无线视频监视系统的制作方法

专利名称：无线视频监视系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无线视频监视和通信的装置和方法。特别地，本发明涉及商业上使用诸如个人信息管理器和个人数字助理之类可利用的、手持的便携式设备的一种装置和方法。
背景技术：
诸如3COM Palm PilotR掌上电脑之类的个人数字助理(PDA)的使用正变得非常普及。各生产商之间PDA的功能性不同但是所有的都包括一个液晶显示器、一个输入设备、存储器和一个处理器单元。各种改进被不断地进行以便增加可用内存、提高处理能力并扩展软件应用。
近来，PDA生产商已经推出具有彩色液晶显示器和无线通信性能的设备。这种创新已经被期望提供具有网上冲浪和电子邮件的互联网访问的PDA所推动。出于同样的目的，类似的市场压力推动把处理性能综合到移动电话之中以便简化直接网络访问。
把PDA与移动电话结合在一起从而提供一种给出完整的话音和数据传送设备的集成系统也是已知的。在朗讯科技有限公司所拥有的美国专利No.5625673中描述了这样的一个系统。该专利描述了一种PDA，其包括用于无绳连接到诸如蜂窝电话和调制解调器之类专门附件的装置。
PDA的性能还没有被扩展到用于视频监视领域中的应用。现有的监视系统，例如住宅安全系统，通常不提供视频监视能力。当这样一个性能被提供时，它通常被链接到提供远程人工监视的一个基站上。
大多数的现有监视系统利用一个本地处理中心，其把数据打包用于传送给基站。可以通过专用陆地线路或可以通过一个拨叫式连接来传送。
本发明的一个目的是提供一种无线视频监视的装置和方法。

发明内容
在一个形式中，虽然它不需要是唯一的，或者甚至宽广的形式，但是本发明存在于一个无线视频监视系统中，包括一个便携式监控设备和第一无线通信装置；一个或多个视频记录装置，用于记录一个场景的视频图像；和至少一个接口模块，其把所述视频图像转换为可传送数据；所述接口模块结合一个第二无线通信装置用于把来自所述至少一个接口模块中的所述可传送数据发射到所述便携式监控设备去；所述便携式监控设备合并装置用于接收所述可传送数据，把所述可传送数据转换为所述视频图像并显示所述视频图像。
优选地，该便携式监控设备是一个个人数字助理或者类似的手持处理单元合并处理器装置，存储装置和视频显示器装置。
该视频记录装置可以是一个数字摄影机或者可以是一个商业可用的类似图像摄影机，例如一台CamcorderR(可携式摄像机)。
适当地，该接口模块包括输入装置，用于接收来自所述视频记录装置中的视频信号。一个适当的输入端口是一个用于数字视频输入的USB端口。如果使用一个模拟视频记录装置，则该输入装置可相配地包括一个视频输入端口和模拟数字变换装置。
接口模块最好还要包括用于把所述视频图像转换为可传送数据的处理装置和一个或多个发送缓冲器。
该无线发射装置相配地是一个信号发射装置但是最好是一个信号接收和发射装置。
相配地利用视频和音频压缩算法来编程接口模块的处理装置。相配地在便携式监控设备的处理器装置中编写相应的音频与视频解压缩算法。
便携式监控设备相配地也包括输入装置，用于输入发射到所述接口模块去的信号。优选地，所述第一无线通信装置包括用于发射所述信号的装置而所述第二无线通信装置包括用于接收所述信号的装置。
在另外一个形式中，本发明存在于一种提供无线视频监视的方法中，该方法包括步骤记录一个场景的视频图像；处理记录图像以便形成用于无线发射的数据；把该数据发射给一个便携式监控设备；和处理该数据以便在便携式监控设备上显示该图像。
处理记录图像最好包括在接口装置处压缩该图像而在在便携式监控设备处解压缩该图像的步骤。
