CN107690076B - 一种可复用式无线视频传输方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可复用式无线视频传输方法，该方法利用采集发射单元采集视频信号并转换为TS流数据，并根据需要配置的最大FFT点数设计内交织器和外交织器，并对TS流数据依次进行RS编码、扰码、外交织、卷积编码、内交织和组帧处理后，将所形成的OFDM数据帧经过IFFT变换，之后处理为无线射频信号，在接收侧，所述接收显示单元对无线射频信号进行解调处理后，为显示播放设备提供视频信号。上述过程中，当***需要设置为其他FFT点数的模式时，只需简单配置FFT变换点数即可实现当前***的重用，无需改变数据传输结构和***框架，适用于在不同场景需求下进行无线视频传输，不仅降低了开发成本，而且缩短了开发周期。
Description
技术领域
本发明涉及视频数据传输方法，尤其涉及一种可复用式无线视频传输方法。
背景技术
自正交频分复用技术(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)发展以来，在诸多通信***中得到了采用。OFDM中的各个载波是相互正交的，每个载波在一个符号时间内有整数个载波周期，每个载波的频谱零点和相邻载波的零点重叠，减小了载波间的干扰，载波间有部分重叠，提高了频带利用率，正交的子载波可以利用快速傅里叶变换IFFT/FFT实现调制和解调。OFDM通信技术具有很好的抗多径干扰特性、低复杂度特性、高频谱利用率特性，基于这些优良的特性，在无线视频图像传输领域得到青睐，OFDM通信传输技术及其相关设备***也得到了飞速发展，在数据传输***、数字音频和视频传输***、无人机等领域均得到了广泛应用。因此，研究基于OFDM通信技术的无线视频传输***是十分必要和重要的。
在现有的无线视频传输***中，所采用的OFDM数字调制技术通常使用固定数目的子载波数，固定数目的导频信号，相应的使用固定点数的FFT实现OFDM通信方案，其中子载波个数、导频数目、交织器、解交织器等设计与OFDM***所采用的FFT点数息息相关。此类技术方案一般针对特定场景设置固定的技术方案，比如将OFDM调制方案设置为固定的2048点FFT模式实现，其子载波数，导频数目等也为固定数目，相应的信道编码部分也需设置固定大小和深度的内外交织器，RS编码等。然而这种固定FFT点数的OFDM实现方案，一定程度上给***复用带来了困难，若在类似场景环境或者具有某些共性的使用条件下，根据实际情况中OFDM***性能、***开销等因素对***进行复用时，需要重新设计内外交织器、解交织器、编译码器、子载波个数、导频等模块，甚至包括重写快速傅里叶变换FFT/IFFT模块，信道估计模块等。此类技术方案给***重用带来了困难和不便，造成较长的开发周期，无法简单高效的重用该***。由此可见，现有技术中迫切需要一种基于OFDM调制解调技术可复用的无线视频传输解决方案。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种只需设置所需FFT点数即可复用现有的***模块，无需改变数据结构和***框架，进而降低开发成本、缩短开发周期的可复用式无线视频传输方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。
一种可复用式无线视频传输方法，该方法基于一***实现，所述***包括具有OFDM调制模块的采集发射单元和具有OFDM解调模块的接收显示单元，所述方法包括有如下步骤：步骤S1，所述采集发射单元采集视频信号，并将视频信号压缩处理后打包复用为TS流数据；步骤S2，为OFDM调制模块配置固定长度的内交织器和外交织器，根据需要配置的最大FFT点数所对应的子载波数确定所述内交织器和外交织器的容量；步骤S3，所述OFDM调制模块将TS流数据依次进行RS编码、扰码、外交织、卷积编码、内交织和组帧处理后，形成OFDM数据帧；步骤S4，所述OFDM调制模块将OFDM数据帧进行IFFT变换，对IFFT变换后的数据依次进行***保护间隔GI、上采样和低通滤波处理；步骤S5，所述采集发射单元将步骤S4中低通滤波处理后的数据依次进行DAC转换、RF载波调制和功率放大后发射出无线信号；步骤S6，所述接收显示单元获取所述采集发射单元发射的无线信号，并将该无线信号依次进行低噪声放大、RF载波解调和ADC转换处理后输入至OFDM解调模块；步骤S7，所述OFDM解调模块对其输入的数据依次进行带通滤波、下采样、同步处理和移除保护间隔GI后进行FFT变换；步骤S8，所述OFDM解调模块从FFT变换后的数据中取出导频并作信道估计，再结合导频之外的数据做信道均衡处理，待信道均衡完成后进行星座解映射；步骤S9，所述OFDM解调模块对星座解映射后的数据依次进行内解交织、卷积译码、外解交织、解扰和RS译码处理后，输出数据TS流；步骤S10，所述接收显示单元对数据TS流依次进行解复用和视频解码处理后，加载于显示播放设备。
