專利名稱：遠程無線視頻監(jiān)視方法與系統(tǒng)的制作方法
背景技術：
諸如配用全運動視頻的監(jiān)視應用，要求傳遞大量數(shù)據(jù)。在必須在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)內傳遞大量數(shù)據(jù)時，設法減少對該系統(tǒng)的性能要求的努力得出了各種數(shù)據(jù)壓縮方法，如可以壓縮視頻或圖表數(shù)據(jù)以占用更小空間，然后發(fā)射壓縮的數(shù)據(jù)，而且因數(shù)據(jù)被壓縮成更少的信息位，要發(fā)射的位更少，故在一定程度上減輕了數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的負符。然而，對可被壓縮的數(shù)據(jù)程度有一些限制。過去，壓縮對系統(tǒng)提出的計算內務操作有時要花過長時間來完成。壓縮的數(shù)據(jù)必須在傳輸系統(tǒng)另一端的目的地被解壓縮才能使用，這對系統(tǒng)提出了附加的計算內務操作。雖然可用軟件作壓縮與解壓縮，但在某些應用諸如每秒實時全移動30幀視頻中，這種操作速度限制了這類技術的實用性。若應用專用硬件，則在要求小尺寸與超小型化的應用中，壓縮與解壓縮所需的附加硬件限制了使用，而在另一些場合，這種附加硬件的成本又行不通。
把實時視頻信號從遠地傳輸?shù)交?，通常采用兩種方法之一微波或衛(wèi)星。與這些方法關聯(lián)的設備極昂貴，且有很大限制，衛(wèi)星技術作遠程傳輸所需的大量設備，要求把設備裝在帶構成整體所必要的衛(wèi)星拋物面天線的卡車里，接收自視頻攝像機的信號向衛(wèi)星發(fā)射，然后射向基地作廣播。雖然對大事件諸如從單一地點作長時間傳輸?shù)倪\動會而言，與衛(wèi)星傳輸有關的費用是無可非議的，但對大多數(shù)監(jiān)視應用來說，衛(wèi)星傳輸所需的大量設備與復雜的技術極為昂貴，是不切實際的。
微波傳輸技術雖然克服了衛(wèi)星技術的某些限制，但其本身有若干額外的限制。微波傳輸系統(tǒng)的費用不大，設備較少，利用普通微波系統(tǒng)，得到的視頻信號由車載發(fā)射天線以微波頻率從遠地發(fā)送到基地天線作廣播。
用這種技術將車載天線對準基地天線遇到了困難，發(fā)射天線與基地天線間的障礙物也會妨礙信號通過。在一地點獲取短小視頻片段、傳輸該信號、移到另一地點、傳輸、移動等方面，配置上的局限性也阻礙了微波傳輸系統(tǒng)的應用。傳輸還受制于車輛與被攝地點的接近性。
盡管蜂窩技術已發(fā)展到能讓蜂窩電話發(fā)送話音消息與數(shù)據(jù)，諸如從一地到另一地的傳真和計算機文件傳輸，但該技術還未用于發(fā)送優(yōu)質的視頻信號。
無線LAN系統(tǒng)中的現(xiàn)有技術包括各種紅外(IR)和射頻(RF)系統(tǒng)。現(xiàn)有技術的IR系統(tǒng)缺乏傳輸每秒全運動30幀視頻的帶寬、光學元件或協(xié)議；現(xiàn)有技術的RF系統(tǒng)則受制于數(shù)據(jù)速率小于10Mbit/s的頻譜或被設計成靜止安裝與交流電操作。
因此，為了捕獲遠地的實時質量視頻并把它傳輸?shù)交?，本領域需要一種高便攜性、成本有效的方法與設備。還要求將來自遠地的視頻信號通過基地設備經(jīng)計算機網(wǎng)絡、陸地線路或其它網(wǎng)絡再傳輸?shù)讲煌赜虻膹亩嘤脩簟?