该方法还可以包括为了稍后传送而存储所述数据的步骤。


下面将参考下列附图描述本发明的优选实施例，附图中图1是本发明的第一实施例的方框图；图2是接口模块的第一实施例的方框图；图3是接口模块的第二实施例的方框图；图4是接口模块的第三实施例的方框图；图5是便携式视频监视器的方框图；图6是本发明的第二实施例的方框图；和图7是本发明的第三实施例的方框图。
最佳实施方式参见图1，这里示出了一个无线视频监视系统的方框图，该无线视频监视系统包括一个视频记录装置1，其与一个接口模块2信号连接，接口模块2与天线3信号连接。在天线3和与便携式监控设备6相关的天线5之间发射信号4，便携式监控设备6是一个个人数字助理或便携式个人计算机。来自记录器1的视频图像被显示在监视器6的显示器7之上。
视频和音频信号从接口模块发射到便携式监视器设备而控制信号可以从便携式监控设备发射到接口模块。
在视频记录装置1中是具有标准视频和音频输出的一种商业可用的VHS视频记录器。其他视频格式可以包括PAL、NTSC、SVHS、BETACAM、RGB、SECAM和DVD。
在图2中更详细地示出了接口模块2的第一优选实施例。在这个实施例中，接口模块被配置来发射信号到便携式监控设备但是未被配置来接收信号。来自记录器1的视频和音频输入通过端口8被输入并在模拟数字变换器9之中被转换成数字形式。来自ADC的输出被缓存在双帧缓存器10中用于输入到一个数字信号处理器11。
可替代地，可以把一个数字摄影机使用作为视频记录装置1。在这种情况下，来自摄像机的数字输出可以通过USB端口12被直接地输入到双帧缓存器10中。虽然在该优选实施例中描述了一个USB端口，但是应该理解也可使用诸如SCSI、IEEE 1394等等之类的其它接口协议。
在数字信号处理芯片11中处理用于传输的数字信号。所需要的处理将取决于所使用的传输网路和已知的信号处理并且可以使用压缩算法。适当的算法包括H.261、H.263、MPEGI、MPEG2、MPEG4等等。提供随机访问存储器13被提供用于信号处理的数据的板上存储。
虽然已经描述了一种信号处理的软件实现，但是硬件实现也是适当的。在一个实施例中，可以使用一个ASIC(特定应用集成电路)/FPGA(区域编程门阵列)解决方案来执行信号处理。可替代地，一个ASIC前端可以与一个可编程的DSP后端一起被使用。本发明不局限于这些可能的解决方案的任何一个。
如果使用一个DSP解决方案，则利用可用的压缩软件来编程该DSP。虽然本发明人让8位和24位编码方法成为适当的，但是本发明不局限于任何特定的软件解决方案。不同的编码方法可能更适合于当前市场上PDA的广泛多样性中可用的某些彩色视频显示器。新的编码解决方案是有规则地适合可利用的并且本发明人承认本发明可以使用将来新的算法。
所选择的视频压缩方法将实现三个基本的阶段。第一阶段执行暂时的去相关，也被称为帧间编码。此处理包括基于移动补偿步骤的一个可选模块，其之后为暂时预测和补充。这样确定图像帧的哪些部分已经改变并且选择性地发送更新信息以便再生该改变。这消除了每次在时间上已没有广泛改变时对转发整个图像的需要。这个阶段的副产品是输出可用于在检测到任何动作时触发一个发送给视频监视器的告警。取决于所使用的编码方法，此时可以执行量化。
下一阶段把来自前面步骤的合成的帧间图像分解为基本编码单元。这些单元的性质不同，这取决于所使用的编码方法。在经典的基于转换的编码方法中，这些编码单元为空间频率系数的2D字块。这些同样地可以是源自于另一形式的图像，例如，行程矢量(run lengthvector)或均匀的彩色字块。编码单元的值则基本上被量子化以便消除不必要的信息。此处理被认为是帧内编码。
