车轨道上方为起点,向北行驶,其越靠北边的物料优先级越高,当越靠北边的光电开关来了后,其临近的靠南侧光电开关信号被清零。
该功能只有以废钢车轨道上方为起点,分别向南、向北开时才起作用。当最终的光电开关信号到来后30秒,未被更高级别光电开关清零,则该物料信息被记录。
为方便物料调整,物料信息统一按代码设定。如101代表生铁,102代表统废,依次类推。各光电开关对应的物料代码可通过工程师站/或HMI管理员权限在PLC程序中设定。
2.2重量信息采集
当废钢车在渣跨或废钢跨开始装槽时,其初始(或上一次)重量能被PLC记录,并存储到PLC的DB块中。
在1号废钢车、2号废钢车对应中心线的吊车走台各装一个光电开关,代表装槽位。相关代表槽位的光电开关信号被接入PLC300下位机。当物料被磁盘吸吊后,磁盘吊将其吊运至对应废钢车的废钢槽上方。此时装槽位信号感应到信号,当该信号持续保持5秒,则装槽位信号被激活。
当装槽位信号被激活,且对应废钢车称量信号发生变化时(≥200KG),延迟3秒后,PLC记录新物料加入后的总重量。将新采集的重量数据减去之前存储的初始(或上次)重量数据得出新加入的物料单重。单次装槽的单重信息被保存下来
当有一槽已装好的废钢槽被吊走,废钢车车载称重数据将减少15吨以上。当废钢称重突然递减15吨,则认为废钢槽已调走,相关物料信息、各单重信息、总重数据等信息被上传至二级数据库,同时将总重量清零。
2.3无线传输技术运用
此物料跟踪系统有个关键技术环节需解决:如从废钢车上方开始出发,先往北开,激活了一个物料信号,但尚未吊物料。此后再往回向南开回来一个物料区进行吊物料作业,则物料跟踪系统不能正确判别,系统依旧会认定为吊车此次吊运的是刚才经过的最北头的物料代码。同一跨的吊车因物料装入的比例不同,经常会出现让车作业,故导致物料信息判别错误。
为此,如何区分吊车是进行让车作业,还是物料倒运作业至关重要,将直接影响物料系统跟踪的准确性。而吊车本身是一套独立、完整的机电一体品。吊车与地面的联系只有供电吊车电源的低压滑触线。为解决信号传输问题,该厂增设一套无线传输设备来解决同一跨两台吊车位置和作业的判断问题。
选用某品牌无线开关量信号传输模块。在PLC柜内安装一个8点数字量DO输出点的无线接收站,在炉渣跨与废钢跨4台(每跨2台)吊车上各安装一个4点数字量DI输入点无线发射站。无线信号传输系统设备配置如下图图3所示
图3 无线信号传输系统配置图
通过各子站的无线信号传输DI模块分别采集磁盘吊主接触器吸合信号和磁盘主卷扬上升信号。各子站信号通过无线传输方式,发送给无线信号传输到DO模块主站。无线信号传输DO模块接收到信号后,再将接收到的各吊车信号通过硬接线方式发送给S7-300PLC。当以上两个信号激活时,可以认定吊车在此物料区间进行物料吊运作业;反之,可判断为天车在进行让车作业或其他作业,不需对其物料信息进行记录。另外,还可采集天车大车走行正反转信号作为向南、向北方向行走的判别信号,可协助物料吊运区域的正确判别。
将以上信号的组合使用,分别作为吊车吊运物料的连锁信号,可准确区分同一跨的两台吊车是在进行让车作业,还是在进行吊运物料作业,有效解决了因吊车让车导致的物料信息紊乱的问题。
3.实施效果
项目通过无线传输信号的使用,成功解决了吊车作业情况的判别问题,经实际使用测试,使用情况良好。经过一系列改进完善措施的实施,该厂建立了废钢槽装槽物料跟踪系统。该系统自动化程度高,一方面可对转炉渣跨、废钢跨天车每一吊吊物的物料种类、物料重量进行自动记录,准确掌握每槽废钢槽的装槽信息,为转炉冶炼提供依据;另一方面,可将转炉渣跨、废钢跨的各类物料的消耗情况按每日、每周、每月为周期进行统计,便于及时掌握各类物料的消耗情况,完善了该炼钢厂钢铁料消耗信息流的管理。
无线传输范文4
关键词:无线传输;ATMEGA16;SPI通信;nRF2401A
中图分类号:TP334.1 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2010)17-4785-02
The Application of Wireless Transmission Module on the ATMEGA16
CAI Ze-hui, JIE Zong-chang, GUO Li-feng
(Department of Computer Science & Technology, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221008, China)
Abstract: This paper describes the overall scheme of the ATMEGA16 microcontroller for wireless communication and its hardware structure and software implementation. The wireless transmission modules described by this article use nRF2401A chip as the core, providing a way of the wireless transmitter and two wireless receptions, the modules plug directly received the ATMEGA16 minimum system board through a 10Pin interface which makes it used conveniently. On The communication between the wireless transmission module and the microcontroller, providing two ways:one uses the ATMEGA16 microcontroller's SPI interface and the other use the I/O port simulation SPI communication.
