专利名称：无线移动视频监控终端的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种能在CDMA 1X无线移动通信网络平台进行视频图像连续实时传输的嵌入式移动视频监控终端。
背景技术：
随着移动通信技术的发展和人们对数据传输业务需求的扩大，移动通信已由模拟系统发展到数字系统，提供的业务也由单一的话音服务发展到数据服务，近几年来，人们对数据业务的需求迅猛增加，人们渴望能使用到可以在移动过程进行多媒体实时双向传输。现有的照相手机能上传所拍摄的彩色图片；也有的手机能在某些网站上下载一段视频节目观看，但它不是实时的，只能先下载然后播放；有人研究了基于红外和基于无线局域网的图像传输系统，但这些都是宽频带的(2M)，且移动范围狭小，不能以大范围移动的方式使用，如车载；也不适合于对流动性强和不确定性强的突发事件现场情况的远程视频监控，如火灾现场、刑事案件案发现场、交通事故现场、自然灾害引起的铁路损坏现场等等。
发明内容
(1)解决的技术问题针对CDMA 1X只能提供有限带宽传输条件(60-156kbps，约100kbps)和无线信道易受干扰的特点，本实用新型提供的无线移动视频监控终端，采用嵌入式方式，综合应用了图像实时采集、压缩编码、流媒体传输等高新技术，很好地解决了在CDMA 1X无线移动通信网络有限带宽的瓶颈，实现了多媒体流的双向实时采集、处理与无线远程传输。该终端可安置在运动载体(如汽车、轮船等)上或由人随身携带，进行大范围的移动，实现对运动载体周围环境或对突发事件现场进行视频图像的实时采集与远程传输，使位于INTERNET网上的监控中心(或服务器端)能对移动目标及其周围环境进行远程实时监控。
(2)技术方案本实用新型的技术方案是无线移动视频监控终端，它由摄像机、视频采集/压缩编码子系统、无线网络传输与控制子系统和无线通信子系统4部分组成，其特征在于所述的视频采集/压缩编码子系统包含硬件和软件两部分，硬件部分由视/音频信号数字化采集电路、程序控制电路、MPEG4压缩编码专用电路、数据存储电路以及稳压电源电路组成；软件部分由按MPEG4标准编制的视频采集软件和压缩编码软件组成，该软件嵌入在MPEG4压缩编码专用电路中，构成嵌入式系统；视频采集/压缩编码子系统通过PCI总线与无线网络传输与控制子系统相连。
上述摄像机是采用的普通用于视频监控的CCD彩色/黑白/红外摄像机，它主要完成捕获影像和信号分色滤波与放大，输出端与视频采集/压缩编码子系统相连。
上述无线网络传输与控制子系统由硬件部分和软件部分组成。硬件部分包括控制电路、数据处理与存储电路、显示驱动电路、硬盘和DC-DC直流逆变电源。软件部分主要有视频信号采集控制程序、参数设置程序、网络连接程序、网络传输程序、故障检测程序、云台控制程序和工作状态控制程序。硬件的输出端口(USB或RJ45)与无线通信子系统相连。
上述无线通信子系统采用的是CDMA 1X无线MODEM，它内部存放有CDMA 1X的网络连接端口协议，完成与CDMA 1X基站的无线连接与数据交换。
(3)优点和效果本实用新型在带宽仅为100kbps的CDMA 1X无线移动通信网中，实现了多媒体流的双向实时的采集、处理和无线传输。该终端可安置在运动载体(如汽车、轮船等)上或由人随身携带，进行大范围的移动，实现对运动载体周围环境或对突发事件现场进行视频图像的实时采集与远程传输。
由于本终端采用了硬件压缩技术，使视频图像能实时压缩编码，帧率在1～25帧/秒范围内可选，视频图像的传输延时很小(在压缩帧率为20帧/秒时传输延时为6秒)；图像大小为352×288，图像质量达到国家标准4级以上。
上述性能指标经过了湖北省电子产品质量监督检验所的检验验证。
与有线视频监控系统相比较，本实用新型的无线移动视频监控终端的最大特点是具备可移动性，因而具有很强的灵活性和广阔的活动区域，这也就决定了它具有更多的应用领域，在一定意义上几乎所有的有线多媒体传输系统都可以采用本终端构建相关的网络来实现。
图1为本实用新型的电原理框图。图1中1——摄像机，2——视频采集/压缩编码子系统，3——无线网络传输与控制子系统，4——无线通信子系统。
图2是本实用新型中视频采集/压缩编码子系统电路框图，包括视/音频信号数字化采集电路21、程序控制电路22、MPEG-4信号处理专用电路23、数据存储电路24、输出缓存25、输出接口26。其中①是该电路的输入信号端口，它是由摄像机输出的模拟视/音频AV信号；②是经该电路数字化后并进行了压缩编码的MPEG-4视频流。