优选地，所述步骤S1中，所述采集发射单元利用CCD摄像机采集HDMI视频信号。
优选地，所述步骤S1中，所述采集发射单元利用视频编码器对视频信号进行压缩处理，所述步骤S10中，所述接收显示单元利用视频解码器对解复用后的数据TS流进行视频解码处理。
优选地，所述视频编码器为H.264/H.265编码器，所述视频解码器为H.264/H.265解码器。
优选地，所述步骤S3中，所述组帧处理包括星座映射和***导频。
优选地，所述***导频过程中，导频的个数和位置根据FFT点数确定。
优选地，所述步骤S4中，***保护间隔GI的长度根据FFT点数确定。
优选地，所述步骤S5中，利用2W功率放大器对RF载波调制后的信号进行功率放大。
优选地，所述步骤S7中，所述OFDM解调模块进行同步处理的过程包括频率同步、采样同步和符号同步。
优选地，所述步骤S7中，所述OFDM解调模块利用带宽为6MHz的带通滤波器对输入的数据进行带通滤波。
本发明公开的可复用式无线视频传输方法中，利用采集发射单元采集视频信号并转换为TS流数据，并根据需要配置的最大FFT点数设计内交织器和外交织器，并对TS流数据依次进行RS编码、扰码、外交织、卷积编码、内交织和组帧处理后，将所形成的OFDM数据帧经过IFFT变换，之后处理为无线射频信号，在接收侧，所述接收显示单元对无线射频信号进行解调处理后，为显示播放设备提供视频信号。上述过程中，当***需要设置为其他FFT点数的模式时，只需简单配置FFT变换点数即可实现当前***的重用，无需改变数据传输结构和***框架，相比现有技术而言，本发明无需重新设计各模块，适用于在不同场景需求下进行无线视频传输，不仅降低了开发成本，而且缩短了开发周期。
附图说明
图1为采集发射单元和接收显示单元执行过程的流程图。
图2为OFDM调制模块和OFDM解调模块执行过程的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作更加详细的描述。
本发明公开了一种可复用式无线视频传输方法，结合图1和图2所示，该方法基于一***实现，所述***包括具有OFDM调制模块10的采集发射单元1和具有OFDM解调模块20的接收显示单元2，所述方法包括有如下步骤：
步骤S1，所述采集发射单元1采集视频信号，并将视频信号压缩处理后打包复用为TS流数据；
步骤S2，为OFDM调制模块10配置固定长度的内交织器和外交织器，根据需要配置的最大FFT点数所对应的子载波数确定所述内交织器和外交织器的容量；
步骤S3，所述OFDM调制模块10将TS流数据依次进行RS编码、扰码、外交织、卷积编码、内交织和组帧处理后，形成OFDM数据帧；该步骤中，所述组帧处理包括星座映射和***导频，进一步地，所述***导频过程中，导频的个数和位置根据FFT点数确定；
步骤S4，所述OFDM调制模块10将OFDM数据帧进行IFFT变换，对IFFT变换后的数据依次进行***保护间隔GI、上采样和低通滤波处理，进一步地，***保护间隔GI的长度根据FFT点数确定；
步骤S5，所述采集发射单元1将步骤S4中低通滤波处理后的数据依次进行DAC转换、RF载波调制和功率放大后发射出无线信号；
步骤S6，所述接收显示单元2获取所述采集发射单元1发射的无线信号，并将该无线信号依次进行低噪声放大、RF载波解调和ADC转换处理后输入至OFDM解调模块20；
步骤S7，所述OFDM解调模块20对其输入的数据依次进行带通滤波、下采样、同步处理和移除保护间隔GI后进行FFT变换，该步骤中，所述OFDM解调模块20进行同步处理的过程包括频率同步、采样同步和符号同步；
步骤S8，所述OFDM解调模块20从FFT变换后的数据中取出导频并作信道估计，再结合导频之外的数据做信道均衡处理，待信道均衡完成后进行星座解映射；
步骤S9，所述OFDM解调模块20对星座解映射后的数据依次进行内解交织、卷积译码、外解交织、解扰和RS译码处理后，输出数据TS流；
