基于5 GHz传输的多媒体收发系统设计与实现

孔 明

（浙江省电子技术研究所有限公司，浙江 杭州 310012）

0 引言

随着无线图像传输系统技术的快速发展，人们对高速宽带无线传输多媒体的设备需求不断增加。国外的无线视频技术研究已有所成就，所形成的产品无线部分大多采用频率为2.4 GHz的IEEE 802.11 a/b/g/无线传输技术，点对点的传输带宽小，传输距离近，抗干扰性低（与大部分无线通信产品的频段重叠），尤其是不能支持高清晰多媒体信号的传输，这些缺点都影响着2.4 GHz无线多媒体产品的应用及市场推广。目前，国内高速宽带无线多媒体产品的研制尚属初级阶段，存在绕射能力弱，其他无线移动通信的干扰严重，纠错和抗干扰的技术比发达国家落后，这些原因致使国产的高速宽带无线多媒体产品不能进入实用阶段。本文提出了采用Amedia公司的WVA5000无线多媒体芯片组和富士通的MB86H51编解码芯片来设计基于5 GHz传输的多媒体收发系统。

1 系统原理描述及设计

WVA5000芯片组由基带芯片AM5201和射频芯片AM5101组成，其主要特点为：无线传输频道范围为4.900～5.825 GHz，支持的数据等级为6～60 Mbit/s，支持的视频有效负荷为3～50 Mbit/s，支持的数字视频格式为MPEG-2，MPEG-4，H.264和WM9。

本文采用WVA5000芯片组实现基于5 GHz传输的多媒体收发系统，视频编码方式采用H.264。整个收发系统由多媒体信号源、AP（Access Point）、MT（Mobile Ter⁃minal）和视频显示单元四部分组成，设计上采用三路天线，实现多入多出（MIMO）技术进行无线传输，在实际无线传输中，最大速度可达50 Mbit/s。

1）AP终端设计

AP终端需要完成对视频、音频进行数字压缩编码，将压缩好的多媒体流进行无线高速发送，同时接收MT端发送的控制信息，并按指令进行处理，AP终端原理如图1所示。

AP端采用富士通公司的MB86H51硬件H.264编码方案，设备的Flash选用容量大小为16 Mbit/s的S29AL016D，SDRAM选用容量大小为16 Mbit/s的HY57V161610ET，无线采用MIMO技术传输，该设备两根接收天线，一根发送天线，无线传输部分由WVA5000芯片组（BBIC：AM5201，RFIC：AM5101）及功放AWL6951组成，发射功率控制在（20±3）dBm，接收灵敏度可达-82 dBm。

2）MT终端设计

MT终端需要完成对多媒体流进行无线高速接收，并进行解码，实现多媒体播放，同时回传一些控制指令给AP，例如播放节目切换、快进、停止等一些操作，MT终端原理如图2所示。

MT端压缩解码采用富士通公司的MB86H51硬件H.264解码方案，将高速解码出来的视频信号输出到显示器，设备的Flash选用容量大小为16 Mbit的S29AL016D，SDRAM选用容量大小为16 Mbit的HY57V161610ET，无线采用MIMO技术传输，该设备两根接收天线，一根发送天线，无线传输部分由WVA5000芯片组（BBIC：AM5201，RFIC：AM5101）及功放AWL6951组成，发射功率控制在（20±3）dBm，接收灵敏度可达-82 dBm。

3）系统工作流程

本文采用WVA5000无线多媒体芯片组，将同步时分多址技术、多入多出技术、跳频扩频技术、动态频道选择技术应

用到5 GHz频段多媒体无线收发系统，实现了多媒体信号源（数字机顶盒，DVD，PVR，STB，Camera和PC等）与显示设备之间的高质量、实时的无线高清晰视频传输，视频有效负荷最大可达50 Mbit/s，双向延时小于2 s，配备高增益天线，传输距离可达数公里。本文具有传输速率高、延迟低、传输距离远、高保真、抗干扰性和移动性强等特点。系统主要工作流程为：

（1）对码。将AP与MT组成点对点传输系统需要对AP与MT进行对码操作，对码指示灯在对码过程中闪烁，对码成功后常亮，只有对码成功的MT才能接收到AP发送的TS流。

（2）发送单元（AP）。AP自动侦测多媒体信号源的输入，将输入的视频信号传输到AP的模拟视频解码器进行视频信号的解码，将输入的音频信号传输到AP的模数转换单元，最终将处理好的多媒体信号进行数字压缩编码成H.264 TS流。TS流传输到基带和射频芯片组单元，经过芯片组单元处理后把TS流调制到5 GHz频段进行传输。

（3）接收单元（MT）。从5 GHz频段中接收经调制的H.264 TS流，基带和射频芯片组单元对接收到的H.264 TS流进行解调，经MB86H51进行H.264解码，经过视频信号的编码和音频信号的解码，最终将多媒体信号输出给显示器和音响。