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種為捕獲全色全運動的音/視頻信號，以因特網(wǎng)協(xié)議(IP)格式把該信號數(shù)字化和壓縮為數(shù)字化數(shù)據(jù)文件，并在微波頻率范圍內用小型便于隱藏的遙控遠地單元發(fā)送該信號的方法與裝置。
遠地單元包括生成、數(shù)據(jù)化與壓縮視頻信號，存貯數(shù)字化與壓縮的數(shù)據(jù)文件，并在微波頻率范圍內傳輸該數(shù)據(jù)文件的裝置。遠地單元還在傳輸前把數(shù)據(jù)文件先存貯到存貯設備諸如硬盤驅動器，供以后在播放單元上檢索收看。
在一較佳實施例中，音/視頻信號從遠地視頻攝像機輸入遠地單元。
基地單元是一組合式微波收發(fā)機與便攜個人計算機，有一個或多個計算機網(wǎng)絡接口。裝在基地單元硬盤驅動器上的計算機軟件，令其把輸入信號捕獲到基地單元內的視頻播放機軟件，以在基地單元視頻顯示器上觀看。
裝在遠地單元場可編程門陣列(FPGA)上的軟件序列，對貯存在系統(tǒng)硬驅動器上的數(shù)據(jù)自動編目，或接收從基地單元計算機終端輸入的用戶指令。
附圖簡介
圖1是本發(fā)明一實施例中無線傳輸視頻數(shù)據(jù)系統(tǒng)的框圖。
圖2是圖1系統(tǒng)的遠地單元的框圖。
圖3是圖1系統(tǒng)的基地單元的框圖。
較佳實施例的詳細描述如下詳述，本發(fā)明利用微波傳輸功能可遠地采集每秒全運動30幀(FPS)視頻。
如圖1所示，本發(fā)明的系統(tǒng)包括用于捕獲與無線傳輸視頻數(shù)據(jù)的遠地單元10、位于數(shù)英里以外接收視頻數(shù)據(jù)的基地單元12和用一個或多個計算機網(wǎng)絡16接至基地單元12用于全球觀看和/或下載該視頻數(shù)據(jù)的多個監(jiān)視站14。
如圖2所示，遠地單元10包括至少一臺模擬視頻攝像機18；接收和處理來自攝像機18的模擬數(shù)據(jù)的視頻電路板20；把數(shù)據(jù)發(fā)射到基地單元12的微波收發(fā)單元22；微波收發(fā)機22的天線24；硬盤驅動單元36；和操作攝像機、視頻電路板、微波收發(fā)機與遠地單元硬驅器的電池電源28。
視頻攝像機在提到的本發(fā)明若干目的中，設置了視頻圖像傳輸系統(tǒng)用于連續(xù)可靠地監(jiān)視一個或若干地點。若被監(jiān)視地點不止一個，即使這些地點相互遠離并與中央站遠離，本系統(tǒng)也能從基站同時監(jiān)視所有的地點。為此，該系統(tǒng)配備了電路板一級的超小型視頻攝像機18，諸如電荷耦合器件(CCD)攝像機、金屬氧化物半導體(CMOS)攝像機或其它本領域已知的觀察或檢查設備。
在本發(fā)明一較佳形式中，攝像機是一種尺寸特別小的“電路板級”攝像機。攝像機的小尺寸有利于本發(fā)明成像模塊的應用與功能。
較佳地，鏡頭是一種流行的25mm“唇膏”鏡頭，但使用50mm的消色差場鏡頭顯然也能得到期望的視場(4.5mm×6.00mm)。較佳地，攝像機裝在視頻電路板上。
若要遙控攝像機，本發(fā)明系統(tǒng)允許用在基地單元的用戶或與基地單元網(wǎng)絡上通信的其它計算機終端發(fā)送控制輸入，對遠地視頻攝像機調節(jié)隨動攝影、傾斜、移動鏡頭和聚焦設定(PTZ)。索尼電子公司供應的一系列攝像機，具有與標準PTZ驅動器兼容的工業(yè)標準遙控PTZ軟件。