一种基于ZYNQ-7000芯片的实时视频与串口数据无线传输系统的制作方法

一种基于zynq-7000芯片的实时视频与串口数据无线传输系统
技术领域
1.本发明是一种基于zynq-7000芯片的实时视频与串口数据无线传输系统，属于无线通信领域，涉及嵌入式系统框架设计、无线射频传输、ts码流数据融合等技术。无线视频实时传输系统具有较强的灵活性和视频传输稳定性，广泛应用于军事领域，同时在民用方面的应用也越来越广泛。


背景技术：

2.随着无人机在航拍摄影、电力巡检等领域的越来越多应用，与之配合的无线视频传输系统也成为无人机体系中至关重要的环节。针对无人机小型化，负载有限，经常需要远距离作业等特点，结合人们对视频质量的要求越来越高；本发明利用无线通信技术的灵活性，设计了一款体积较小、重量轻、保密性强且实时的实时视频和串口数据无线传输系统。
3.本发明提供的一种基于zynq-7000芯片的实时视频与串口数据无线传输系统，不仅能够接收多种格式的视频，而且能够将接收到的不同格式的视频都转换为ts格式视频，同时将接收到的串口数据一起融合为新的ts码流；除此之外，在zynq-7000芯片中运行linux系统，既能方便调试并且能够提供良好的开发能力与人机交互功能。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种基于zynq-7000芯片的实时视频与串口数据无线传输系统，能够实现ts码流与串口数据的融合、ts格式视频数据无线发送、不同频段的射频信号的选通；无线ts格式视频信号的接收、射频信号的解调制、ts码流和串口数据的提取。
5.本发明讲述的是一种基于zynq-7000芯片的实时视频与串口数据无线传输系统，系统中相关模块之间连接关系及其功能如下：1、一种基于zynq-7000芯片的实时视频与串口数据无线传输系统，分为实时视频与串口数据无线发射系统（1）和实时视频与串口数据无线接收系统（2），其特征在于系统在进行视频传输的同时，还可以发送和接收主机的串口数据，其具体流程如下：1.1 实时视频与串口数据无线发射系统（1）中，zynq-7000模块（9）接收压缩编码模块（3）输出的ts码流，同时也接收来自主机设备（5）的串口模块（6）输入的数据，并将接收到的串口数据与ts码流进行处理形成伪ts码流；再将伪ts码流通过usb接口传输给调制发射模块（10）进行调制，然后经过射频开关选择模块（11）、滤波器模块（12）、放大器模块（13）进行射频通路选择、滤波和放大处理，最终经过天线发射出去；1.2 实时视频与串口数据无线接收系统（2）中，天线接收到的射频信号经低噪声放大器模块（14）进行放大，经过滤波器模块（15）滤除杂波；再经过接收解调模块（16）将射频信号处理为伪ts码流，通过usb接口传输给zynq-7000模块（21）进行解析处理，将伪ts码流分为视频ts流和串口数据，视频ts流传输给解码解压缩模块（22），串口数据通过串口模块（18）发送给主机设备（17）。
6.2、根据权利要求1所述的一种基于zynq-7000芯片的实时视频与串口数据无线传输系统，其特征在于压缩编码模块（3）和解码解压缩模块（22）在进行视频数据的压缩与解压缩的同时，利用zynq-7000模块（9，21）来完成视频数据与串口数据的融合或解析。
7.3、根据权利要求1所述的一种基于zynq-7000芯片的实时视频与串口数据无线传输系统，其特征在于调制发射模块（10）与解调接收模块（16）的驱动均采用动态加载的方式在zynq-7000的linux系统上运行；调制发射模块（10）仅通过usb接口就可以接收ts格式的视频信号或接收控制信号，以及控制发射的频段和传输信号的带宽。
8.4、根据权利要求1所述的一种基于zynq-7000芯片的实时视频与串口数据无线传输系统，其特征在于视频ts流数据和串口数据融合形成伪ts码流数据的方法是：将视频ts流放入zynq-7000模块（9）的fifo中；按照ts包的格式给串口信息加包头将其转换成ts码流数据，然后也放入fifo中，这样就将串口数据插入到了视频ts流中，视频ts流和串口数据解析通过包头来区分。
9.本发明具有以下优势： 1、本发明将串口数据与ts码流融合成伪ts流进行传输，使得在无线传输视频数据的同时还可以传输串口数据，增强传输的保密性。
10.2、系统使用压缩编码模块和解码解压缩模块来完成视频数据的压缩与解压缩的同时，zynq-7000模块来完成视频数据与串口数据的融合，上述两步操作并行处理，减小了传输延迟。
11.3、本发明使用zynq-7000芯片搭建实时视频与串口数据无线发射和接收系统，芯片的ps端可搭载linux系统，使得管理接口更加方便；pl端则是fpga，可并行接收数据且其处理数据速度快。系统具有体积小，易携带，使用灵活的特性。
附图说明