图3是本实用新型中视频采集/压缩编码子系统压缩算法流程图。图3包含的流程有1——离散余弦变换(DCT)，2——量化，3——运动纹理编码，4——逆量化，5——离散余弦逆变换(IDCT)，6——预测开关，7、8、9分别是预测1、预测2、预测3，10——帧存，11——运动估计，12——形状编码，13——视频多路合成。①是数字化后的视频图像输入数据，②是经压缩编码后的MPEG4视频流。
图4是无线网络传输与控制子系统硬件组成原理框图，图4中41——PCI总线接口，42——CPU，43——硬盘，44——输出接口(USB或RJ45)，45——显示器，46——逆变电源。③是压缩编码后的视频图像输入数据，④是进行信道编码后输出的视频流。
图5是本实用新型中软件主程序流程图。包括1——UDP网络连接，2——判断连接是否成功，3——向服务端发送握手信号，等待回应，4——设置视频采集卡的参数，5——产生本地保存的.MP4文件，并开始视频捕获，6——处理不同类型的数据，并发往服务端，7——停止视频捕获。①是接收到服务器端发来的参数配置(CONFIG)命令，②是接收到服务器端发来的开始采集发送(START)命令，③是接收到服务器端发来的停止(STOP)命令。
具体实施方法下面将结合附图和实施案例，对本实用新型工作原理及流程和应用方法作进一步详细的描述。
图1中的摄像机1主要由CCD光学感光器件、像素分色与采集器件、信号放大电路组成，它实现对图视频图像的捕获、分色滤波和放大，以AV信号的形式输出。
从图1中的摄像机1输出的AV信号经由视频同轴电缆馈送到图2所示电路的AV输入端①。
图2中的AV信号数字化采集电路21由放大保护电路、采样保持电路、高速A/D转换器和数据缓存器组成，它在程序控制电路22协调下的实现对模拟AV信号的数字化采集；程序控制电路22将原始数字视频信号按帧结构顺序送往信号处理专用电路23中，在该电路中，嵌入有MPEG4压缩软件和其它图像处理软件，由该部分的软/硬件配合共同完成数字视频图像的压缩、处理与编码；编码后的数据存放在SDRAM数据存储器24中，由信号处理专用电路23中的程序调用送往输出缓存25；该缓存中的数据通过输出接口26(PCI)送往无线网络传输与控制子系统。
图2中的AV信号数字化采集电路21由两路A/D转换器组成，一路使用飞利浦公司生产的18bit立体声A/D转换器5331AKS，完成对音频信号的数字化采集；另一路则是采用9bit视频处理器SAA7113H，其内部主要由一个数字多制式解码器和高速A/D转换器组成，实现对视频信号的数字化采集。这两个IC芯片内部均集成有放大保护电路，在芯片外部采用阻容电路构成保持电路。A/D转换器在程序控制电路22协调下工作；程序控制电路22是由微控制器P87LPC762BD、E2PROM(型号为24C16)以及时钟电路组成，控制程序是固化在微处理器中，E2PROM用于存储参数和服务端发来的指令，该部分电路及其相关软件将原始数字视频信号按帧结构顺序送往信号处理专用电路23中，信号处理专用电路23的核心是可编程多媒体处理器PNX1301，在该电路中，嵌入有图3所示的MPEG4压缩软件和图像处理软件。由该部分的软/硬件配合共同完成数字视频图像的压缩、处理与编码；编码后的数据存放在SDRAM数据存储器24(型号为K4S643232E)中，由PNX1301中的程序调用并存储在该芯片的输出缓存25中；PNX1301提供有PCI总线接口，可以与其它电路进行无缝连接，缓存中的数据是通过该输出接口26(PCI)送往无线网络传输与控制子系统。
图3是视频采集/压缩编码子系统软件核心——MPEG-4压缩算法流程图。具体的编码方法为首先对输入的原图像序列进行场景分析和对象分割，以划分不同的VOP，得到各个VOP的形状和位置信息，它可以用alpha平面来表示。发送端只需传送alpha平面，接收端就可以确定VOP的形状和位置。alpha平面所需的比特数较多，需要进行压缩编码。只要对VOP的轮廓进行编码和传送，接收端就可以恢复alpha平面，轮廓信息在轮廓编码器中进行编码。提取的形状和位置信息又用来控制VOP的运动和纹理编码。对运动和纹理信息编码仍然采用经典的类似MPEG-1/2标准的运动预测/补偿法。输入第N帧的VOP与帧存储器中存储的N-1帧的VOP进行比较，找到运动矢量，然后对两帧VOP的差值进行量化、编码。对不同对象的运动和纹理信息的编码可因地制宜地采用不同的方祛，以提高编码效率。编码后得到的纹理信息，与运动编码器和形状编码器输出的运动信息和形状信息复接形成该VOP的比特流层。不同视频对象的VOP序列分别进行编码，形成各自的比特流层，经复接后以MPEG-4视频流格式在信道上传送。传送的顺序依次为形状信息、运动信息和纹理信息。
