专利名称：基于第三代移动通信网的视音频采集和多路绑定传输装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种结构新型的图像和声音的视音频信息监测和传送设 备，确切地说，涉及一种基于第三代移动通信网的视音频数据采集和多路绑定 传输装置，属于计算机应用和多媒体信息处理与传输设备的技术领域。
背景技术：
随着现代社会的发展，在城市交通、公安、消防、医疗现场或其它公共场 合建设对各种突发事件或重大活动进行监控和指挥的控制调度中心已经成为大 城市的一项基础设施。为了能够对城市的各种大型活动或应急事件进行监控和 指挥调度，经常需要到现场釆集、获取各种图像的视音频信息，并及时地将相
关视音频数据远程传输到控制调度中心。由于距离远，或者是架设线缆比较困 难和难以即时实现，因此，在这种场合无法利用传统的有线通信方式进行通信。
目前，普遍采用的技术是使用移动卫星通讯系统将现场采集的各种图像信息传 输到控制调度中心。但是，车载卫星通信设备的造价异常昂贵，其售价通常在
100 ~ 150万元之间，而且，通讯链路的使用费用也相当高(达20 ~ 30万元/年)， 使得许多用户难以承受。如果利用微波技术架设专用传输信道，又存在着网络 铺设成本高、传输设备昂贵、网络维护费用高和机动灵活性差等多种问题。同 时，还存在树木和高楼等城市环境条件的限制因素，无法顺畅地完成数据的可 靠传输。因此，如何尽快研发一种经济、实用、机动灵活的视音频信息的移动 采集和传送装置就成为业内人士所关注的一项新课题。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种基于第三代移动通信公共无线网 络的^f见音频数据采集和多路绑定传输装置，该装置以标准工控机作为硬件主体，
增设公共无线网络路由传输模块、语音通信模块、MESH接收处理模块和其它 硬件，再辅以LINUX操作系统和相应的其它应用软件，组成一个能够移动采 集和实时传输视、音频数据的机动设备，用于在各种突发事件或重大活动时， 能够提供高清晰、实时的现场移动视音频数据和实时通信传输，以满足城市管 理对无固定场所现场情况的实时捕捉和交互需求，并填补城市应急指挥、公安 防暴指挥、消防现场指挥等领域相关设备的空白。
为了达到上述目的，本实用新型提供了一种基于第三代移动通信网的视音 频数据采集和多路绑定传输装置，该装置包括机箱和位于机箱内的控制电路， 所述控制电路是由中央处理器CPU及其外围器件硬盘、内部存储器、网卡、 显示器、键盘、麦克、扬声器和输出/输入接口所组成的PC工控机；其特征在 于所述控制电路的CPU外围器件还包括有用于进行双向语音通信的公共无 线网络的语音通信模块、用于接收移动摄像机和/或其它移动终端发送的图像信 息的无线网状网MESH接收处理模块和用于与第三代移动通信基站进行无线通 信的多个无线3G路由模块，所述硬盘内存储有对所接收的图像视频和音频信 号进行处理和多路传输绑定控制的应用软件。
所述公共无线网络的语音通信模块是通过PC工控机的串口与主机进行信 息交互的GSM语音通信模块，所述MESH接收处理模块和各个公共无线网络 的路由模块分别通过各自的网线连接至主机的网卡，与主机实现信息交互，其 中公共无线网络的路由模块是无线3G路由模块。
所述装置的机箱安装在机动车上，该装置还包括固装在该机动车上的摄像 机，该摄像机的输出端与该装置用作视频输入接口的USB接口或1394接口相 连接。
所述装置进一步包括通过无线网状网MESH接收处理模块与其进行通信连 接的多个移动摄像机和/或其它移动终端手机、数字信号助理PDA、或笔记本 电脑，这些移动摄像机和移动终端都能够单独地在该装置周围分别采集图像信 息，并传输到该装置，其最大传输距离是2000米。
