Estudio de transmisión inalámbrica de imágenes en aplicaciones de corto alcance; elección y caracterización entre enlaces analógicos y digitales

Abstract

Esta Memoria se origina en la necesidad de disponer de enlaces de radio frecuencias en aplicaciones cotidianas o diseños tecnológicos comerciales, evitando así la comunicación física mediante cables entre distintos dispositivos, ya sea por comodidad, barreras físicas del medio, seguridad o imposiciones de diseño. En esa misma línea, el objetivo de este trabajo consiste en dotar de un bloque de transferencia inalámbrica de imágenes a un ecógrafo diseñado en el país. El estudio detrás de tal implementación se centra en la identificación de aspectos de importancia en una transmisión inalámbrica de corto alcance, tales como: banda de frecuencia a usar; saturación de la banda; obstaculización; direccionalidad de la señal; esquema analógico o digital a implementar y aislamiento electromagnético propio de las PCBs donde se montan dichos sistemas. En este trabajo, se diseñó e implementó un bloque de transmisión analógico, el cual transmite video compuesto NTSC y opera en la banda libre de 5.8 GHz, mediante circuitos integrados especializados. Este enlace fue completado a todo nivel, es decir, se fabricó tanto la PCB transmisora como la receptora, y se compatibilizó ambas con los elementos terminales mediante programación y construcción de hardware auxiliar. La primera PCB se comunica con el actual prototipo del ecógrafo y recibe video de 640 x 480 píxeles en formato VGA entrelazado -lo cual implicó la elaboración de un bloque de compatibilidad VGA a NTSC dentro del mismo procesamiento del sistema-, luego lo codifica a NTSC y transmite de forma inalámbrica. La segunda PCB, por su parte, permitió coordinar y disponer de un prototipo funcional de recepción de video analógico, junto con su posterior visualización en dispositivos personales HMDs. Sin embargo, la calidad de imagen obtenida se vió limitada por la misma naturaleza del NTSC y el enlace analógico, notando pequeñas perturbaciones visuales al existir obstaculización entre emisor y receptor. Por otro lado, también se estudiaron las ventajas generadas por un esquema de enlace digital, el cual potencialmente permite mayor capacidad de transferencia de datos, seguridad, y mejor calidad de imagen. Este estudio, se centró en la compresión y descompresión de imágenes en formato JPEG2000, previo al envío de datos. Esta etapa es necesaria en toda aplicación de video digital, e implica mayor complejidad -en términos de implementación- que el enlace mismo, o más aún, que el esquema de transferencia analógico. Así fue posible diseñar una tarjeta de desarrollo compatible con la plataforma DE2 de Altera para el envío, manejo y (des)compresión de imágenes en tiempo real. Finalmente se culmina la propuesta de transmisión digital indicando las etapas necesarias de programación y captura de imágenes desde el equipo, para ser transmitidas bajo WiFi en la banda de 2.4 GHz. Este trabajo permitirá disponer de un ecógrafo capaz de enviar video inalámbrico, y plantea el esquema de compresión y envío digital de imágenes como mejora al actual prototipo. Por otro lado, las consideraciones realizadas sobre el diseño en PCBs para video, más los proyectos de descripción de hardware para FPGAs facilitados, permiten acelerar el proceso de obtención de nuevos prototipos tecnológicos funcionales.