張德文++尹訓鋒++馮義

摘 要：無線電多媒體通信技術是基于對信息多樣性的需求，利用通用可編程數(shù)字信號處理器，采用高效的數(shù)據(jù)壓縮算法，減小系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)量，實現(xiàn)多媒體信息的窄帶傳輸，窄帶無線電多媒體通信技術具有高效的傳輸效率，其在衛(wèi)星通信等無線電通信領域具有廣泛的應用前景。

關鍵詞：多媒體通信技術 衛(wèi)星通信 MPEG-4

中圖分類號：TN927.2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）02（c）-0002-02

隨著信息技術的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)單一通信媒體已很難適應當今多元化信息的發(fā)展需求。高速設備、大容量存儲裝置和高性能計算機快速發(fā)展為多媒體通信技術的發(fā)展奠定了基礎，多媒體通信是一種新興的信息科學技術，是多媒體、通信、計算機和網(wǎng)絡等相互滲透和發(fā)展的產(chǎn)物，它為文字、數(shù)據(jù)、圖形、圖像、視頻和音頻等不同格式的諸種消息和信息的存儲、傳輸和處理提供支撐環(huán)境和手段。

1 系統(tǒng)組成結構

無線電多媒體通信終端由視頻采集模塊、緩沖控制模塊、圖像壓縮編碼模塊、通信控制模塊和電源模塊等組成，系統(tǒng)組成結構如圖1所示。

模擬視頻信號經(jīng)過A/D采樣編碼后，變成YUV數(shù)字視頻信號后，然后以16位數(shù)據(jù)總線寬度寫入視頻緩存器，視頻緩沖控制模塊實現(xiàn)對視頻緩存器的讀、寫、刷新等控制功能。視頻緩沖器選用SRAM或SDRAM，實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)緩存。視頻緩沖控制模塊，采用Xilinx公司的Virtex II pro系列FPGA控制SDRAM實現(xiàn)。

圖像壓縮編碼模塊，采用TI公司的TMS320DM642，該芯片是TI公司C6000系列高速定點數(shù)字信號處理芯片，它具有靈活的指令系統(tǒng)和操作性能，支持匯編語言和C語言的單獨或混合編程。TMS320DM642采用改進的哈佛處理結構，指令流水線操作，并行處理，計算和處理速度很高，并行運行速度達到1600MIPS。在片內提供128K字節(jié)的RAM用作程序和數(shù)據(jù)存儲，其最大可擴展尋址空間為1M字。TMS320DM642提供的多信道緩沖串口和DMA數(shù)據(jù)傳送方式極大地方便了它在圖像領域的應用和開發(fā)。

通信模塊采用PowerPC或ARM實現(xiàn)，根據(jù)信道狀況變化，控制實現(xiàn)圖像格式、分辨率、壓縮數(shù)據(jù)傳輸碼率調整。由于現(xiàn)代基于IP的通信網(wǎng)，已經(jīng)成為主流，因此通信接口采用UART和Ethernet接口，在與窄帶無線電臺接口是采用UART接口，在與基于IP的數(shù)傳電臺中采用Ethernet接口。

2 系統(tǒng)設計實現(xiàn)

多媒體通信技術最為嚴重的瓶頸問題是有大量的數(shù)據(jù)需要存儲、處理和傳輸，其中，最大的數(shù)據(jù)量來自數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，如30幀/s的活動圖像數(shù)據(jù)量達2 748Kbps，傳輸速率需要2.8Mbps，顯然，沒有圖像壓縮技術的進步，就難以實現(xiàn)真正意義上的多媒體通信。無線電多媒體通信技術實現(xiàn)的核心是圖像壓縮技術，圖像輸入幀格式采用YCbCr4：2：0，TMS320DM642根據(jù)接收到的命令及發(fā)送數(shù)據(jù)速率等通信狀態(tài)，從視頻緩存區(qū)讀取數(shù)據(jù)進行壓縮編碼，然后發(fā)往信道進行傳輸，圖像壓縮采用MPEG-4國際標準算法，圖像數(shù)據(jù)壓縮率最低可達到4～64Kbps。當信道為帶寬較寬（>128kb/s），傳輸實時動態(tài)圖像。

MPEG-4是由MPEG（Moving Picture Esperts Group）開發(fā)的IEO/IEC標準。其視頻部分提供了基于自然對象、合成對象、自然/合成對象編碼的幾個層次。其中Simple Visual Profile主要應用于低比特率移動通信，其他幾個層次可應用于互聯(lián)網(wǎng)、實時多媒體監(jiān)控數(shù)字電視制作與播出等方面。MPEG-4在視頻檢驗層中引入了視頻對象面的概念VOP，它充分利用視覺生理特性和圖象信源的各種特征，實現(xiàn)從波形編碼到模型編碼的轉變。VOP編碼采用第一代混合編碼方法，實現(xiàn)結構如圖2所示。

在圖像傳輸過程中，如果預測參考幀是I圖像，則經(jīng)過DCT變換和量化的編碼的I圖像可以通過反量化和反DCT變換存儲在幀存儲器中，作為預測編碼的參考幀。如果預測參考幀是P圖像，則經(jīng)過DCT變換和量化編碼的該幀殘差數(shù)據(jù)，通過反量化和反DCT變換再和原來的參考圖像相加，也形成了預測參考幀存入幀存儲器中。

在編碼實現(xiàn)過程中，用射像頭捕捉到的為640×480的422YUV數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)把它處理成320×240的數(shù)據(jù)，然后對其按MPEG-4標準進行壓縮編碼，最后再把編碼后的數(shù)據(jù)填充成640×480的數(shù)據(jù)顯示。在系統(tǒng)實現(xiàn)過程中，通過對DSP中的相關模塊修改數(shù)據(jù)類型、使用內聯(lián)函數(shù)、數(shù)據(jù)打包處理、編寫匯編代碼、調用圖像庫、人工干預軟件流水等方式對程序代碼進行優(yōu)化，可把原來實時壓縮處理視頻圖像速率為1～2幀/秒的代碼，優(yōu)化為25幀/秒，大大提高了代碼的運行速率，達到實時壓縮處理的效果。

3 在衛(wèi)星通信中應用舉例

衛(wèi)星通信具有通信距離遠，可靠性高等優(yōu)點，其在國防通信、應急救生等領域越來越廣泛，但隨著應用范圍的擴大，有限的通信衛(wèi)星資源和日益擴大的需求之間的矛盾日漸突出，針對此問題，可將無線多媒體通信技術應用到衛(wèi)星通信中，其應用框圖如圖3所示。發(fā)送方把從攝像頭中捕獲到的圖像，應用多媒體通信終端進行視頻壓縮，壓縮后的碼流通過衛(wèi)星多功能復接設備接入調制解調器，然后通過變頻和放大設備經(jīng)衛(wèi)星天線發(fā)送到通信衛(wèi)星，接收方將從通信衛(wèi)星接收到的信號，經(jīng)低噪聲放大、變頻、解調和多媒體通信終端解壓縮后送音視頻顯示設備，進行存儲和顯示。

4 結語

無線電多媒體通信技術是一種新興的綜合通信技術，應用此技術可以滿足窄帶條件下信息傳輸多樣化的需求，實現(xiàn)了實時視頻傳輸。無線電多媒體通信技術可應用于衛(wèi)星實時視頻通信系統(tǒng)，具有廣泛的應用前景。

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