所述移动摄像机或其它移动终端的数量总数不超过8个，所述无线3G路由模块的数量是1 8个。所述中央处理器CPU的配置要求是不低于P4 1.8G,推荐配置是P4 3.0或 更高规格；内部存储器的配置要求是不低于DDR 512M，推荐配置是1G或更 高规格；硬盘的配置要求是不低于40G/7200转，推荐配置160G/10000转或更 高规格；GSM语音通信模块的信号带宽为200 3400Hz,采用ITU-TG711音频 信号标准，8kHz取样，8比特量化，传输速率为64Kbps,其音频质量相当于手 机音质；无线3G路由模块是美国友讯网络公司市售产品，MESH无线接收处 理模块是北京诺弗尔网络通信有限公司定制产品。所述装置的操作系统是Linux;所述硬盘内存储的应用软件包括接收图像 信号的视频信号采集控制模块，将接收的图像视频信号送往显示器的显示控制 模块，采用FFMPEG编解码库集中的MPEG-4 AVC标准对视频数据进行编码 压缩处理的视频信号压缩处理模块，对各路视频数据分别按照设定规格进行整 合处理的整合控制模块，以及将所选中的视频信号进行拆分处理、并与其相应 的音频信号合成、再选择相应路径和速率进行传输发送的传输控制模块。所述装置与控制调度中心之间的通信传输采用实时传输协议RTP或实时传 输控制协议RTCP,以便实现网络数据丟失后的补偿功能。本实用新型是一种基于第三代移动通信网的视音频数据采集和多路绑定传 输装置，其硬件架构主体是在LINUX操作系统下运行的标准PC工控机，再增 设实现双向语音通讯功能的GSM语音模块，接收移动摄像机发送的图像信息 的无线网状网MESH接收处理模块，以及在现有的公共无线移动网络运行、实 现数据绑定传输的无线3G路由模块，再藉由特定开发的各种应用软件，组成 一个能够移动采集和实时监控、传输视、音频数据的机动设备，用于在各种突 发事件或重大活动时，能提供高清晰、实时、动态的现场移动视音频数据和实 时通信传输。该装置结构新颖、简单，制造容易，维护使用方便，所增设的通信模块和 语音模块均是第三代移动通信网络的现有技术模块，工作可靠，作为一种集成 视频会议、远程监控等功能于一体的视频通信装置，设有多路无线3G传输信
道，并兼容MESH通道和其它良好的外界接口，采用各类传统的音、视频采集 设备(包括摄像头，DV和麦克等)，能够及时、准确地采集到现场的各类信息， 再使用先进的图像实时压缩编码技术和多媒体技术对所采集的图像数据进行处 理和显示，然后选择合适的网络和相应的不同传输速率，将^L音频信息传送至 指挥调度中心；其中的多路无线3G通信路由模块能将分割后的图像数据经由 这些不同^!块分别传输发送到无线数据业务网络，再由指挥调度中心的远程计 算机对这些数据进行有序合并，实现多路数据绑定传输功能，提高传输效率。 该装置能自动适应不同网络的传输带宽并具有数据緩沖功能，可以确保媒体播 放时的流畅性。而且，网络条件正在逐步成熟，覆盖地域广阔，传输成本低廉， 能够显著降低通讯费用，再者，设备升级简单，具有很好的推广应用前景。
图1是本实用新型的控制电路的电原理方框图。图2是基于公共无线网络的视音频信息指挥调度系统的布局结构示意和本 实用新型在该系统中的安装位置及作用示意图。图3是本实用新型的工作原理或信号处理流程示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，
以下结合附图和实施 例对本实用新型作进一步的详细描述。参见图1和图2,本实用新型是一种基于公共无线网络的移动视音频数据 采集和多路绑定传输装置，该装置硬件主体是运行于Linux操作系统的标准PC 工控机，在其控制电路中，设有中央处理器(CPU) 1以及通过总线与其连接 的各个外围器件内部存储器2、硬盘3、 GSM语音通信模块4、多个无线3G 路由模块5、网卡6、显示器7、键盘8、麦克和扬声器9、输出/输入接口 10 和MESH接收处理4莫块11。其中GSM语音通信才莫块4通过该PC工控主机的 串口与主机进行信息交互，MESH接收处理模块11和多个无线3G路由模块5
分别通过各自的网线连接至主机的网卡6,与主机实现信息交互。在硬盘3内 存储有对所接收的图像视频和音频信号进行处理和传输控制的各种应用软件 接收图像信号的视频信号采集控制模块，将接收的图像视频信号送往显示器的 显示控制模块，采用FFMPEG编解码库集中的MPEG - 4标准协议对视频数据 进行编码压缩处理的视频信号压缩处理模块，对各路视频数据分别按照设定规 格进行整合的整合控制模块，以及将所选中的视频信号进行拆分处理、并与其 相应的音频信号合成、再选择相应路径和速率进行传输发送的传输控制模块。 该装置的机箱安装在机动车上，该机动车上还固装有摄像机(参见图2)， 该摄像机的输出端与该装置用作视频输入接口的USB接口或1394接口相连接。 