वायरलेस बैटरी-फ्री एचडी कैमकॉर्डर

ASIC वायरलेस HD कैमकॉर्डर। फोटो: वाशिंगटन विश्वविद्यालय

Backscattering एक भौतिक घटना है जिसमें तरंगों, कणों या संकेतों को विपरीत दिशा में परिलक्षित किया जाता है, अर्थात स्रोत की ओर। यह पारंपरिक रूप से खगोल विज्ञान, फोटोग्राफी और अल्ट्रासाउंड में उपयोग किया जाता है। लेकिन यह पता चला है कि इस घटना का उपयोग इलेक्ट्रॉनिक्स, सेंसर और रेडियो ट्रांसमीटर के लिए किया जा सकता है।

वाशिंगटन विश्वविद्यालय के सेंसर सिस्टम प्रयोगशाला ने एक एचडी वीडियो मॉड्यूल विकसित किया है जो क्रमशः 720p और 1080p वीडियो स्ट्रीम को 321 और 806 μW की बिजली की खपत के साथ 60 एफपीएस तक पहुंचाता है। यह मौजूदा वायरलेस कैमरों की तुलना में 1,000-1,000,000 गुना कम है। दूसरे शब्दों में, मॉड्यूल में पर्यावरण (वाईफाई, प्रकाश, कंपन, तापमान अंतर, माइक्रोवेव विकिरण, आदि) से पर्याप्त ऊर्जा निकाली जाएगी।

यह एडीसी और वीडियो एनकोडर सहित डिवाइस से "अनावश्यक" इलेक्ट्रॉनिक्स को हटाकर हासिल किया गया था। सेंसर से सिग्नल बैकस्कैटरिंग के साथ पल्स-चौड़ाई मॉड्यूलेटर के माध्यम से एनालॉग रूप में प्रेषित होता है।

कल्पना कीजिए कि हमारे पास एक वायरलेस वीडियो कैमरा है, उदाहरण के लिए, एक निगरानी वीडियो कैमरा, स्मार्ट चश्मा या चीजों के इंटरनेट से एक और गैजेट। संक्षेप में, एक वायरलेस कैमकॉर्डर निम्नानुसार काम करता है:

• फोटान प्रकाश संश्लेषक मैट्रिक्स के फोटोडियोड पर पहुंचते हैं, जो प्रकाश को विद्युत आवेश में परिवर्तित करते हैं;
• कम शोर एम्पलीफायर (LNA) संकेत को बढ़ाता है;
• स्वचालित लाभ नियंत्रण मॉड्यूल (एजीसी) यह जांचता है कि परिणामस्वरूप सिग्नल एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टर (एडीसी या एडीसी) द्वारा संसाधित सीमा से आगे नहीं जाता है;
• ADC विवेकाधिकार करता है और एनालॉग वोल्टेज वृद्धि को डिजिटल रूप में परिवर्तित करता है;
• एक वीडियो एनकोडर एक डिजिटल वीडियो सिग्नल को संपीड़ित करता है;
• एक रेडियो ट्रांसमीटर आधार पर एक डिजिटल वीडियो सिग्नल पहुंचाता है।

इस तरह के गैजेट में ऊर्जा की खपत का शेर फोटोसेन्सिटिव सेंसर पर नहीं, बल्कि बाकी इलेक्ट्रॉनिक्स पर पड़ता है। यह साबित हो चुका है कि 128 × 128 सेंसर खुद सिर्फ 1.2 माइक्रोवेट पर काम कर सकता है ।

तो, बिजली की खपत को कम करने के लिए सेंसर सिस्टम की प्रयोगशाला से इंजीनियरों ने मॉड्यूल के बाहर अन्य इलेक्ट्रॉनिक घटकों के साथ एडीसी को लाया ।


एक डिजिटल सिग्नल ट्रांसमीटर के साथ एक पारंपरिक वीडियो कैमरा का आरेख


बैकस्कैटरिंग के माध्यम से एनालॉग सिग्नल ट्रांसमीटर के साथ एक वीडियो कैमरा का आरेख, जहां बाकी इलेक्ट्रॉनिक्स मॉड्यूल के बाहर है

जैसा कि आप देख सकते हैं, एक कम-शोर एम्पलीफायर (LNA), एक स्वचालित विनियमन मॉड्यूल (AGC), एक एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टर (ADC), और एक वीडियो एनकोडर को मोबाइल पक्ष से रिसीवर पक्ष में स्थानांतरित किया जाता है। पारंपरिक रेडियो ट्रांसमीटर के बजाय, बैकस्कैटर के साथ एक पल्स चौड़ाई न्यूनाधिक (PWM) का उपयोग किया जाता है।