Key words: wireless transmission; ATMEGA16; SPI correspondence; nRF2401A
随着无线技术的发展,使得目前日趋繁多的电子器件脱离各种线缆的束缚,从而获得了更加广泛的使用空间。[1]nRF2401A是Nordic公司生产的无线收发芯片。该芯片只需要极少的器件,即可实现高速的无线数据收发,是无线射频芯片中的佼佼者。nRF24L01 是一款工作在2.4~2.5GHz 世界通用ISM频段的单片无线收发器芯片。[2]无线收发器包括:频率发生器增强型SchockBurstTM模式控制器功率放大器晶体振荡器调制器解调器输出功率频道选择和协议的设置可以通过SPI接口进行设置极低的电流消耗当工作在发射模式下发射功率为-6dBm时电流消耗为9.0mA接收模式时为12.3mA,掉电模式和待机模式下电流消耗更低。
1 硬件设计
1.1 nRF2401A 及其电路
nRF2401A 及其电路如图 1,包括nRF2401A 芯片部分、稳压部分、晶振部分、天线部分。电压VDD 经电容C1、C2、C3 处理后为芯片提供工作电压;晶振部分包括Y1、C9、C10,晶振Y1允许值为:4MHz、8MHz、12 MHz、16 MHz,如果需要1Mbps 的通信速率,则必须选择16MHz晶振。天线部分包括电感L1、L2,用来将nRF2401A 芯片ANT1、ANT2 管脚产生的2.4G 电平信号转换为电磁波信号,或者将电磁波信号转换为电平信号输入芯片的ANT1、ANT2 管脚。
1.2 接口电路
为方便与ATMEGA16最小系统板的连接,模组提供了两个接口J1、J2,其中J1 为nRF2401A 的控制端口和通道1 的收发通道,J2 为预留端口,是通道2 的接收通道。J1 接口为10Pin 的插孔,使其布局和ATMEGA16最小系统板的I/O 端口布局一致,可以直接插接到ATMEGA16最小系统板的I/O 端口使用。J2 预留,如果需要采用双通道接收时,可以将J2 对应的3 根信号线引出,接到单片机的I/O 上即可。
对应的I/O 连接和功能描述如表1所示。
2 软件设计
本模组无线系统设计的驱动程序文件,包括芯片的初始化、数据发送、数据接收。下面逐个介绍各个程序的流程和应用:
2.1 初始化程序
对nRF2401A 的初始化包括nRF2401A 上电和向nRF2401A 写控制字。nRF2401A 上电是将芯片的PWR_UP 管脚设置为高电平,上电以后才可以对nRF2401A 进行控制和读写操作。其中向芯片读写控制字的操作有两种模式:SPI通信读写控制字和模拟SPI通信读写控制字。
2.1.1 SPI通信读写控制字子程序
SPI通信读写控制字子程序如下,在端口初始化时必须配置SPI相关寄存器。
unsigned char SPI_MasterTransmit(char cData)
{ SPDR = cData;//启动数据传输
while (!(SPSR & (1
return SPDR;}
2.1.2 模拟SPI通信读写控制字子程序
模拟SPI通信读写控制字子程序如下,使用模拟SPI通信可以灵活使用MCU接口,更可以使用在没有SPI接口的MCU上。
unsigned char SPI_MasterTransmit(unsigned char cData)
{ unsigned char i;
for(i = 0;i
{ if(cData & 0x80)
SET_MOSI();
else
CL_MOSI();
cData = (cData
SET_SCK();
cData |= MISO;
CL_SCK();}
return cData;}
2.2 数据发送程序
nRF2401A 采用Shock Burst 方式发送数据。通过nRF2401A 收/发模式切换函数,设置nRF2401A 为发送;单片机向nRF2401A 发送数据流程如图 3所示。
2.3 数据接收程序
通过nRF2401A 收/发模式切换函数,设置nRF2401A 为接受。当接收端成功接收到数据后,将会置位对应的数据请求管脚DR1/DR2,单片机通过查询该管脚状态,或者通过中断方式接收数据。接下来就判断无线模块是否有数据请求(接收到数据),如果有数据请求,则从nRF2401A中读出数据,同时置位标志RFlag,如果连续一段时间内(0.1S)没有接收到数据,则清除标志RFlag。程序流程如:“错误!未找到引用源。”所示。
3 结束语
经过实验,借助nRF2401A芯片的稳定传输性能,能更好的发挥了ATMEGA16单片机的特色,从而使ATMEGA16单片机拥有了更为广泛的使用空间。
参考文献:
[1] 席晓慧,张志杰,王文廉.基于PIC单片机的起爆控制系统[J].仪器仪表学报,2006(3):89-92.