最后阶段包括重新安排要被编码的码元或数值使得增强可变长度或统计地基础编码的一些形式所遵循的压缩性以便对于每一帧都可有效地产生一个紧密的比特流。此最后阶段几乎总是无损耗的。此结果的比特流然后被适当地打包在一个帧分组中用于插入到输出数据流中。
音频编码也将在DSP阶段中被实现。在一个实施例中，使用一个标准的ADPCM压缩方法。GSM语音编码也将用于与集成的PDA/移动电话方案使用。
对于压缩并发射的视频的每一帧，相等持续时间的一个音频帧也将被压缩和发送。用这种方式，除了数据流中的系统控制帧的情况外，被发射的数据流的优越结构将由以一种交织方式存在的交互的视频和音频帧所组成。
处理数据在通过发射模块15发射之前被缓存在发送缓冲器14中。发射模块15可以是任何适当的无线传输系统，例如CDMA(码分多址)、TDMA(时分多址)、IP(无线Internet协议)、PHS(个人手持系统)、LMDS(本地多点发送业务)、无线ATM、GSM、GPRS、HSCSD和其他3G无线网络。在下面将详细地讨论替换实施例。
应该理解，接口模块的元件不需要被物理包含在单个设备中。例如，发射模块可以从接口模块的剩余部分中分离出来。对于一个无线WAN协议，传输模块可以是通过调制解调器或ISDN连接而连接到接口模块的剩余部分上的一个GSM或CDMA基站。如果通信协议是无线局域网(无线LAN)，则发射模块可以通过以太网被连接到一个单独的基站或无线接入点去。发射模块也可以是一个电视频率调制器以便允许该设备向可能在范围之内的一个袖珍电视机进行发射。
接口模块的第二实施例如图3所示。这个实施例被配置来对便携式监控设备发射信号以及接收控制信号。DSP被替换为一个通用目的的CPU16。与第一实施例一样，视频和音频信号在输入8处被接收，由ADC9数字化，并被缓存在DFB10中。来自数字信源的信号可以被直接输入在输入12上。
RAM13用于本地存储，同时还提供一个外存储器设备17。外存储器设备允许储存大容量的数据，通过来自便携式监控设备的信号可以访问之。可以提供两个类型的外存储器设备。未压缩的模拟视频数据必须被储存在一个VCR中，通过一个顺序的、只读访问可访问之。被压缩的数字数据可以被储存在具有读写随机访问的若干适当设备(包括磁盘驱动、数字磁带驱动器、CD ROM、DVD、WORM驱动等等)的任何一个上。这里可以有多个外部存储器设备。
该外存储器设备允许储存视频和音频信号的历史记录用于在稍后时刻进行回顾。这种配置的一个应用是诸如视频和音频带之类记录的去除和存储，用于使用在可能由于由本发明检测到的保密破坏所引起的合法程序中。下面讨论其他应用。
发射/接收装置18发送并接收信号4。提供若干缓存器19用于发射和接收。一个输出装置20在端口21提供模拟或数字信号来响应于从便携式监控设备收到的信号用于控制各个其它设备。例如，来自适当的监控设备中的一个信号可用于开灯或关灯、复位一个运动检测器或外部告警、或者开始视频记录。在一个应用中，来自便携式监控设备中的信号可用于开始一个储存在外存储器设备17上的预记录程序的重放。
接口模块2的第三实施例如图4所示。这个实施例不同于第二实施例，其实现了多个地址数据总线22。这个实施例促进了多个外存储器设备和多个输出装置的使用。它也可实现多个输入源，这些输入源每一个都具有可从便携式监控设备中选择的一个唯一地址。这个实施例向无线视频监视系统提供最大的适应性。例如，连接到接口模块的设备的归类可以包括若干图像摄影机、一个或多个外部移动检测器和多个控制线(例如光开关)。移动的检测将产生一个报警信号，其被发射到便携式监控设备。用户然后将发射一个信号以便选择离该被检测移动最近的那个图像摄影机。视频然后被显示在监视器6的LCD7中。