一臺可用于本發(fā)明的這類攝像機是索尼EVID30C型，它具有如下特性視頻信號NTSC制圖像傳感器1/3”IT彩色CCD有效像素768(H)×492(v)水平分辨度460電視線垂直分辨度；350電視線鏡頭X12倍變焦鏡頭，～f＝5.4～64.8mm，F(xiàn)1.8～F2.7水平視角4.4°(電視端)～48.8°(寬端)垂直視角3.2°(電視端)～37.6°(寬端)最短被攝物距離10mm(寬端)，800mm(電視端)最小照明7勒克斯(F1.8)照明范圍7～100,000勒克斯自動曝光自動光圈，AGC快門速度1/60～1/10,000(VISCA&#8482；控制)增益自動/手動(VISCA&#8482；控制)白平衡TTL自動跟蹤/一推保持，室內預置，室外預置(VISCA控制)信噪比大于48dB隨動攝影/傾斜水平±100°(最大速度80°/秒)，垂直±25°(最大速度50°/秒)視頻輸出RCA管腳插孔，1Vp-p，75歐姆不平衡式S視頻輸出4管腳，最小DIN音頻輸出RCA管腳插孔(單耳)，額定輸出327mV，輸出阻抗小于2.2千歐姆控制端子RS232C，8腳最小DIN，9600bps，數(shù)據(jù)8位，停止1位話筒輸入端子小插孔(單耳)(直徑3.5)，額定輸入0.775mV，DC3V，用于低阻抗話筒，輸入阻抗大于10K歐姆功率端子DC IN13.5V(ELAJ統(tǒng)一極性型)電源要求DC12～14V功耗11瓦工作溫度0～40℃
貯藏溫度-20～60℃尺寸(寬/高/長(W/H/D))攝像機142×109×164mm重量攝像機1200克視頻電路板一臺或多臺視頻攝像機18較佳地位于或貼近遠地單元10的視頻電路板20。視頻電路板20對三臺攝像機備有視頻、音頻輸入功能的輸入端，對每臺攝像機備有PTZ控制功能的RS232輸出端，三個視頻輸入為NTSC或PAL制式，還為IDE硬驅器備有輸出措施和功能，以在本機存貯視頻數(shù)據(jù)供以后檢索收看。
視頻電路板還包括視頻編譯碼器芯片30，用于獲取音/視頻信號，把它轉換成計算機數(shù)據(jù)文件，并將其壓縮；對視頻電路板元件的操作作網(wǎng)基遙控的FPGA32；和把視頻數(shù)據(jù)轉換成IP格式并對FPGA32接收進入的網(wǎng)基控制指令的以太網(wǎng)收發(fā)機34。視頻電路板的以太網(wǎng)收發(fā)機34接RJ-45連接器，后者經(jīng)5e級扭絞對電纜36接至微波收發(fā)單元22上的另一RJ-45連接器。
視頻編譯碼器視頻編譯碼芯片30包括視頻編碼器與譯碼器芯片，具有把輸入模擬視頻轉換到IP基協(xié)議的算法。
適合本發(fā)明的編譯碼器包括西格姆設計公司(Sigma Designs)的EM8470系列MPEG-4譯碼器，可譯碼MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4。MPEG指“運動圖片專家組”，已開發(fā)了音視頻壓縮/解壓縮子程序標準草案。適合的還有流式機器公司(StreamMachine)的CS92288(SM2288)MPEG-2視頻編譯碼器，是單芯片MPEG-2Main Level@Main Profile音視頻編譯碼器。
以太網(wǎng)收發(fā)機1990年以來，IEEE(電氣電子工程師協(xié)會公司)標準802.3i-1990規(guī)定的有線局域網(wǎng)迅速成為卓越的有線網(wǎng)標準。該網(wǎng)絡通常稱為10BASE-T以太網(wǎng)，10BASE-T是一縮寫，代表10Mb/s、基帶傳輸和扭絞對布線。本發(fā)明中，兩個10BASE-T應用軟件可構成一個應用由扭絞對布線連接的交錯連接收發(fā)機的“網(wǎng)絡”。
本領域已知，以太網(wǎng)收發(fā)機34包括-10BASE-T媒體相關接口，可用接標準接口連接器的扭絞對電纜36與無線收發(fā)機22通信。