步骤S10，所述接收显示单元2对数据TS流依次进行解复用和视频解码处理后，加载于显示播放设备。
上述可复用式无线视频传输方法中，利用采集发射单元1采集视频信号并转换为TS流数据，并根据需要配置的最大FFT点数设计内交织器和外交织器，并对TS流数据依次进行RS编码、扰码、外交织、卷积编码、内交织和组帧处理后，将所形成的OFDM数据帧经过IFFT变换，之后处理为无线射频信号，在接收侧，所述接收显示单元2对无线射频信号进行解调处理后，为显示播放设备提供视频信号。上述过程中，当***需要设置为其他FFT点数的模式时，只需简单配置FFT变换点数即可实现当前***的重用，无需改变数据传输结构和***框架，相比现有技术而言，本发明无需重新设计各模块，适用于在不同场景需求下进行无线视频传输，不仅降低了开发成本，而且缩短了开发周期。
应用过程中，所需要的最大FFT点数可根据实际环境进行配置，比如，受到现有资源的限制，需改变RAM内存大小时，可以选用其他点数的FFT模式，基于上述特性，本发明无需重新设计各个功能模块，方便了***重用，并且TS流的传输格式具有良好的***环境适应性与传输特性。
作为一种优选方式，所述步骤S1中，所述采集发射单元1利用CCD摄像机采集HDMI视频信号。
关于视频编码和解码部分，所述步骤S1中，所述采集发射单元1利用视频编码器对视频信号进行压缩处理，所述步骤S10中，所述接收显示单元2利用视频解码器对解复用后的数据TS流进行视频解码处理。进一步地，所述视频编码器为H.264/H.265编码器，所述视频解码器为H.264/H.265解码器。
关于无线射频信号的输出部分，利用2W功率放大器对RF载波调制后的信号进行功率放大。
作为一种优选方式，所述步骤S7中，所述OFDM解调模块20利用带宽为6MHz的带通滤波器对输入的数据进行带通滤波。
为了更好地描述本发明的技术方案，本发明可复用式无线视频传输方法在实际应用中可以参照如下实施例。
实施例一
本实施例以无线传输1080P30视频源为例，采用H.265编码器进行编码压缩处理，设计可配置512、1024、2048点FFT的OFDM调制解调模块，用以实现无线视频传输***的重复利用。
首先，利用高清摄像机采集HDMI视频信号，通过H.265编码器模块编码压缩处理后，进一步提高图像质量，以及较小的数据量(带宽小)有利于远距离无线传输，H.265编码器模块压缩码流按照ISO/IEC 13818-1标准，由打包TS流模块打包成188字节TS流后，送入OFDM调制模块进行处理。
OFDM调制模块先完成RS编码、加扰、外交织、卷积编码、内交织处理。其中，交织器的容量按所需配置最大FFT点数***下对应的子载波数为参考基准，以满***织器重用。本实施例中，所需配置最大FFT点数为2048，该条件下设置子载波数为1656，故内外交织器大小设置为1656。为使该交织器可以存放整数个RS码长度的序列，RS编码采用原体系RS(255,239，t＝8)码衍生的收缩码RS(207,187)，则交织器可以存放8个RS码(207*8＝1656)，对TS数据采用RS(207,187)编码后，采用DVB-T标准的扰码技术加扰处理，扰码处理后做外交织处理，外交织器设为46*36＝1656的交错阵列，内编码采用卷积编码，内交织采用72*23＝1656的交错阵列。无论配置512、1024、2048点FFT模式，信道编码与交织模块都采用该固定结构，无需重新设计交织器大小及交织深度。
OFDM调制模块组帧处理部分，在组帧过程中完成数字调制(星座映射)与***导频，导频的个数与位置由FFT点数决定。本实施例中，对于2048点FFT模式，设置其导频个数为37，导频位置依次为0，48，87，121，156，192，231，265，300，333，432，483，525，581，636，714，759，790，834，873，901，939，984，1100，1151，1207，1250，1307，1350，1400，1450，1499，1540，1580，1621，1651，1683；对于1024点FFT模式，设置其导频个数为19，导频位置依次为0，48，87，121，156，192，231，265，300，333，432，483，525，581，636，714，759，790，834；对于512点FFT模式，设置其导频个数为10，导频位置依次为0，48，87，121，156，231，265，300，333，402，也可完全参考DVB-T标准设置导频。