便携式监控设备6的重要元件被更详细地表示在图5中。该监视器包括一个接收/发射模块23，用于接收由接口模块2发射的数据和向该接口模块发射数据。提供若干缓存器24用于发射和接收。在CPU25中处理接收信号。板上RAM26存储用于信号处理的数据和参数。处理的图像被显示在液晶显示器7上。在线路27上输入的控制信号被CPU25处理并发射给接口模块2。
便携式监控设备可以是能够具有一个图形显示器和一个通用目的处理器的无线网络连接任何设备。PDA由于它们的实用性而成为首选的，但是诸如WAP电话和I-NET电话之类的许多移动电话也是适合的。自然，用途构造的设备也将是适合的。本发明人认为把自定义DSP与一个标准PDA进行接口的混合设备将很有用。在这种形式中，视频解码处理可以不是在PDA的CPU中而是在自定义DSP中被执行。
图6表示一个实施例，其中，一个VHS图像摄影机28被连接到接口模块29上，其提供一个低功率信号30给一个局域网的天线31。这个实施例可以具有信号30的一个典型范围150m。虽然在点到点应用中红外线信号也可是适合的，但是信号30通常是射频信号。
监控设备33是一个个人数字助理，其具有无线网络卡34和天线32以便接收信号30。无线网络卡34通过一个PCMCIA槽、紧密闪光端口或其他扩展端口而接口到该个人数字助理上。
图6的实施例提供单工视频和全双工音频通信。它最适合于家用应用中——为了孩子的思想和安全性。例如，父母可以使用该结构来监视在一个单独房间中孩子的睡眠。另一用途是监视一个入口通道。全双工音频允许与一个找入口的人进行通信同时单工视频信道允许查看这个人。
图6实施例的主要优点是视频监视器是便携式的因此用户可以在家周围自由移动。应该理解，这是在现有技术的保障和孩子思想的系统之上的一个显著改善。
作为更长范围的应用，图7的实施例是较好的。一个数字视频摄像机35向接口模块36提供音频与视频输入。发射模块37是一个标准电话接口，用于通过一个CDMA或者GSM蜂窝电话网络从天线39发射信号38。监控设备包括一个个人数字助理40，其具有连接到电话42上的调制解调器41。该PDA被利用算法来编程以便为了显示而处理该接收数据。
在此实施例的一个变形中，PDA和电话被集成到单个设备中。相配的设备近来已经成为商业可利用的。
正如上面提及的，该实施例提供单工视频和双工音频通信。第二实施例通过电话提供双工音频。第一实施例的双工音频通信可以通过提供于一些PDA中的内置式送话器来或者通过耦合到网卡上的一个外部送话器来提供。
通过提供音频与视频尺数(按照来自监视器的命令可以查看之)的本地存储来扩展这些实施例。移动和声音检测功能也已经被提供于接口模块中所以如果在查看情景中检测到移动或声音则可以提供一个告警。合并的移动检测、声音检测和本地视频存储对于第二实施例特别地有用，来促进拨叫式操作。
在一个操作方法中，接口模块被配置来检测在查看范围中的移动。当检测到移动时，视频尺数被本地储存并且向便携式监控设备发出一个呼叫。电话按键或双工音频信道然后可以用于发送音调命令以便触发该储存的视频尺数的重放。这种系统的主要优点是不需要一个具有永久监控的固定电台就可提供安全性。
外存储器可用来在一个或多个FIFO缓存器中存储一个固定周期的数据。FIFO缓存器的尺寸(和因此的记录视频的长度)可以是用户设置变量。当检测到移动时，用户可以在告警之前选择从一种固定周期起查看一块视频。
应该理解，多个摄像机和接口模块可以被编程到单个或多个视频监视器上。因此，若干保安警卫携带提供多个摄像机设备的移动监控的个人数字助理将是可能的。