参见图4，无线网络传输与控制子系统是本实用新型的核心，硬件部分是以CPU为核心的芯片42，配备有硬盘43、输出接口44(USB或RJ45)和显示器45，整个终端设备由逆变电源46供电，它可将车辆提供的+12V直流电源转换为终端所需要的±12V和+5V电源。CPU负责程序的运行、接收/发送控制指令及数据、协调终端各硬件工作流程；硬盘内装有操作系统和应用软件主程序，作为本地存储器实时保存压缩处理后的视频图像数据；数据处理程序将MPEG-4视频流按25帧/秒的帧率在监控终端显示器45上实时显示；输出接口与无线通信电路相连，传输控制程序依据无线网络状态和设定的帧率，将MPEG-4视频流进行处理和信道编码后按UDP协议通过输出接口44送到无线通信子系统，最后，由无线通信子系统将视频流传送至移动通信基站，再由CDMA 1X网络传输至指定的监控中心服务器或指定的IP地址。
图5是监控终端软件主程序流程图。程序工作流程如下(1)开机后系统自动进入操作系统，并自动启动主程序。
(2)主程序首先对无线通信子系统进行初始化，然后进行UDP网络连接。
(3)判断连接是否成功，如果网络连接不成功，则继续进行网络连接；如果网络连接成功，则向指定的服务器端发送握手信号，等待回应。
(4)当服务器端需要终端发送视频图像，则由服务器端设置视频图像处理的参数(CONFIG)并通过有线(或无线)互联网发送给监控终端。监控终端收到CONFIG后，对图像处理软件进行参数配置并启动该程序。
(5)产生本地保存的.MP4文件，开始视频捕获。
(6)处理不同类型的数据，进行信道编码，送至无线通信子系统，发往服务端。
(7)当接收到服务端发来的停止(STOP)命令时，系统将停止数据传输，回到步骤(3)的等待状态。
依据上述工作原理及流程，本实用新型可直接应用到众多的行业中。
应用案例1汽车客运企业远程视频监控系统将摄像机和控制云台安装在客运汽车的驾驶室内顶部中央，面对车厢内部，监控终端主机固定在驾驶室前面的搁物架上，监控终端主机与摄像机之间用电源线和同轴电缆线相连接，监控终端电源取自汽车电瓶。司机在汽车运行时打开电源开关，系统自动进入运行程序。
在监控中心设置一台计算机作为服务器，服务器应有INTERNET有线(或无线)网络通信条件，并设立固定IP，在计算机上安装我们研制的应用软件，应用软件提供网络连接、参数设置、传输控制、图像数据存储、图像实时显示等功能。管理人员可以通过监控中心的服务器随时查看车厢内的情况，进行科学的企业运营管理。
应用案例2突发事件现场远程视频监控系统由于采用了CDMA 1X无线移动通信网作为信息传输平台，因此，本实用新型特别适合于对流动性强和不确定性强的突发事件现场情况的远程视频监控，如火灾现场、刑事案件案发现场、交通事故现场、自然灾害引起的铁路损坏现场等等。
系统的基本配置及要求同应用案例1相同。
对于消防部门，可将摄像机安装在消防指挥车外的顶部，监控终端主机放置在车内。监控中心设在消防指挥中心。
对于公安部门，可随身携带监控终端到案发现场，将刑事案件、交通事故现场的情况通过本实用新型设备传送至监控中心，监控中心既可设在110指挥中心，也可设在移动的指挥车上。
对于铁路部门，可随身携带监控终端到发生事故的现场，将事故现场状况直接发至铁路段、铁路分局、铁路局乃至铁道部的相关管理部门。
权利要求1.无线移动视频监控终端，它由摄像机、视频采集/压缩编码子系统、无线网络传输与控制子系统和无线通信子系统4部分组成，其特征在于所述的视频采集/压缩编码子系统包含硬件和软件两部分，硬件部分由视/音频信号数字化采集电路、程序控制电路、MPEG4压缩编码专用电路、数据存储电路以及稳压电源电路组成；软件部分由按MPEG4标准编制的视频采集软件和压缩编码软件组成，该软件嵌入在MPEG4压缩编码专用电路中，构成嵌入式系统；视频采集/压缩编码子系统通过PCI总线与无线网络传输与控制子系统相连。
专利摘要无线移动视频监控终端，它由摄像机、视频采集/压缩编码子系统、无线网络传输与控制子系统和无线通信子系统4部分组成，采用MPEG4压缩编码专用电路及其相应软件压缩数据，实现了CDMA 1X移动通信网络的无线多媒体实时传输。可应用于各类视频监控，具有灵活、覆盖面广、实时性好的特点，特别适用于对突发事件的现场的实况转播和移动目标周围场景的实时监控。
文档编号H04N5/225GK2730054SQ20042007673
公开日2005年9月28日 申请日期2004年9月27日 优先权日2004年9月27日
发明者唐存琛 申请人:武汉大学