微波收發(fā)單元微波收發(fā)單元22包括類似于在視頻電路板中使用的以太網(wǎng)收發(fā)機38、微波收發(fā)機40和內部陣列式微波天線24。以太網(wǎng)收發(fā)機22和微波收發(fā)機40可在若干市售的無線橋路之一的內部陣列組合件中見到，這種無線橋路工作于FCC批準的U-NII波段，例如在一方向以5.3GHz和在另一方向以5.8GHz同時用一條信道提供全雙工通信。應用IEEE標準10BASE-T以太網(wǎng)的這些無線強度調制的二進制編碼數(shù)據(jù)收發(fā)機，為本發(fā)明系統(tǒng)提供了高容量傳輸，包括10/100以太網(wǎng)的IP(和全雙工或半雙工LAN支持)，用整體平板天線的工作距離達4英里，用拋物面天線工作距離達7英里。
無線微波收發(fā)機40和以太網(wǎng)收發(fā)機38通過IP輸入端用FPGA通信控制器42控制。
本領域已知，以太網(wǎng)收發(fā)機38包括-10BASE-T媒體相關接口，可用接標準接口連接器的扭絞對電纜36與無線收發(fā)機通信。無線收發(fā)機40應用的數(shù)據(jù)速率為10兆字節(jié)，調制類型為DFSK或4FSK。如本領域已知，F(xiàn)SK代表頻移鍵控。如在美國，郵局標準顧問組采納了頻移鍵控(FSK)的調制處理(對尋呼機)。適用于本發(fā)明的市售產品包括普羅克西姆公司(Proxim)制造的Stratum100無線無線電系統(tǒng)，提供100Mbps全雙工；和西方多路通信公司(Western Multiplex)制造的LynxDC-3無線橋路，它工作于免許可證的5.3/5.8GHZU-NII波段，全雙工容量為155Mbps，傳輸距離達到7英里/11公里。
電池電源電池電源28較佳地包括一塊6伏的凝膠池(gel cell)型電池，它能操縱攝像機、視頻電路板、微波收發(fā)機和盤驅器長達8小時。在環(huán)境光照充足的環(huán)境中使用時，可對該電源增設一太陽電池陣列，以延長電池壽命。
網(wǎng)基控制器微波收發(fā)單元22和視頻電路板20二者都可通過場可編程門陣列32與42(FPGA)作IP尋址。兩個FPGA都包括多個可配置的邏輯塊(CLB)，每塊都有一可配置的邏輯元件(CLE)和一關聯(lián)的功能塊。
FPGA的設計周期較短，通過邏輯合并減少了成本，再編程靈活。FPGA的性能與規(guī)格已為本領域熟悉。
有些類型的FPGA用包括查表(LUT)的可編程邏輯塊網(wǎng)絡實現(xiàn)，LUT用來執(zhí)行用戶編程的LUT輸入的邏輯功能，具體LUT的輸入端數(shù)取決于FPGA結構。
例如，可以響應于與列關聯(lián)的三個輸入信號生成每列的相加與進位信號。下面表1歸納了響應于三類輸入信號A、B、C而生成的和及進位信號。
表1
在本發(fā)明較佳實施例中，編程包括與電路板上硬件/固件互作用的任一“網(wǎng)絡應用瀏覽器”軟件的標準布局。FPGA用人工編制或開發(fā)/設計應用程序編制的C碼編碼。如本領域所知，編程代碼包括諸如FFT、FIR、IIR、Reed-Solomon等變換的算法，把模擬信號(此時為波形)轉換成二進制格式。
基地單元信號收集點如圖3所示，基地單元12用作數(shù)據(jù)收集點，包括與遠地單元10的微波收發(fā)單元22類似的微波天線44、微波收發(fā)機46與以太網(wǎng)收發(fā)機48以及臺式個人計算機50。
基地單元臺式個人計算機50安裝了通信軟件和一個或多個計算機接口，用于經(jīng)公共因特網(wǎng)或IP基虛擬保密網(wǎng)發(fā)送的數(shù)據(jù)，接口設置成接收遠地單元發(fā)送的數(shù)據(jù)文件。
