摘 要：提出了一种基于H.261标准和蓝牙标准的视频压缩算法的无线传输系统。系统以自主研制开发的H.261标准的视频编、解码板为平台，通过蓝牙进行无线视频数据传输，在编解码板和蓝牙模块之间采用了简单方便而且技术相对成熟的高速UART，并采用FPGA来实现，能通过软件实现对数据码流的控制。因此，系统很好地实现了视频数据压缩算法和传输方式的可升级性。实际应用表明，该系统取得了良好视频效果，具有很好的应用前景。
关键词：H.261；蓝牙；视频编码；无线传输
1引言
当今，适用于远程视频监控的图像压缩标准有H26x和MPEG。而H.261标准（简称p*64），由国际电报电话咨询委员会(CCITT)的一个专家组在1990年12月制定［1］，解决了不同厂商间的产品兼容性问题，推动了电视会议系统和视频监控系统的迅猛发展。
蓝牙是一种工作在2.4 GHz频段的低功耗短距离跳频无线通信技术［2］。随着对 蓝牙技术研究的深入，蓝牙在视频方面的应用正逐渐展开，目前已经有蓝牙用作视频设备控 制系统的 报道。蓝牙的带宽比较窄，有人在从事低码率视频压缩工作以适应其紧张的带宽，并且已有 蓝牙在视频传输上应用的计算机模拟结果。
H.261视频压缩标准涵盖了各种不同码率和图像尺寸，并且有多种压缩算法可供选择。虽 然H.261压缩标准中有能适应蓝牙视频传输的选项，但是在蓝牙链路上传输H.261码流的 作法尚没有相关报道。
本文提出的无线视频传输方案是结合蓝牙和H.261两大技术，以MCU为H.261编解码控 制器 的编/解码板为平台，在蓝牙链路上传输H.261码流的一套系统。虽然这套系统和产品之 间还有一定的距离，但是他可以大大拓宽蓝牙的应用范围，为蓝牙的研究提供必要的数据 ，为进一步实现蓝牙无线视频传输的集成化系统提供参考。
2系统介绍
2.1硬件结构
整个系统主要由H.261编码、解码板各1块和2个蓝牙模块以及同步/异步转换模块和其他 相关设备构成。其中，H.261编码、解码板原理的具体介绍请参阅文献［3］；同 步/异步转换器通过CPLD来实现。图1为该视频传输系统原理框图。
传送系统由摄像机、H.261编码板、同异步转换器和蓝牙模块构成。摄像机将外界图像转换 为视频信号，通过H.261编码板将视频信号编码成标准的H.261视频码流。对压缩得到的码 流，再通过同步/异步转换器进行转换，由串口通信卡的高速UART传送给蓝牙模块，并由蓝 牙模块将其发送给接收系统中的蓝牙模块。
接收系统是传送系统的逆过程，他由一个蓝牙模块、同步/异步转换器、H.261解码板和 显 示器构成。系统在工作时，蓝牙模块接收发送系统中蓝牙模块传来的数据，并且将这些数据 通过串口通信卡的高速UART传给同步/异步转换器，再由转换器把数据流给H.261解码板， 通过解码生成视频信号给显示器进行图像显示。
2.2软件设计
系统软件包括H.261编、解码板控制软件、同步/异步转换器控制软件和蓝牙软件3部分 。蓝牙软件使用BlueStack编程，完成初始化、打开蓝牙设备和建立连接等功能；H.261编 、 解码板控制软件主要完成编码、解码板的初始化、编码量化控制的优化等任务；同步/异步 转换器控制软件用VHDL进行编写，完成视频数据流的同步/异步之间的相互转换。H.261编、解码板控制软件除完成编码、解码板的初始化任务，他的另外一个重要任务是完 成编码量化控制的优化。因为H.261建议对量化控制策略未做规定，因此这部分是开放的，允许针对不同的图像特点进行控制以得到更好的图像质量。编码芯片VP2611，VP2612预留了量化控制接口，控制器依据VP2612给出的数据缓冲区读、写指针，计算数据区充满度P，经适当的控制算法运算后输出量化阶距Q，写入VP2611。当输出数据缓冲区中数据量 过多时，还可控制VP2611做跳帧处理。控制器框图如图2所示，其中Pg为输出数据 缓冲区数据量设定值，控制算法以RQ模型为控制对象。当P>Pg时，加大Q，图像数据量下降，输出数据缓冲区数据量减少，图像质量降低。反之当P<Pg时，减小Q,图像数据量增加，输出数据缓冲区数据量增加，图像质量提高［4］。
