无线激光视频传输系统设计与实现

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短视频、互动游戏、直播等应用的快速发展,使得人们对高速率实时信号的数据传输要求越来越高。无线激光通信具有高带宽、难窃取与单一性等优点,适用于特殊环境的诸多优点,是未来高速通信的最具有前途的候选传输技术之一。随着激光器、调制器、探测器和解调器等器件研究和发展的不断深入,高速率和高带宽的无线激光通信系统的普及越来越成为可能。有希望为广大用户提供实时地、稳定地、高速的视频传输服务。本文对无线激光高清视频采集与传输技术进行了研究,设计出一套基于现场可编程门阵列(FPGA)的无线激光高清视频采集和传输通信系统。该系统采用OV5640摄像头作为前端视频数据采集源,在像素时钟的驱动下将传感器输出的场同步信号、行同步信号和8位有效数据信息转换为SDRAM读写控制模块的写使能信号和16位写数据信号。SDRAM读写控制模块负责驱动SDRAM芯片外部存储器件,缓存图像传感器输出的图像数据,将SDRAM复杂的读写操作最后封装成FIFO的用户接口。图像数据封装模块负责从SDRAM中读取16位的图像数据,并转换成以太网发送模块方便调用的32位数据,添加图像数据的帧头,该模块控制着以太网发送模块发送的字节数,单次发送一行图像数据,模块内部调用了一个同步FIFO模块,用于缓存待发送的图像数据,并且在发送十个数据包时添加一个帧头,降低传输信息的错误率。UDP模块实现以太网通信的收发功能,该模块内部调用了以太网接收模块、以太网发送模块和CRC32校验模块,实现了32位数据香4位MII接口数据的转换,最后实现在FPGA开发板中图像数据采集、存储、封装和实时传输全部过程。该系统无线激光部分在发送端采用OPA690芯片,其是一种激光运放驱动器的放大控制处理芯片,采取电压反馈和控制运放,可以直接用直流电源+5v电压进行供电。OPA690驱动一个1V到4V输出电压,输出150m A驱动电流,可以达到150MHz驱动带宽,并且芯片内部结构系统提供了功率转换的最高速率。OPA657内部由结型场效应管输入级、高增益电压反馈放大级及输出等功率结构组成,使其输入阻抗非常高并且对于带负载的能力非常强,有低噪声、快速响应和高灵敏度,结型场效应管在输入过程中几乎不产生任何电流噪声,作为接收端放大模块的放大芯片。在本系统中采用UDP传输协议,采用千兆以太网连接FPGA开发板与无线激光系统,调试好上位机显示端,最后对自己设计完成的无线激光视频传输系统进行了一个整体性的测试,利用软件Signal Tap II技术进行数字电路的在线逻辑验证以及运用软件wireshark网络分析器对数据抓包技术进行对接收到的数据抓包分析,同时还在稳定的天气状态下对其进行了持续性的视频传输测试,检测结果显示系统能够正常运行高清稳定无明显拖影视频数据,本文提供的通信系统解决方案是合理并且可行的。
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