此外，该装置还设有分别独立地在该装置周围釆集图像信息的多个移动摄像机 和/或手机、PDA、笔记本电脑等移动终端，这些移动摄像机或移动终端通过宽 带无线网状网MESH网络与主机内的MESH接收处理模块进行通信连接，并将 其摄取的图像信息传输回来，其最大传输距离是2000米。然后将视音频信号经 由第三代移动通信无线网络(例如TD-SCDMA网络)、基站和专线/公网转送至 指挥调度中心。本实用新型的中央处理器CPU的配置要求是不低于P4 1.8G,推荐配置是 P4 3.0或更高规格；内部存储器的配置要求是不低于DDR 512M，推荐配置是 1G或更高规格；硬盘的配置要求是不低于40G/7200转，推荐配置160G/10000 转或更高规格；GSM语音通信模块、无线3G路由模块和MESH接收处理模块 都是公共无线网络的市售通用标准模块。参见图3,介绍本实用新型的工作原理或信号处理流程 首先是本地视频采集设备采集本地的视频数据Al、移动摄像机或其它移动 终端分别采集的视频数据传回本地B1和语音采集C1三者输入数据，这三者可 以同时输入，也可以各自分别输入。其中Bl最多可以同时支持4路移动摄像 机或其它移动终端并行输入，最大传输距离2000米。接着，分别进入A2、 B2、 C2:由GSM语音模块直接完成的语音处理过程C2比较简单。A2是由视频采 集卡或USB接口接收刚才Al所采集到的数据，并将其放入内存中，以待处理。
B2是由MESH接收模块将移动设备采集到的数据放入内存中，以待处理。A3 和B3都是对视频数据进行编码压缩处理，主要通过FFMPEG编解码库集中的 H264模块对视频数据进行编码压缩处理，使得视频数据能够以25k ~ 2Mbps的 传输速率范围进行传输，达到512Kbps的传输速率，实现DVD的播放质量； 两者的工作原理基本相同，其区别只是参数可能稍有不同。A4是显示本地的视 频数据，即通过显示器来观看本地采集的视频数据，这里的图像数据没有经过 压缩处理。B4是对本地采集的视频数据和各个移动终端所采集到的视频数据， 经由数据整合处理模块进行数据的拆包整合处理将采集到的数据按照设定大 小(<512k)拆分成多个数据包，准备发送。B5是由主机对多路无线通信路由 模块进行空闲状态的选择，准备将分割后的图像数据包经由各个不同路由模块 分别发送到无线数据业务网络中，以便由指挥调度中心的远程计算机对这些数 据进行有序合并，实现多路数据绑定传输功能，并提高传输效率。B6是将采集 到的视频数据与音频数据合成后进入传输发送阶段。由于网络的不稳定，即使 对网络流量进行了有效控制，仍然会因为某一时间段内，需要传输的网络数据 超过了无线网络实际所能承受的流量，所以本实用新型与指挥调度中心之间的 通信采用实时传输协议RTP (IETF RFC-1889) 和实时传输控制协议RTCP (IETFRFC-18卯)，能够实现网络数据缺失后的自动补偿功能，可以保证在最 短时间内判断出网络数据是否发生缺失，并及时进行补偿传输。因此，本实用 新型与指挥调度中心之间的网络层物理模型是建立在多路无线3G路由设备绑 定工作模式上。这样，能够克服各个设备之间的性能差异，以及网络通信条件 的差别，对每个输入设备和无线路由模块进行监控，实时地根据无线网络条件 的变化调整路由模块的带宽，达到最优化的数据发送量。在指挥调度中心的数据接收緩沖区采用水桶结构，即提供一个视频数据的 基本緩冲区，当数据溢出緩沖区的时候开始播放，当数据低于緩沖区的最底限 时，进行数据緩冲。这样处理的特点是可以保证视频数据播放时候的稳定性， 可以对网络传输过来已经乱序的数据重新排列后再播放，以及让发生丟失的视 频数据进行緩冲，准备接收后续的补充数据，以保证视频播放的质量。
本实用新型已经试制成功了实验设备，该用于性能试验的实施例设备能够完成的主要功能有支持四路视音频数据的实时采集能力，并可完成与指挥调 度中心的数据实时传输功能，提供视音频信息的实时录制和回放功能，提供指 挥现场的移动终端设备无线高速接入功能，最多可支持现场6 ~ 8路移动终端分 别独立的单兵侦查功能，并完成图像、声音、数据的移动传输功能。