在蓝牙软件的编写中参考了Bluelab 2.4中的一个例程，主程序流程如图3所示。
初始化设备包括对指示灯、调试信息以及系统内定时器的初始化。蓝牙内部有一小块称为Ｐ Ｓ的存储区，他是掉电不丢失数据的，蓝牙程序就是将对方地址记录在这一存储区里，每次 启动时都对该存储区的蓝牙地址对应的设备建立连接。在初始化完成之后，主程序还需要向 底层发送CM_INIT_REQ消息以便使蓝牙程序进入消息循环。
消息处理函数是整个程序的核心，所有功能的打开、连接等都由他来完成，其操作均 严格依照蓝牙协议的RFCOMM层进行［5］，这里就不再赘述。
在整个系统中要重点考虑的是数据传输的速率问题。由于当蓝牙工作在1类发射功率（1 00 mW）时，通信距离可扩展到100 m，他的速率限制了他在宽带网络中的应用。蓝牙点对 点传输时对称的最大有效速率为423.6 kb/s，不对称最大有效速率为721 kb/s，反向为57.6 kb/s。同时由于H.261编码采用了编码率技术，他的输出码流最高为2 Mb/s，最 低可为64 kb/s，而现在的蓝牙模块的不对称最大有效速率为721 kb/s，因此把系统中 传输的数据码流定在500 kb/s以下（具体情况见实验结果）,他的实现除了H.261编码板必须输出这样标准的码流外，其他过程的码流速率的控制是通过同步/异步（异步/同步）转换器的相关软件编程来实现的。
3实验结果与分析
图像的主观评价就是以人作为图像的观察者，对图像的优劣做出主观评定，主观评价大体 上分为2种类型：绝对评价和相对评价。绝对评价是由观察者根据一些实现规定的评价尺度 或自己的经验，对被评价图像提出质量判断，在有些情况下，也可以提供一组标准图像做参考，帮助观察者对图像质量做出合适的评价。绝对评价常用的评价尺度为“全优度尺度”，也就是观察者对图像的优劣以数字给分。即：
相对评价常用所谓“群优度尺度”。即由观察者将一批图像由好到坏进行分类，并对图像进行互相比较得出好坏并给出相应的分值。最后，以一定数量的观察者的平均分数作为评定的结果。其平均分数C定义为：
其中：Ck为图像属于k类的分数，nk为判定该图像属于k类的观察者人数。
很明显，上式分子即表示该图像所得总分数。分母则表示参加评价给分的观察者总人数。
在用前文介绍的系统做传输测试时选用了3种传输码率来测试，由同一段DVD的图像节目作为视频源，视频传输速率分别为256 kb/s，192 kb/s和128 kb/s，采用主观评价办法评价重建 图像的质量，评价组采用绝对评价的“全优度尺度”法记分。在实际传输中，还做了视频信噪比的测试。测试中使用了VQEG标准测试图形序列，评价结果如表1所示。
测试得分较低，主要是由于视频数据在信道传输过程中的数据丢失；视频的传输延时并没 有精确的测量数据，通过目测码流速率高的延时要小一些，大约为0.3～0.5 s， 视频数据在信道传输过程中延时较小。
虽然这一方案已经稳定可靠地传输视频流，但是其图像质量和帧率仍然不尽人意，有待改 进。而改进的方法有3种：增加信道带宽以便传输更多视频信息；用更高效率的编 码来提高视频质量；调传输和编码方式以提高带宽利用效率。
4结语
使用H.261蓝牙传输标准实时视频是有效可行的。就目前实现的功能来看，对于 一些清晰度和实时性要求不高的应用来说已经可以满足，随着蓝牙技术的不断进步和对蓝牙 应用研究的不断深入，该系统将具有很好的应用前景。
参考文献
［1］ CCITT Recommendation H.261Video Codec for Audio Visual Services at p *64 kb/s. COM XVR 37E,1990.
［2］ Bluetooth SIG Specification of the Bluetooth System Version [BF]http://www. bluetooth.com，2001.
［3］ 杨永杰，包志华.一种基于H.261建议的远程视频监控系统的实现［J］.电视技术，2003 ，(4)：41-43.
