主控芯片選取的是Imagia公司的MCP4010-32位RISC嵌入式微處理器,見圖3。它使用.ARM 922 T核,工作頻率高達200 MHz,內部帶有存儲器管理單元(MMU),具有高性能、低功耗、接口豐富和體積小等優良特性,是視頻采集和處理模塊的核心,可達到D1分辨率實時編碼壓 縮的效能。
無線傳輸模塊采用Ralink公司提供的RT2561芯片方案的無線網卡,符合IEEE 802.11b/g/n標準,傳輸速率高達128 Mb/s(自適應)。支持標準32位Mini-PCI接口;具有MIMO天線技術,使傳輸更穩定距離更廣;支持Windows/Linux/WinCE等 操作系統;工作頻率范圍為2.412~2.484 GHz;傳輸功率為18 dBm(典型值)。MCU4010和MCP440A如圖4所示,RT2561如圖5所示。
3 軟件設計
該設計采用基于Web服務器的B/S(Browser/Server)服務機制,B/S服務機制是隨著Internet技術的興起,對 C/S(Client/Server)服務機制的改進,由于其先進的開發技術、優越的可管理性和可維護性及簡單方便的應用模式,正成為視頻監控系統最流行 的應用方式。它能將地面站的視頻偵察系統控制、偵察視頻瀏覽、開關量的控制、攝像云臺控制等在IE瀏覽器中予以實現,不用另行安裝軟件,使視頻偵察系統的 操作、配制簡單化,實現了跨平臺性,客戶端在普通PC機、PDA等操作系統上均能運行,非常適合戰術無人機的野外作業。下面分別介紹本系統服務器端和客戶 端的主要功能:
(1)服務器端主要功能:響應Web連接服務,采集視頻數據,通過網絡傳輸數據。
(2)機載微處理器作為服務器,響應客戶端的連接請求,并提供ActiveX控件的下載,利用Linux視頻子系統提供的API函數編寫數據采集代碼, 接收MPG-440A傳送的MPEG-4格式二進制視頻數據。將接收到的數據整理后,通過Socket通訊以組播方式通過網絡發送到瀏覽器客戶端。
(3)客戶端部分的主要功能:連接機載Web服務器并下載ActiveX控件。
(4)為了減輕視頻服務器客戶端操作的負擔,提高軟件升級和維護的方便性,設計中將地面站的視頻圖像接收和視頻圖像顯示部分封裝在ActiveX控件 中,在運行Linux的ARM串臺上移植嵌入式Web服務器Boa,響應地面站的連接請求,并將ActiveX控件嵌入到網頁中發布。地面站通過瀏覽器訪 問Web服務器時,ActiveX控件就會經過網頁傳輸到客戶端并自動下載安裝。一旦視頻偵察系統服務器端部分和ActiveX控件建立通信,就可通過 Socket進行視頻數據的組播傳輸,實現遠程實時監控。
4 飛行實驗
該系統在某戰術無人機上進行了搭載飛行試驗,飛行高度約為200 m,攝像鏡頭的視角45°,平均飛行速度約為15 m/s。發射模塊將攝像頭拍攝到的數字視頻信號實時發送回地面,通過瀏覽器顯示的視頻截圖如圖6所示。機載飛行試驗表明,在3 km范圍內,機載攝像與無線傳輸系統能較好地完成MAV攝像和傳輸任務,該系統尺寸小、重量輕、功耗低、工作穩定,滿足MAV有效載荷的基本要求。但由于 無人機本身的重量輕,慣性很小,在低速飛行狀態時,氣流擾動和機體本身的振動對攝像和傳輸的質量有影響,還需適當采取減振措施,減少圖像在傳輸過程中產生 的抖動。
5 結語
本文設計的基于ARM的嵌入式微小型無人機無線數字視頻傳輸系統,包括硬件設計和Linux下的軟件設計。該系統在MCU4010嵌入式微處理器的協調 和調度下統一工作,采甩專用MPEG-4音視頻編碼芯片MPG-440A將采集生成的數字視頻予以編碼壓縮處理,穩定可靠,成本低,采用B/S結構設計, 以組播方式傳輸,節省系統資源,易于維護,升級方便,使用簡單。通過機載實驗證明該系統基本滿足微小型無人機的要求,能夠做到實時傳輸回無人機偵察范圍內 的視頻圖像。