基地單元臺式個人計算機50用作播放單元，它是捕獲的視頻與輸出信號的主控之間的接口。復合的數(shù)據(jù)文件一被存貯在該播放單元的聯(lián)網(wǎng)硬盤驅動器上，該數(shù)據(jù)文件或是保持存貯供以后使用，或是經(jīng)公共因特網(wǎng)或虛擬保密網(wǎng)被檢索與發(fā)送。需要時，還可在基地單元編輯存貯的數(shù)據(jù)文件。
在該較佳實施例中，基地單元配用的便攜個人計算機50具有486DX-2/66主板、10英寸等離子體顯示器、210MB筆記本硬盤驅動器、MS DOS Ver.6.2操作系統(tǒng)、微軟PTM.視窗TM.Ver.3.1、微軟RTM.視窗視頻、視窗的Procom Plus.RTM、轉球式總線鼠標、高速串行端口。遠地單元也具有多達四個網(wǎng)絡接口的能力。
另外，基地單元12還可配備未圖示的視頻和/或音頻信號壓縮與解壓縮電路和算法(未示出)，通過網(wǎng)絡鏈路16發(fā)送音頻與視頻。一個已知的壓縮標準是“運動圖片電子學組(MPEG)”；也可適當利用其它標準壓縮算法的優(yōu)點。基地單元12可以包括解壓縮電路與算法(未示出)，在收到壓縮的視頻/音頻信號時用來生成供顯示的非壓縮信號。
把基地單元12與網(wǎng)絡16相連的通信鏈路52，可以是任一種能傳輸本領域已知的全運動視頻到網(wǎng)絡16的常規(guī)鏈接設施，諸如扭絞對、光纖設施或衛(wèi)星鏈路。
攝像機操作的遙控本系統(tǒng)設計成能跟蹤被攝體并遙控整個系統(tǒng)所有的攝像機操作變量，諸如變焦距、焦點、光圈、視場內被攝體位置、快門速度，即使遠地單元與監(jiān)視站的距離超過幾英里也如此。本發(fā)明能遙控PTZ攝像機，包括從基地單元12或監(jiān)視地點14的用戶終端調節(jié)遠地視頻攝像機18的隨動攝影、傾斜、變焦距與焦點設定。終端可以配備本領域已知的計算機鼠標、鍵盤、數(shù)據(jù)處理器與存儲器(未示出)。用戶可用計算機鼠標等計算機輸入設備向處理器輸入選擇，包括選擇多臺位于不同地點的視頻發(fā)送設備；用戶可點擊各種地點與類型的選擇、其它自動上托視窗的選擇，并以已知方式點擊成在各遠地傳輸設備視場內控制隨動攝影、傾斜、旋轉與變焦距。為控制視頻攝像機，終端的處理器/服務器監(jiān)視和掃描著鼠標或其它用戶輸入。
用戶指令從PC上的數(shù)字接口通過微波數(shù)據(jù)流以Sony格式送到遠地單元，在這里以RS232格式示出。攝像機控制器里的Sony攝像機驅動器操縱伺服電機，實現(xiàn)左轉、右轉、上斜、下斜和光圈控制。
由前述可見，攝像機鏡頭控制設備也可部分或全部處于微處理器驅動的基地單元控制之下?？稍O置各種算法來全面控制變焦距、焦點與光圈以及其它攝像機圖像變量，為鏡頭系統(tǒng)提供期望的位置變化與位置變化速率，如控制一個位置到另一位置的變焦、焦點與光圈功能的會聚速度，一起工作于特定應用所需的最平穩(wěn)的性能。
雖然已圖示和描述了本發(fā)明諸實施例及其較佳實施方法，但本領域技術人員顯然明白，本發(fā)明包括各種修正與變化而不違背發(fā)明的精神和范圍。此外應理解，所述諸較佳實施例的各個方面可全部或部分互換或分離，而前述說明只作示例，并不限制且不打算限制本發(fā)明的范圍，特征和/或變化。
權利要求