［4］CCITT Stydt Group XV Draft Revison of Recommendation H 261 Video Codecfor Audiovisual Services at pE Geneva，1990，(6)：16-27.
［5］ 杨永杰，章国安，冯军.基于蓝牙的WPAN连接技术［J］南通工学院学报(自然科学 版)，2003，2(4)：78-81.
1引言
当今，适用于远程视频监控的图像压缩标准有H26x和MPEG。而H.261标准（简称p*64），由国际电报电话咨询委员会(CCITT)的一个专家组在1990年12月制定［1］，解决了不同厂商间的产品兼容性问题，推动了电视会议系统和视频监控系统的迅猛发展。
蓝牙是一种工作在2.4 GHz频段的低功耗短距离跳频无线通信技术［2］。随着对 蓝牙技术研究的深入，蓝牙在视频方面的应用正逐渐展开，目前已经有蓝牙用作视频设备控 制系统的 报道。蓝牙的带宽比较窄，有人在从事低码率视频压缩工作以适应其紧张的带宽，并且已有 蓝牙在视频传输上应用的计算机模拟结果。
H.261视频压缩标准涵盖了各种不同码率和图像尺寸，并且有多种压缩算法可供选择。虽 然H.261压缩标准中有能适应蓝牙视频传输的选项，但是在蓝牙链路上传输H.261码流的 作法尚没有相关报道。
本文提出的无线视频传输方案是结合蓝牙和H.261两大技术，以MCU为H.261编解码控 制器 的编/解码板为平台，在蓝牙链路上传输H.261码流的一套系统。虽然这套系统和产品之 间还有一定的距离，但是他可以大大拓宽蓝牙的应用范围，为蓝牙的研究提供必要的数据 ，为进一步实现蓝牙无线视频传输的集成化系统提供参考。
2系统介绍
2.1硬件结构
整个系统主要由H.261编码、解码板各1块和2个蓝牙模块以及同步/异步转换模块和其他 相关设备构成。其中，H.261编码、解码板原理的具体介绍请参阅文献［3］；同 步/异步转换器通过CPLD来实现。图1为该视频传输系统原理框图。
传送系统由摄像机、H.261编码板、同异步转换器和蓝牙模块构成。摄像机将外界图像转换 为视频信号，通过H.261编码板将视频信号编码成标准的H.261视频码流。对压缩得到的码 流，再通过同步/异步转换器进行转换，由串口通信卡的高速UART传送给蓝牙模块，并由蓝 牙模块将其发送给接收系统中的蓝牙模块。
接收系统是传送系统的逆过程，他由一个蓝牙模块、同步/异步转换器、H.261解码板和 显 示器构成。系统在工作时，蓝牙模块接收发送系统中蓝牙模块传来的数据，并且将这些数据 通过串口通信卡的高速UART传给同步/异步转换器，再由转换器把数据流给H.261解码板， 通过解码生成视频信号给显示器进行图像显示。
2.2软件设计
系统软件包括H.261编、解码板控制软件、同步/异步转换器控制软件和蓝牙软件3部分 。蓝牙软件使用BlueStack编程，完成初始化、打开蓝牙设备和建立连接等功能；H.261编 、 解码板控制软件主要完成编码、解码板的初始化、编码量化控制的优化等任务；同步/异步 转换器控制软件用VHDL进行编写，完成视频数据流的同步/异步之间的相互转换。H.261编、解码板控制软件除完成编码、解码板的初始化任务，他的另外一个重要任务是完 成编码量化控制的优化。因为H.261建议对量化控制策略未做规定，因此这部分是开放的，允许针对不同的图像特点进行控制以得到更好的图像质量。编码芯片VP2611，VP2612预留了量化控制接口，控制器依据VP2612给出的数据缓冲区读、写指针，计算数据区充满度P，经适当的控制算法运算后输出量化阶距Q，写入VP2611。当输出数据缓冲区中数据量 过多时，还可控制VP2611做跳帧处理。控制器框图如图2所示，其中Pg为输出数据 缓冲区数据量设定值，控制算法以RQ模型为控制对象。当P>Pg时，加大Q，图像数据量下降，输出数据缓冲区数据量减少，图像质量降低。反之当P<Pg时，减小Q,图像数据量增加，输出数据缓冲区数据量增加，图像质量提高［4］。
在蓝牙软件的编写中参考了Bluelab 2.4中的一个例程，主程序流程如图3所示。
初始化设备包括对指示灯、调试信息以及系统内定时器的初始化。蓝牙内部有一小块称为Ｐ Ｓ的存储区，他是掉电不丢失数据的，蓝牙程序就是将对方地址记录在这一存储区里，每次 启动时都对该存储区的蓝牙地址对应的设备建立连接。在初始化完成之后，主程序还需要向 底层发送CM_INIT_REQ消息以便使蓝牙程序进入消息循环。