数字调制方式选用QPSK，16QAM，64QAM，在调制的同时***导频符号。为将组帧完成的OFDM帧送入IFFT变换模块执行IFFT，将剩余的位置做置0处理。以2048点FFT为例，子载波占用1656个位置，导频占用37个位置，则剩余355(2048-1656-37)个位置上的数据置0处理。由于信道编码与交织模块采用了固定不变的结构，以满足最大FFT点数模式为例，统一为1656大小的交织器，对于2048点FFT模式而言，可1次完成数字调制与***导频、IFFT、***保护间隔、上采样处理；对1024点FFT模式而言，则需做2次1024(828子载波+19导频+177零点)点IFFT等相同操作；对于512点FFT模式而言，则需做4次512(414子载波+10导频+88零点)点IFFT等相同操作。当配置***FFT点数分别为2048、1024、512时，该***就会自动将数字调制(星座映射)、***导频、IFFT、***保护间隔GI、上采样模块各自分别循环执行1、2、4次，以便取完一个满存储状态的交织器中的数据，且该种设置方式与传输数据帧结构无关，可统一完成2048点数据码元操作，无需更改数据结构传输方式。
OFDM调制模块中，IFFT变换模块执行IFFT操作，FFT变换模块执行FFT操作，要求IFFT/FFT变换长度足够大，以便于能够实现较短长度的IFFT/FFT变换。本实施例中，设计IFFT/FFT最大变换长度为2048点，则根据IFFT/FFT旋转因子的周期性，1024、512点IFFT/FFT可由该2048点IFFT/FFT实现***直接完成，无需重新设计该模块。
OFDM调制模块中，***保护间隔GI(循环前缀)操作，其执行完IFFT后加入的保护间隔GI长度由FFT点数决定。本实施例中，将GI长度设置为FFT长度的1/32。因而若配置为2048、1024、512点FFT模式时，则相应的GI长度分别为64、32、16。上采样模块完成信号上采样功能，本实施例对数据作3倍上采样，然后经DAC模块发送出去，至此发送端完成OFDM调制所有功能。
利用DAC转换模块完成数模转换功能，其转换精度为10bits，之后通过射频RF模块做载波调制，将基带信号调制在490MHz工作频率，通过功率放大PA模块提高输出功率后经天线发射出去，本实施例中，采用2W功率大小的PA器件。
接收端，首先通过低噪声放大器LNA模块对接收到的微弱信号做放大处理，然后射频RF模块对其做载波解调，由490MHz工作频率恢复至基带信号，下变频后由ADC转换模块执行模数转换功能，其转换精度为10bits，转换完成后送入OFDM解调模块完成基带信号处理。
OFDM解调模块中，先执行带通滤波及下采样处理，本实施例中，带通滤波器采用6MHz带宽，下采样处理相应地执行下3采样。随后对信号做同步处理，包括频率同步、采样同步、符号同步，对完成同步功能的数据执行移除保护间隔GI操作。随后，对信号做FFT变换，此处与IFFT变换互为逆操作。此外，从FFT变换之后的数据取出导频用以做信道估计，由信道估计参数联合FFT变换其余数据(不含导频)做信道均衡处理，信道均衡完成后送入星座解映射模块执行数字解调操作。
OFDM解调模块中，对完成星座解映射的传输数据，执行信道译码与解交织处理，完成内解交织、卷积译码、外解交织、解扰、RS译码处理。本实施例中，采用了以2048点FFT为参考基准的交织器大小，因而当星座解映射模块输出数据填满一个交织器时，方可进行解交织、译码等处理。故对于2048点FFT模式而言，可1次填满整个交织器；对于1024点FFT模式而言，则需2次FFT变换数据才可填满整个交织器；对于512点FFT模式而言，则需4次FFT变换数据才能填满整个交织器。同等地，对于2048、1024、512点FFT模式的OFDM调制解调模块而言，内解交织，卷积译码，外解交织，解扰，RS译码模块将会分别循环1、2、4次，以保证接收数据填满1656大小的交织器，用于后续处理，无需根据所要求的FFT点数重新设计这些模块。与信道编码和交织模块相呼应，采用对应的解交织、译码方式，本实施例中，采用Viterbi译码(卷积译码)与RS译码。
利用TS流解复用模块对OFDM解调模块输出的TS流数据执行解复用操作，以去除TS头信息等，将解TS操作后的H.265压缩裸码流送入相应解码器模块执行H.265解码操作，恢复重建原始视频图像数据，并在显示设备上显示播放视频数据。该无线视频传输***以2048点FFT模式为例，若受到现有资源限制，需降低RAM内存大小时，采用1024,512点FFT模式等，可简单复用，无需重新设计各个功能模块，方便了***重用，且TS流的传输格式具有良好的***应用环境适应性与传输特性。
