引 言

　　目前微米、納米技術的研究非?；钴S，使得微小技術、微型機械電子系統(tǒng)（MEMS）技術得到迅速發(fā)展，從而大大促進，醫(yī)用器材的微型化、微觀化，出現(xiàn)了醫(yī)用光電微傳感器（如無線內(nèi)窺鏡）。無線內(nèi)窺鏡以微機電系統(tǒng)為基礎，由感知外界信息（力、熱、光、生、磁、化等）的微型傳感器、控制對象的執(zhí)行器、信號處理和控制電路、通信接口和電源等部件組成，將信息的獲取、處理和執(zhí)行集成在一起，形成一體化的、具有多種功能的微型系統(tǒng)。

　　當前，醫(yī)用無線內(nèi)窺鏡已有產(chǎn)品問世。以色列GI公司早在2001年5月即推出其M2A無線內(nèi)窺鏡產(chǎn)品，并獲得美國FDA認證。GI公司生產(chǎn)的膠囊型內(nèi)窺鏡長為26 mm，直徑為11mm，重3．5g；采用微功耗CMOS圖像傳感器，可觀察視角為14O°，可看清0.lmm左右的物體，采集速度為2幀／s。日本RF公司也于2001年底研制出NORIKA3膠囊型內(nèi)窺鏡系統(tǒng)。該產(chǎn)品采用超小型CCD攝像頭，含有8個鏡頭，可觀察視角為360°，圖像幀率可達30幀/s。“NORIKA3”利用位于藥丸內(nèi)的轉(zhuǎn)子線圈與產(chǎn)生磁場的體外定子線圈形成馬達結構來實現(xiàn)藥丸系統(tǒng)姿態(tài)控制。RF公司在其網(wǎng)站上發(fā)布了產(chǎn)品的設計模型。此外，Gong和Park等人電獨立發(fā)表論文，描述了各自關于無線內(nèi)窺鏡的設計。

　　目前國內(nèi)尚無獨立制造該產(chǎn)品的能力，而國外的產(chǎn)品價格昂貴，因此，研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的無線內(nèi)窺鏡產(chǎn)品具有重要意義。本文介紹無線內(nèi)窺系統(tǒng)的系統(tǒng)結構，圖像壓縮標準JPEG-LS在ARM7平臺上的實現(xiàn)，以及實現(xiàn)過程中所采用的調(diào)試方法、優(yōu)化方法。

　　1 系統(tǒng)組成與工作原理

　　1.1 內(nèi)窺系統(tǒng)組成結構

　　如圖1所示，無線內(nèi)窺鏡系統(tǒng)主要由主機和從機（無線內(nèi)窺鏡）組成。從機由攝像頭采集原始圖像，經(jīng)過壓縮處理，通過無線方式把壓縮后的圖像數(shù)據(jù)傳輸給主機；主機通過USB連接藍牙適配器接收壓縮圖像，并轉(zhuǎn)發(fā)給PC上的管理軟件，管理軟件將圖像解壓縮并顯示出來。

　　1．2 無線內(nèi)窺鏡組成結構

　　如圖2所示，無線內(nèi)窺鏡采用CPLD芯片EPM7256-144，實現(xiàn)30萬像素CMOS攝像頭OV7660的圖像采集控制，以及數(shù)據(jù)和地址總線的切換。利用Atmel公司的ARM7芯片AT91R40008，實現(xiàn)JPEG-LS無損圖像壓縮與藍牙無線數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)溫度、壓力采集以及可控光源和系統(tǒng)控制。CPLD和ARM7之間的圖像數(shù)據(jù)交換通過8位數(shù)據(jù)總線實現(xiàn)，ARM7和CPLD之間的握手控制則通過I/O口線實現(xiàn)。由于圖像數(shù)據(jù)量較大，按640&TImes;480分辨率、8位圖像的格式計算達幾十萬字節(jié)，故本系統(tǒng)外部擴展了2片上作在乒乓方式的512KB的SRAM作數(shù)據(jù)緩存。

　　1．3 系統(tǒng)工作原理

　　內(nèi)窺系統(tǒng)可以實現(xiàn)圖像的連續(xù)采集以及溫度、濕度、照明亮度等的控制。其中圖像采集是系統(tǒng)的核心，其工作流程如下：

　?、倌J情況下，系統(tǒng)工作在休眠狀態(tài)。

　　②工作人員通過PC管理軟件發(fā)送命令開始采集圖像，軟件通過USB接口把命令發(fā)送給藍牙適配器，然后發(fā)送給無線內(nèi)窺鏡。

　?、蹆?nèi)窺鏡接收到圖像采集命令后，ARM控制CPLD開始采集圖像數(shù)據(jù)。

　?、蹸PLD把采集到的一幀圖像數(shù)據(jù)寫入一塊SRAM中，把ARM的總線切換到該SRAM上，并通知ARM進行壓縮；同時CPLD往另一塊SRAM中繼續(xù)采集下一幀圖像，便于提高系統(tǒng)的吞吐率。

　　⑤ARM通過藍牙模塊返回響應命令，并返回采集JPEG-LS圖像的頭信息。

　?、轕C管理軟件發(fā)送命令接收下一行壓縮圖像，ARM壓縮該行原始圖像，并發(fā)送壓縮數(shù)據(jù)；如果出錯，可以重新發(fā)送。重復本步驟可以獲取整幀壓縮圖像。

　?、逷C軟件對壓縮圖像解碼并顯示，并提供其他附加功能，如圖像處理、保存等。

　?、嘀貜筒襟E②～⑦，獲取下一幀壓縮圖像。

　　由上述流程可以看出，JPEG-LS壓縮以及無線信道傳輸決定整個系統(tǒng)的圖像傳輸速率。無線傳輸采用藍牙技術，其標稱空中速率為1 Mbps，不易提高；因此，系統(tǒng)設計的核心是JPEG-LS的編碼效率。