बैकस्कैटर पल्स चौड़ाई मॉड्यूलेटर सर्किट

दिलचस्प बात यह है कि पीडब्लूएम संदर्भ फ्रेम में एनालॉग सिग्नल को भी संपीड़ित करता है । यह विचार है कि पड़ोसी पिक्सल के मूल्य एक दूसरे से बहुत कम हैं। इसलिए, मैट्रिक्स की सामान्य लाइन-बाय-लाइन स्कैनिंग के बजाय, एक ज़िगज़ैग स्कैन को यहां लागू किया गया था, जब लाइनों को बाएं से दाएं स्कैन किया जाता है, और विषम रेखाएं दाईं से बाईं ओर स्कैन की जाती हैं। प्रयोगों से पता चला है कि यह रेडियो ट्रांसमिशन बैंड को कम करता है।

तालिका 30 से अधिक डीबी (औसतन और सबसे खराब परिणाम प्रत्येक परिदृश्य के सैकड़ों प्रयोगों के परिणामों के अनुसार दिखाए गए हैं) के शोर के अनुपात में पीक सिग्नल के साथ वीडियो ट्रांसमिशन के लिए बैंडविड्थ दिखाती है।



ट्रांसमिशन क्वालिटी, यानी बिट्स (ईएनओबी) इंडिकेटर की प्रभावी संख्या , कैमकॉर्डर और सिग्नल रिसीवर के बीच की दूरी पर निर्भर करती है। आरेख 4 से 16 फीट (1.22 से 4.88 मीटर) की दूरी पर एक प्रयोगशाला प्रयोग के परिणाम दिखाता है। उदाहरण के लिए, अलग-अलग नुकसान पर फ्रेम की गुणवत्ता की तुलना (3 से 7 बिट्स से ईएनओबी) भी दी जाती है।



सेंसर सिस्टम की प्रयोगशाला में, वे लंबे समय से प्रयोग कर रहे हैं, विभिन्न माइक्रोकिरेट्स में बैकस्कैटरिंग का उपयोग कर रहे हैं। पहले, उन्होंने ओपन सोर्स प्लेटफॉर्म WISP (वायरलेस आइडेंटिफिकेशन एंड सेंसिंग प्लेटफॉर्म) विकसित किया। ये एक ओपन सोर्स प्लेटफॉर्म पर ईपीसी क्लास 1 जेनरेशन 2 आरएफआईडी सेंसर एक प्रोग्रामेबल 16-बिट कंट्रोलर के साथ हैं जो विभिन्न सेंसर के साथ संगत है। यह यूएचएफ आरएफआईडी उच्च-आवृत्ति आरएफआईडी स्कैनर के माध्यम से डेटा प्रसारित करता है और इससे ऊर्जा प्राप्त करता है, अर्थात, इसे बैटरी की बिल्कुल भी आवश्यकता नहीं होती है। WISP प्लेटफॉर्म पर पारंपरिक RFID के विपरीत, RFID टैग को मनमाने ढंग से कंप्यूटर प्रोग्राम चलाने के लिए प्रोग्राम किया जाता है।


WISP प्लेटफार्म

लघु उपकरण लगभग ऊर्जा का उपभोग नहीं करते हैं, इसलिए वे निगरानी प्रणालियों, वीडियो निगरानी कैमरों, पहनने योग्य गैजेट्स आदि में काम के लिए आदर्श रूप से अनुकूल हैं। सामान्य तौर पर, इलेक्ट्रॉनिक्स में बैकस्कैटरिंग का उपयोग इस तथ्य को जन्म दे सकता है कि भविष्य में कई मोबाइल उपकरणों को बैटरी से छुटकारा मिल जाएगा। "निष्क्रिय वाईफाई" के बारे में अधिक जानकारी वाशिंगटन विश्वविद्यालय में विशेषज्ञों द्वारा पहले प्रकाशित वैज्ञानिक लेखों में मिल सकती है:

• वाई-फाई बैकस्कैटर: आरएफ-संचालित उपकरणों के लिए इंटरनेट कनेक्टिविटी
• निष्क्रिय वाई-फाई: वाई-फाई प्रसारण में कम बिजली लाना

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