无线传输范文5
[关键词]无线视频;传输系统;原理与设计
中图分类号:TN919.8 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)06-0011-01
引文
由于无线网络传输速率的提高,无线视频传输逐渐成为人们研究的热点。与传统的有线网络视频传输相比,无线网络视频传输系统安装便捷、使用灵活、维护方便、易于扩展、性价比高,逐渐成为视频传输系统研究开发的主流。无线视频传输系统可以广泛地应用于视频监控、信息家电、智能小区、远程抄表等领域,因此对无线视频传输系统的开发和研究有着重要的意义。
1.无线视频传输系统的原理与特征
与传统的有线网络相比,无线传输环境的信道环境较为恶劣,再加上网络时代的时变性、Qos保障的复杂性等特点,给无线视频传输服务提出了更多挑战,尤其体现了视频图像编码、传输技术、压缩技术等应用特点。
1.1 信道资源有限
虽然视频数据经过了压缩编码处理,但是仍然需要较多的传输频带,例如,电视质量编码、传输容量等。但是鉴于恶劣的无线信道环境,而带宽资源比较匮乏,因此给数据传输带来更高要求。虽然目前蓝牙技术日益发展与完善,但是以蓝牙2.0协议来看,最多只能支持3M左右的传输速率。
1.2 实时性要求较高
以传统的通信数据来看,视频通讯的实时性、完整性要求较高。但是在多媒体应用中,点到点延迟一般在150ms范围内。在这一过程中,除了实现数据和发送端、接收端的压缩和解压缩功能之外,还应包含延迟传输。
1.3 Qos质量保障
与传统的移动通信系统相比,普遍存在误码率高现象。在无线通信的传输过程中,带来Qos质量影响的因素较多,包括用户数量变化、环境变化、天气变化等。为了实现宽带的压缩,应该在发送端,压缩视频信息。同时认识到,压缩之后的数据相比压缩之前的数据,对传输误差更敏感,而极少的误差也可能造成重建视频质量的大幅下降,对Qos产生直接影响。因此,在无线通信系统中,实行视频发展,具有一定难度,这就要求传输系统与视频编解码必须解决高误码比、包丢失等问题,以此确保Qos质量。
2.无线网络接入方式
目前,无线网络接入方式主要有:2G的GPRS,3G的CDMA ,和以WiFi技术为代表的无线局域网。
无线视频传输对于误码率、切换效率、时延、带宽稳定性等方面要求较高,欧洲、美国、韩国一些国家已经运营基于2G网络的家庭无线移动监控业务,但由于无线网络带宽受限,存在时延较大和图像清晰度差的问题,效果不尽如人意。国内的一些研究者也有采用GPRS网络进行无线视频传输的,但是成功案例并不多。
3G网络高至2 Mb/s的速率将为无线视频传输提供有力的支持,无线网络带宽的瓶颈再一次被突破。3G主要的技术优点是极大地增加了系统容量、提高了通信质量和数据传输速率,不少研究者在此基础上研究设计无线视频传输系统,实现了相比于2G更高清晰度、更加流畅的视频图像。
基于IEEE802.11协议的无线局域网WLAN可以提供高达54 Mb/s的传输速率,其带宽足以应对视频数据的传输。WLAN具有安装便捷、维护方便、易于扩展、保密性强等特点,相较于其他无线接入方式还具有经济性好、部署容易、局部最优等优势。因此,许多研究者采用无线局域网络进行无线视频传输,并取得较理想的实验效果。
以上的无线网络接入方式各有特色,但也存在各自的问题:
1)基于2G/3G无线移动网络的视频传输系统业务承载速率较低,画面清晰度差;
2)基于WLAN无线局域网的视频传输系统的摄像头无法满足摄像前端高速跨区移动的需求。
LTE作为3G的长期演进,在当前的移动行业无疑是最引人关注的话题。其下行峰值速率为100 Mb/s、上行峰值速率为50 Mb/s,被视作从3G向4G演进的主流技术。未来即将成熟的LTE?Advanced,下行峰值速率为1 Gb/s、上行峰值速率为500 Mb/s。因此,基于LTE的无线网络带宽完全可以与有线网络媲美。
LTE/LTE?Advanced具有高带宽、低时延、低成本等优势,比其他无线网络更加适合大规模开展无线视频传输业务。基于LTE/LTE?Advanced的无线视频传输系统主要有以下特点:实现高清视频图像传输;实现高质量视频传输业务的移动化;保障视频传输设备的小型化。
采用LTE网络进行无线视频传输可有效解决当前无线视频传输面临的主要问题,为用户提供低成本高清晰度的视频图像,可以应用于车载、即摄即传、工地及其他偏远地区的视频监控等行业,未来必将极大地带动无线视频传输业务的发展。
3. 无线视频传输系统的设计
鉴于视频传输数据的特殊性,无线视频传输系统中,对实时性的要求较高。以下将对视频编码协议中的实时性问题进行具体分析与阐述。在小波编码算法中,存在较多优点,但是算法较为复杂,目前与实时性的要求甚远。基于协议编码计算的基本环节,对提高无线视频传输系统的实时性具有重要意义。?