12.图1是本发明的基于zynq-7000芯片的实时视频与串口数据无线传输系统结构框图；图2是本发明的基于zynq-7000芯片的实时视频与串口数据无线发射系统结构框图；图3是本发明的基于zynq-7000芯片的实时视频与串口数据无线接收系统结构框图；图4是本发明的ts码流数据与串口数据融合的硬件连线框图；图5是本发明的ts码流数据的结构框图；具体实施下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述：图1所述的是一种基于zynq-7000芯片的实时视频与串口数据无线传输系统简要结构框图。包含实时视频与串口数据无线发射系统（1）和实时视频与串口数据无线接收系统（2）两部分。
13.图2所示的是一种基于zynq-7000芯片的实时视频与串口数据无线发射系统结构框图，在应用中系统上电之后，zynq-7000模块（9）先从sd卡模块（8）中读取linux系统启动文件，完成linux系统启动以及各个模块的驱动加载，此时压缩编码模块（3）从flash（4）中
读取固件程序，完成模块的初始化；调制发射模块（10）和接收解调模块（16）的驱动采用动态加载的方式，将其驱动程序编译成动态可加载的模块，使用insmod命令可以完成按需加载，不用时可以卸载，这样不会增加linux内核的体积； zynq-7000模块（9）接收压缩编码模块（3）输出的ts码流，同时也接收主机设备（5）从串口模块（6）输入的数据，并将接收到的串口数据与ts码流进行融合处理形成伪ts码流；再将伪ts码流通过usb接口传输给调制发射模块（10），在zynq-7000模块（9）的linux系统中，调用调制发射模块（10）的api，可以配置信号发射的频段和带宽；信号经过射频开关选择模块（11）、滤波器模块（12）、放大器模块（13）进行射频通路选择、滤波和放大处理，最终经过天线发送；网口模块（7）可用来进行网络通信和数据传输；串口模块（6）除可用来传输数据外，也可用来对系统进行调试。
14.图3所示的是一种基于zynq-7000芯片的实时视频与串口数据无线接收系统结构框图，接收解调模块（16）一直处于接收状态；射频信号通过天线接收，经低噪声放大器模块（14）对接收信号进行放大，然后经过滤波器模块（15）滤除杂波，再经过接收解调模块（16）将射频信号处理为伪ts码流，通过usb接口传输给zynq-7000模块（21），经过zynq-7000模块（21）处理后将伪ts码流分为视频ts流和串口数据，视频ts流传输给解码解压缩模块（22），串口数据通过串口发送给主机设备（17）。其各个模块的控制接口和系统的外设接口，连接方式和功能均与发射系统一致。
15.图4所示的是ts码流数据与串口数据融合的硬件连接框图，zynq-7000模块（9）接收压缩编码模块（3）输出的ts码流，同时也接收主机设备（5）从串口模块（6）输入的串口数据，将两种数据进行融合加密形成伪ts流。ts视频信号包含8位数据信号data[7:0]和4位控制信号。控制信号中clk信号是ts码流的时钟信号，根据ts信号传输协议，该时钟为27mhz；valid信号是ts码流的有效信号，用于区分ts包的长度是188bytes还是204bytes；sync信号是同步信号，让所有信号都与时钟信号保持同步；fail信号是zynq-7000模块（9）发送给压缩编码模块（3）的一个信号，当ts包发送出现错误或丢包时，则会触发fail信号。系统中的串口模块（6）采用txd发送信号与rxd接收信号两个信号进行传输。zynq-7000模块（9）将接收的串口数据融合到ts码流数据中形成伪ts码流，并通过usb差分数据线usb_n和usb_p传输给调制发射模块（10）。
[0016]
图5所示是ts码流数据的结构框图，ts流的基本组成单位是长度为188字节的ts包，pid是ts流中非常重要的一部分，ts包中存储的是什么内容就是由pid来决定的，通过pid的区分可以将串口数据和视频数据进行分类。pid值为0x04-0x0f或0x16-0x1b时，协议中尚未明确规定其意义，本发明通过提前约定可将含有串口数据的ts包的pid设置成其中的值，并将含有串口信息的ts包传送优先级配置为高。如果实时传输的串口数据过多，则分成几个ts包进行传输，不满一个ts包的，则使用0xff进行填充。视频数据和串口数据的融合是通过zynq-7000模块（9）中的fifo进行，视频ts流按包向fifo中写入，若接收到串口数据，则将串口数据作为净荷，加上ts流包头打包成ts格式，传送优先级配置为高，将其优先写入fifo中，如此便完成数据的融合过程。ts流数据解析则主要是检查ts包的pid，若pid是为约定好的串口数据的pid，则将其提取出来，去掉包头后送入串口控制器。
[0017]
本发明实现ts格式视频信号的无线传输，通过无线传输方式使得系统小巧，灵活；将串口数据融合到ts视频信号中，提高传输内容的多样性，增强传输的保密性；根据ts的任意片段可独立解码的特性，使得截取接收的任意片段的视频都是完整的。本发明可以应用
在视频及数据无线传输中。
[0018]
本发明特点是体积小，可扩展性强，保密性强。
[0019]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。