1.一種對某一地點提供遠程無線視頻監(jiān)視的方法，其特征在于，所述方法包括步驟用微型模擬視頻攝像機產生代表該地點圖像的模擬電信號把模擬信號轉換成數(shù)字電信號并形成IP格式；用第一以太網(wǎng)收發(fā)機通過扭絞線對發(fā)送IP格式的視頻數(shù)據(jù)；用第二以太網(wǎng)收發(fā)機通過扭絞線對接收IP格式的視頻數(shù)據(jù)；向基地單元無線發(fā)送含IP格式數(shù)據(jù)的微波信號；在基地單元接收來自遠地單元的IP格式數(shù)據(jù)微波信號；通過計算機網(wǎng)絡向用戶終端發(fā)送IP格式數(shù)據(jù)；用視頻播放機把IP格式數(shù)據(jù)轉換成數(shù)字視頻信號；和在用戶終端處監(jiān)視器上顯示數(shù)字視頻信號。
2.權利要求1所述的方法，其特征在于，所述IP格式包括TCP/IP。
3.權利要求1所述的方法，其特征在于，所述微波傳輸頻率為5.0～6.0GHz。
4.權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括步驟在基地單元輸入隨動攝影、傾斜與變焦距控制指令，控制攝像機操作。
5.權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括步驟應用該地點附設的攝像機，選擇諸攝像機產生的視頻數(shù)據(jù)。
6.權利要求5所述的方法，其特征在于，用對基地單元的輸入選擇視頻數(shù)據(jù)。
7.權利要求1所述的方法，其特征在于，計算機網(wǎng)絡是因特網(wǎng)。
8.一種對網(wǎng)絡上多臺計算機終端提供某一地點的無線視頻監(jiān)視數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括至少一臺攝像機，用于產生包含代表該地點圖像的視頻數(shù)據(jù)的電磁信號把電磁信號的視頻數(shù)據(jù)轉換成IP格式的裝置；通過扭絞線對發(fā)送IP格式視頻數(shù)據(jù)的第一以太網(wǎng)收發(fā)機；通過扭絞線對接收IP格式視頻數(shù)據(jù)的第二以太網(wǎng)收發(fā)機向基地單元無線發(fā)送第二以太網(wǎng)收發(fā)機輸出的視頻數(shù)據(jù)的裝置；在基地單元接收和譯碼無線視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)难b置；和通過網(wǎng)絡把視頻數(shù)據(jù)從基地單元發(fā)送到多臺計算機終端的裝置。
9.權利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括在遠地單元存貯視頻數(shù)據(jù)的裝置。
10.權利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括按基地單元的輸入控制攝像機的裝置。
全文摘要
揭示一種利用TCP/IP聯(lián)網(wǎng)協(xié)議對視頻數(shù)據(jù)作微波傳輸來無線視頻監(jiān)視遠程地點的系統(tǒng)與方法。系統(tǒng)包括的遠地單元(10)具有一臺或多臺模擬攝像機，用扭絞線對連接的以太網(wǎng)收發(fā)機聯(lián)接至微波收發(fā)機的視頻編譯碼器。包括另一微波收發(fā)機和聯(lián)至計算機的以太網(wǎng)收發(fā)機的基地單元(12)接收微波傳輸。基地單元計算機接一個或多個計算機網(wǎng)絡(16)，可將視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡上多臺計算機終端。
文檔編號G08B13/196GK1643928SQ03807185
公開日2005年7月20日 申請日期2003年2月25日 優(yōu)先權日2002年2月25日
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