下面分别是该试验设备与现有技术的"动中通"卫星设备和单路CDMA视 频传输设备的两个技术数据比较表"动中通，，卫星设备实施例设备视频质量CIF ( 352 x 288 ) 25桢/秒 QCIF ( 176 x 144) 30桢/秒CIF (352 x288) 15桢/秒 QCIF ( 176 x 144) 30桢/秒音频质量6 40kbps6 12kbps设备费用约160万8~ 10万链路租用费20-30万元/年3000元/年设备稳定性稳定稳定线路稳定性稳定网络运营商提供专项业务保障单路3G视频传输本产品视频质量CIF ( 352 x 288 )无法达到 QCIF ( 176 x 144) 3桢/秒CIF (352x288 ) 15桢/秒 QCIF ( 176 x 144) 30桢/秒音频质量6 12kbps6 12kbps设备费用约3万8~ 10万链路租用费1000元/年3000元/年设备稳定性不稳定稳定线路稳定性无保障网络运营商提供专项业务保障实施例设备放置在机动车内，体积小巧，安装方便，抗震动，低功耗。其 外接的磁性天线直接吸附固装在移动指挥车外，安装简单，无需维护。其能够同时支持4路视频输入，达到CIF视频质量，2 ~ 15帧/秒，移动传输效率为60 公里/小时。租用通讯链路的费用约为300元/月。总之，本实用新型的各项性能 指标达到了设计要求，实现了发明目的。
权利要求1、 一种基于第三代移动通信网的视音频数据采集和多路绑定传输装置，该装置包括机箱和位于机箱内的控制电路，所述控制电路是由中央处理器CPU及 其外围器件硬盘、内部存储器、网卡、显示器、键盘、麦克、扬声器和输出/ 输入接口所组成的PC工控机；其特征在于所述控制电路的CPU外围器件还 包括有用于进行双向语音通信的公共无线网络的语音通信模块、用于接收移 动摄像机和/或其它移动终端发送的图像信息的无线网状网MESH接收处理模 块和用于与第三代移动通信基站进行无线通信的多个公共无线网络的路由模 块。
2、 根据权利要求1所述的视音频数据采集和多路绑定传输装置，其特征在 于所述公共无线网络的语音通信模块是通过PC工控机的串口与主机进行信 息交互的GSM语音通信模块，所述MESH接收处理模块和各个公共无线网络 的路由模块分别通过各自的网线连接至主机的网卡，与主机实现信息交互，其 中公共无线网络的路由模块是无线3G路由模块。
3、 根据权利要求1所述的视音频数据采集和多路绑定传输装置，其特征在 于所述装置的机箱安装在机动车上，该装置还包括固装在该机动车上的摄像 机，该摄像机的输出端与该装置用作视频输入接口的USB接口或1394接口相 连接。
4、 根据权利要求1所述的视音频数据采集和多路绑定传输装置，其特征在 于所述装置进一步包括通过无线网状网MESH接收处理模块与其进行通信连 接的多个移动摄像机和/或其它移动终端手机、数字信号助理PDA、或笔记本 电脑，这些移动摄像机和移动终端都能够单独地在该装置周围分别采集图像信 息，并传输到该装置，其最大传输距离是2000米。
5、 根据权利要求2或4所述的视音频数据采集和多路绑定传输装置，其特 征在于所述移动摄像机或其它移动终端的数量总数不超过8个，所述无线3G 路由模块的数量是1 8个。
6、根据权利要求1或2所述的视音频数据采集和多路绑定传输装置，其特征在于所述中央处理器CPU的配置要求是不低于P4 1.8G,推荐配置是P4 3.0 或更高规格；内部存储器的配置要求是不低于DDR 512M,推荐配置是1G或 更高规格；硬盘的配置要求是不低于40G/7200转，推荐配置160G/10000转或 更高规格；GSM语音通信模块的信号带宽为20() 3400Hz,采用ITU-TG.711音 频信号标准，8kHz取样，8比特量化，传输速率为64Kbps,其音频质量相当于 手机音质。
专利摘要一种基于第三代移动通信网的视音频采集和多路绑定传输装置，该装置的控制电路是由CPU及其外围器件硬盘、内部存储器、网卡、显示器、键盘、麦克、扬声器和输出/输入接口所组成的PC工控机；其中CPU外围器件还包括有用于进行双向语音通信的公共无线网络的语音通信模块、用于接收移动摄像机和/或其它移动终端发送的图像信息的无线网状网MESH接收处理模块和用于与3G基站进行无线通信的多个公共无线网络的路由模块，所述硬盘内存储有对所接收的图像视频和音频信号进行处理和多路传输绑定控制的应用软件。该装置用于在突发事件或重大活动时，提供高清晰、实时的现场移动视音频数据和通信交互，满足城市管理对无固定场所现场情况的实时捕捉和通信需求。
文档编号H04B1/38GK201039131SQ200620117720
公开日2008年3月19日 申请日期2006年6月13日 优先权日2006年6月13日
发明者吴跃鹏, 徐艳雁 申请人:徐艳雁