3.1 运动模式的估计
通过对编码的预测,可有效减少时间域的冗余信息。运动模式的估计,是预测编码的关键环节。在参考帧中,寻找与目前帧图像块基本类似的图像块,也就是最佳匹配块。一般估计结果由运动量来体现。研究运动模式的估算方法,主要就是研究相匹配的搜索算法。经分析研究表明,在原始的运动估算法中,编码器消耗了大约70%的编码器执行时间。因此,为了加快编码器的执行速度,必须加快估计算法的研究,可实现全局结果,但是由于运算量比较大,在实际应用中存在一定弊端。通过减少搜索时间与空间的方式,采取快速估计算法,加快搜索过程。在实际应用中,快速搜索的典型算法主要有:二维对数法、三步搜索法、交叉搜索法以及共轭方向搜索法。
3.2 算法结构的并存
在并行的处理结构体系中,一般利于系统处理能力的提高,再加上视频编码的计算方法处理潜力较强。因此,加强对并行运算方法的编码计算研究,可确保编码算法的顺利实现。例如,在两个处理器并存的情况下,可以同时实现图像块运动或DCT变换。这样,就可极大缩小运动估计与DCT的变换环节运算。
3.3 专业DSP设计
在微电子计算发展过程中,DSP的专业芯片也有所进步。目前,基本实现了几十甚至上百BOPS每秒的运算速度,提高DSP应用性能。这给系统的实时处理能力,提供了硬件保障。通过利用高速DSP芯片,在视频编码算法研究中,扮演重要的角色,给很多厂商提供了专用芯片。
综上所述,无线视频传输系统是一个综合性的系统,其发展受制于各种相关技术的发展。在不断发展的嵌入式技术、网络技术和多媒体技术的综合推动下,无线视频传输系统即将进入快速发展期,并朝着产业化、智能化、高清化发展。
参考文献
[1]杨涛.基于S3C244100的网络视频传输系统的设计与实现[D].武汉:武汉理工大学,2012.