2 嵌入式软件的实现

AP，MT的嵌入式软件是基于Amedia公司的底层软件开发包，在运用射频技术原理基础上完成设计。嵌入式软件主要完成音视频的编解码控制、数据流的传输，无线模块的控制，系统升级与无线传输性能的测试等功能，图3为系统的嵌入式软件流程。为了兼顾调试与软件升级，在系统软件层规划了3种软件流工作模式：1）固件下载模式，用于软件的升级使用；2）测试模式，用于测试性能参数使用；3）正常模式，设备正常工作模式。

嵌入式软件在数据无线收发过程中，采用工作状态模式化设计，具有抗干扰能力，能最大限度地减少数据传输所消耗的能量并保证可靠传输。发送工作有4种操作模式：空闲模式、动态频率选择模式、跟踪模式和捕捉模式。接收工作有5种操作模式：空闲模式、捕捉模式、瞬态模式、跟踪模式和快速捕捉模式。图4为发送工作模式转换，图5为接收工作模式转换。

图5 接收工作模式转换

3 Amedia与802.11 a/b/g传输的方案比较

现在高质量的多媒体无线传输方案主要有两种，一种是基于5 GHz传输的方案，如Amedia方案；一种是基于2.4 GHz传输的方案，如802.11 a/b/g方案。超过2.4 GHz频谱具有更清洁、更多频道选择、更易开发时空多样性技术等优势。在多媒体应用方面，这两种传输方式各有特点。802.11 a/b/g的特点为：具有低效负载，异步传输，数据网络应用，勉强支持SDTV（3～15 Mbit/s），只能实现点对点传输，不能实现点对多点传输。Amedia的特点为：高效负载，同步传输，数字多媒体应用，长距离覆盖SDTV（3～15 Mbit/s），HDTV（20-50 Mbit/s），能实现点对点和点对多点传输。图6为点对点多媒体无线传输802.11 a/b/g方案，图7为点对点多媒体无线传输Amedia方案，图8为对多点多媒体无线传输Amedia方案。

通过图6～图8比较可以看出，Amedia方案比2.4 GHz方案少用一组滤波、缓冲器、服务质量回路模块，成本较低。Amedia方案支持HDTV视频等级，视频质量标准比2.4 GHz方案高，视频传输延时保证小于2 s，其实时性远优于2.4 GHz方案。能支持点对多点，而2.4 GHz方案不支持。在发送功率为23 dBm和空间有阻挡情况下，多媒体发送源固定在一定地方，接收端不断移动，经过功能性验证测试，在保证接收端视频流程情况下，发现基于SDTV视频等级传输的802.11 a/b/g方案的实际有效射程只有10 m左右，基于HDTV视频等级传输的Amedia的WVA5000方案的实际有效射程可达75 m左右，传输时延在2 s以内，达到基本实时视频播放的效果。可以得出，在多媒体传输方面，基于5 GHz频段的Ameida公司的WVA5000方案与基于2.4 GHz传输的802.11 a/b/g方案相比，而802.11 a/b/g方案更加适合数据传输。表1为Amedia与802.11 a/b/g/多媒体传输方案比较。

表1 Amedia与802.11a/b/g/多媒体传输方案比较

4 小结

通过与基于2.4 GHz的IEEE 802.11 a/b/g/无线传输方案比较，采用WVA5000芯片组设计的基于5 GHz传输的多媒体收发系统在传输的有效负荷、传输速率、延时等方面具有优势，更符合企业、家庭、公安、消防、医疗卫生等专用领域高清晰多媒体信号无线传输的应用需求，而IEEE 802.11 a/b/g/无线传输产品更加适合数据传输应用。采用富士通的MB86H51硬件H.264编解码方案，编解码器上的成本占整个系统的比重比较大，下阶段将设计软件H.264编解码方案来进一步降低整个传输系统的成本。

[1]何浩，王玲，马文科.基于H.264无线网络视频监控系统的设计[J].电视技术，2008，32（10）：82-84.

[2]孙雪雁.基于MB86H51的H.264视频编解码系统的设计与实现[D].西安：西安电子科技大学，2010.

[3]郭继经，李晓飞，张国栋.IEEE802.11a的OFDM基带调制的FPGA实现[J].电视技术，2010，34（S1）：90-93.

[4]李海龙.基于802.11b/g的2.4G无线网络的问题研究[J].中国科技信息，2005（6）：29.

[5]张晓瀛，韩湘，李颖.5G无线局域网环境下OFDM对无线信道的适应性分析[J].电讯技术，2004（2）：166-170.

[6]张雪.多媒体无线网中QoS降级的公平性研究[J].通信学报，2007（5）：102-108.