本发明公开的可复用式无线视频传输方法，通过对OFDM通信方案的数据传输结构、RS编(译)码、扰码、外(解)交织、卷积编(译)码、内(解)交织、导频、IFFT/FFT、保护间隔、信道估计等模块进行重用设计，在不改变数据结构、***框架的前提下，只需简单设置所需FFT点数即可高效地复用以上***模块，充分发挥了现有***模块的作用，无需重新设计，降低了开发成本与设计周期。基于以上特性可见，本发明适合应用于无线通信、移动通信、数字视频广播(DVB)、高清晰度电视(HDTV)等领域，并且具有较好的应用前景。
以上所述只是本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明所保护的范围内。
Claims (7)
1.一种可复用式无线视频传输方法，其特征在于，该方法基于一***实现，所述***包括具有OFDM调制模块(10)的采集发射单元(1)和具有OFDM解调模块(20)的接收显示单元(2)，所述方法包括有如下步骤：
步骤S1，所述采集发射单元(1)采集视频信号，并将视频信号压缩处理后打包复用为TS流数据；
步骤S2，为OFDM调制模块(10)配置固定长度的内交织器和外交织器，根据需要配置的最大FFT点数所对应的子载波数确定所述内交织器和外交织器的容量；
步骤S3，所述OFDM调制模块(10)将TS流数据依次进行RS编码、扰码、外交织、卷积编码、内交织和组帧处理后，形成OFDM数据帧；
步骤S4，所述OFDM调制模块(10)将OFDM数据帧进行IFFT变换，对IFFT变换后的数据依次进行***保护间隔GI、上采样和低通滤波处理；
步骤S5，所述采集发射单元(1)将步骤S4中低通滤波处理后的数据依次进行DAC转换、RF载波调制和功率放大后发射出无线信号；
步骤S6，所述接收显示单元(2)获取所述采集发射单元(1)发射的无线信号，并将该无线信号依次进行低噪声放大、RF载波解调和ADC转换处理后输入至OFDM解调模块(20)；
步骤S7，所述OFDM解调模块(20)对其输入的数据依次进行带通滤波、下采样、同步处理和移除保护间隔GI后进行FFT变换；
步骤S8，所述OFDM解调模块(20)从FFT变换后的数据中取出导频并作信道估计，再结合导频之外的数据做信道均衡处理，待信道均衡完成后进行星座解映射；
步骤S9，所述OFDM解调模块(20)对星座解映射后的数据依次进行内解交织、卷积译码、外解交织、解扰和RS译码处理后，输出数据TS流；
步骤S10，所述接收显示单元(2)对数据TS流依次进行解复用和视频解码处理后，加载于显示播放设备；
所述组帧处理的方式为：在组帧过程中完成星座映射与***导频，导频的个数与位置由FFT点数决定；
所述***保护间隔GI的方式为：OFDM调制模块中，***保护间隔GI操作，其执行完IFFT后加入的保护间隔GI长度由FFT点数决定。
2.如权利要求1所述的可复用式无线视频传输方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述采集发射单元(1)利用CCD摄像机采集HDMI视频信号。
3.如权利要求1所述的可复用式无线视频传输方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述采集发射单元(1)利用视频编码器对视频信号进行压缩处理，所述步骤S10中，所述接收显示单元(2)利用视频解码器对解复用后的数据TS流进行视频解码处理。
4.如权利要求3所述的可复用式无线视频传输方法，其特征在于，所述视频编码器为H.264/H.265编码器，所述视频解码器为H.264/H.265解码器。
5.如权利要求1所述的可复用式无线视频传输方法，其特征在于，所述步骤S5中，利用2W功率放大器对RF载波调制后的信号进行功率放大。
6.如权利要求1所述的可复用式无线视频传输方法，其特征在于，所述步骤S7中，所述OFDM解调模块(20)进行同步处理的过程包括频率同步、采样同步和符号同步。
7.如权利要求1所述的可复用式无线视频传输方法，其特征在于，所述步骤S7中，所述OFDM解调模块(20)利用带宽为6MHz的带通滤波器对输入的数据进行带通滤波。
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