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无线传输范文6
校园内采用有线电视和广播的“二网合一”的关键是频道的设置。频道设置的原则是避开本地开路信号的干扰,频道间的互相干扰和其它强信号的干扰。电视和广播的终端信号要使用分频器分别输出。由于每个系统的具体情况不同。设计思路不同,结果也不会完全相同,只要抓住主要矛盾,兼顾其它,合理进行工作频道的设置,再加上系统的防干扰措施,一般都可以得到理想的效果。
“二网合一”的有线广播电视系统要比分别独立的有线电视和有线广播两个系统经济、合理、便于管理。
广播的无线传输利用了天线的互易原理。在教室内一个小空间内进行发射和接收,即方便,自由又能互不干扰。
有线广播电视系统和广播的无线传输
一个远离城市的院校,用普通的室内天线收不到电视节目,收音机收听无线电台的广播节目也很困难。学校想收看好电视并能收听好广播节目必须安装自办有线电视和广播系统并能进行广播的无线传输。
如何设计,可有两种考虑的方案。一种是分别设计有线电视和有线广播即两个分别独立的系统。这种方法在设计安装调试时都较容易,不必考虑两者之间的互相影响,频段的使用等,但安装时相当于两个系统的工程量,器件增加一倍,成本升高,管理不便。另外一种是设计出一个有线电视和广播的“二网合一”的有线广播电视系统,取代上述的两个系统。这样做还是经济合理,管理也较方便。
实现“二网合一”的关键是频道设置;我国规定了30MHz―1GHz声音和电视信号的电缆分配系统,(以下简称电缆分配系统)电视及调频广播的波段划分,频率范围、频道代号、载波频率及导频频率。其中频率的划分如下;
表中A、B波段是增补频率专用波段
FM87―108 MHz段为调频广播频道的频率配置,调率间隔100 MHz,共210个载频点。
以上表中这些波段可以在电缆分配系统中“共存”。这样在有线电视系统中,电视和调频广播节目都可以使用同一电视分配系统。
设计工作频道的依据
1.在邻频有线电视系统中,可以按相邻的均匀设置,非邻频系统的工作频道最少应相隔一个频道以防止相邻频道的干扰。
2.设置的工作频道范围内没有较强的干扰信号,包括对图象或声音的干扰。
3.开路接收时,本地强场强信号使用的频道不要在系统中使用。如天津地区广播电视的12频道、17频道、29频道、36频道在有线电视系统中,不要使用。
4.在无干扰情况下,尽量使用低端频道。可以用解调器调制器或用频道变换方式把高频道转为低频道后再进入有线电视的前端。
5.有开路的接收调频广播的系统不要占用五频道或六频道。
6.设置频道时还要考虑减轻或避免频道间的互相干扰。
由于每个系统的具体情况不同,设计的思路不同,同一系统不同的设计人员,设计结果也不会完全相同,只要按以上几条设计原则,抓住主要矛盾,兼顾其他,合理进行工作频道的设置,再加上系统的防干扰措施,一般都可以得到理想的效果。
下面是一个有线广播电视系统的示意图:
调频广播的信号源可以是开路调频广播,卫星调频广播,也可以是自办调频节目,通过调制器混合器进入电视分配系统。
为使调频广播和电视节目互不干扰终端必须使用FM和TV分频器,使调频广播和电视节目分别输出。
利用带有屏蔽金属外壳的有TV和FM的双孔终端插座,用电视用户线从TV孔取出电视信号进入电视机就可以看电视节目了,再用一根外皮绝缘的金属线插入FM孔把调频信号取出,另一端在调频天线上绕4~5圈,引出线与收音机拉杆天线形成一个高频电容,打开调频收音机就可以收听广播了。但是每人都用一根引出线接在收音机的天线上,布线过多,也限制了人们的自由,带来了诸多的不便。要减少布线或不布线,最好是用无线传输,这样把人就解放了,选台也不会干扰。
广播的无线传输
利用天线的互易原理,在教室内进行无线发射和接收。天线是能够辐射和接收电磁波的装置。正确合理地选择天线是接收质量的关键。
任何一种发射天线,可以做为接收天线:任何一种接收天线,也可以做为发射天线。而且在他们的逆变过程中所有的技术参数均不会改变,这就是天线的互易原理。
我们听到的广播节目是发射天线把调频信号变成高频电流,通过馈线把它送到天线上。天线把这种高频电流变成电磁波,辐射到空间去。接收天线又把空中的电磁波接收下来,还原成调频发射机送出时的那样的高频电源,它将沿着馈线送入收音机就可以使声音还原。
发射和接收的原理是:
发射天线产生的电磁波向空中辐射,当接收天线受到空中电磁波磁力线切割时就在天线的两端激起一定交变电压,并转化成高频电流,通过馈线送给接收机。天线本身是一个振荡回路,但它又与普通的LC振荡回路不同,它是普通的LC振荡回路的变形。其演变过程如下:
图(a)中的LC是发射机的振荡回路,此时电场中在电容的两个极板中间,而磁场分布在电感线圈周围的有限空间里。显然在这种情况下是无法向空间辐射电磁波的。但能将振荡回路展开一些,形成如图(b)中虚线所示电磁场,使电磁场分布于空间较大的范围,这就创造了辐射的有利条件。若将振荡回路继续展开,形成图(c)(d)中虚线所示的电磁场,使其分布空间更大的范围,便能向空间辐射电磁波,形成开路天线发射。
在教室内我们把从FM端取出的调频信号经过滤波、放大再送到天线上,这个天线就成了发射天线。天线采用阻抗75Ω、波长为λ/4的鞭状天线。天线的长度由波长决定。例如频率为98MH时天线长度L=0.95×λ/4=0.95×C/4f=0.95×{(3×108)/(4×98×106)} =73(cm)。