消息处理函数是整个程序的核心，所有功能的打开、连接等都由他来完成，其操作均 严格依照蓝牙协议的RFCOMM层进行［5］，这里就不再赘述。
在整个系统中要重点考虑的是数据传输的速率问题。由于当蓝牙工作在1类发射功率（1 00 mW）时，通信距离可扩展到100 m，他的速率限制了他在宽带网络中的应用。蓝牙点对 点传输时对称的最大有效速率为423.6 kb/s，不对称最大有效速率为721 kb/s，反向为57.6 kb/s。同时由于H.261编码采用了编码率技术，他的输出码流最高为2 Mb/s，最 低可为64 kb/s，而现在的蓝牙模块的不对称最大有效速率为721 kb/s，因此把系统中 传输的数据码流定在500 kb/s以下（具体情况见实验结果）,他的实现除了H.261编码板必须输出这样标准的码流外，其他过程的码流速率的控制是通过同步/异步（异步/同步）转换器的相关软件编程来实现的。
3实验结果与分析
图像的主观评价就是以人作为图像的观察者，对图像的优劣做出主观评定，主观评价大体 上分为2种类型：绝对评价和相对评价。绝对评价是由观察者根据一些实现规定的评价尺度 或自己的经验，对被评价图像提出质量判断，在有些情况下，也可以提供一组标准图像做参考，帮助观察者对图像质量做出合适的评价。绝对评价常用的评价尺度为“全优度尺度”，也就是观察者对图像的优劣以数字给分。即：
相对评价常用所谓“群优度尺度”。即由观察者将一批图像由好到坏进行分类，并对图像进行互相比较得出好坏并给出相应的分值。最后，以一定数量的观察者的平均分数作为评定的结果。其平均分数C定义为：
其中：Ck为图像属于k类的分数，nk为判定该图像属于k类的观察者人数。
很明显，上式分子即表示该图像所得总分数。分母则表示参加评价给分的观察者总人数。
在用前文介绍的系统做传输测试时选用了3种传输码率来测试，由同一段DVD的图像节目作为视频源，视频传输速率分别为256 kb/s，192 kb/s和128 kb/s，采用主观评价办法评价重建 图像的质量，评价组采用绝对评价的“全优度尺度”法记分。在实际传输中，还做了视频信噪比的测试。测试中使用了VQEG标准测试图形序列，评价结果如表1所示。
测试得分较低，主要是由于视频数据在信道传输过程中的数据丢失；视频的传输延时并没 有精确的测量数据，通过目测码流速率高的延时要小一些，大约为0.3～0.5 s， 视频数据在信道传输过程中延时较小。
虽然这一方案已经稳定可靠地传输视频流，但是其图像质量和帧率仍然不尽人意，有待改 进。而改进的方法有3种：增加信道带宽以便传输更多视频信息；用更高效率的编 码来提高视频质量；调传输和编码方式以提高带宽利用效率。
4结语
使用H.261蓝牙传输标准实时视频是有效可行的。就目前实现的功能来看，对于 一些清晰度和实时性要求不高的应用来说已经可以满足，随着蓝牙技术的不断进步和对蓝牙 应用研究的不断深入，该系统将具有很好的应用前景。
参考文献
［1］ CCITT Recommendation H.261Video Codec for Audio Visual Services at p *64 kb/s. COM XVR 37E,1990.
［2］ Bluetooth SIG Specification of the Bluetooth System Version [BF]http://www. bluetooth.com，2001.
［3］ 杨永杰，包志华.一种基于H.261建议的远程视频监控系统的实现［J］.电视技术，2003 ，(4)：41-43.
［4］CCITT Stydt Group XV Draft Revison of Recommendation H 261 Video Codecfor Audiovisual Services at pE Geneva，1990，(6)：16-27.
［5］ 杨永杰，章国安，冯军.基于蓝牙的WPAN连接技术［J］南通工学院学报(自然科学 版)，2003，2(4)：78-81.
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