虽然上面的实施例仅仅提供单工视频通信，但是应该理解，本发明不局限于这种实现。单工而不是双工视频的提供是由于商业PDA中可用的处理能力所造成的。改良的处理能力将允许PDA运行允许视频图像的压缩和发射的软件。为了双工视频传输，可把一个视频记录装置加到该便携式监控设备上。
应该理解，相配的网络协议必须被使用来确保通过无线链路把视频数据可靠地发射到远程监视器。这些可以是导向的连接，例如TCP；或者是无连接，例如UDP。协议的性质将根据所使用的无线网络的性质、带宽和信道特性而改变。协议必须执行下列功能误差控制；流量控制；打包；连接建立；和链路管理。
有许多为此用途的现有协议，其已经被设计为与数据网络一起使用。可是在视频情况下，因为由于视频的性质在发射数据的接收和处理上所强加的实时限制，恶化数据的重发不适当，所以可能需要特别的注意力来处理差错。
为了处理这种情形，提供下列误差控制方案。
(1)把视频数据帧各个地发送到接收机，每一个都具有一个校验和或者附加的循环冗余校验以便启动接收机来估计该帧是否已经被错误地接收；(2a)如果没有错误，则正常地处理该帧；(2b)如果该帧有错误，则抛弃该帧并且发送一则状态消息给发射机，指示出错的图像帧的编号；(3)视频发射机在接收这样一个差错状态消息之后停止发送所有预测帧并立即改为发送下一有效关键帧给接收机；(4)在发送关键帧之后，发射机恢复发送正常帧间编码图像帧直到收到另一差错状态消息为止。
一个关键帧是一个图像帧，其仅仅已被帧内编码而不是帧间编码。帧间编码存在于执行预测处理的地方并在之后根据所有前述的图像帧并包括上一关键帧来产生这些帧。关键帧只作为第一帧来被发送并且不论何时差错发生。第一帧需要是一个关键帧，因为没有在前帧来预知从哪儿执行帧间编码处理。
虽然主要的应用被期望为点对点，但是一个广播实现也是可能的。在这种情况下，对于单个基站可以有多个监视器。这种实现可能在工厂安全性应用中特别有用，在此，若干警卫从各个位置来监控工厂的安全性。
还可以把验证安全性结合到系统中以便在便携式监控设备丢失或者被偷时把未经认可的使用的危险性减到最少。适当的安全性协议应该本领域技术人员已知的。
在整个详细说明书中已经描述了目的，本发明不把本发明限制为特征的任何具体组合。
权利要求
1.一种无线视频监视系统，包括至少一个便携式监控设备和第一无线通信装置；一个或多个视频记录装置，用于记录一个场景的视频图像；和至少一个接口模块，其把所述视频图像转换为可传送数据；一个第二无线通信装置与所述接口模块相连接，用于把来自所述至少一个接口模块中的所述可传送数据发射到所述便携式监控设备去；所述便携式监控设备合并装置用于接收所述可传送数据，把所述可传送数据转换为所述视频图像并显示所述视频图像。
2.如权利要求1所述的无线视频监视系统，其中，便携式监控设备是一个个人数字助理或者类似的手持处理单元合并处理器装置，存储装置和视频显示器装置。
3.如权利要求1所述的无线视频监视系统，其中，接口模块包括输入装置，用于接收来自所述视频记录装置中的视频信号。
4.如权利要求1所述的无线视频监视系统，其中，视频记录装置是一个数字摄影机。
5.如权利要求1所述的无线视频监视系统，其中，视频记录装置是一个类似的图像摄影机。
6.如权利要求5所述的无线视频监视系统，其中，接口模块包括视频输入装置和模拟数字变换装置。
7.如权利要求1所述的无线视频监视系统，其中，接口模块包括用于把所述视频图像转换为可传送数据的处理装置和一个或多个发送缓冲器。
8.如权利要求7所述的无线视频监视系统，其中，利用视频和音频压缩算法来编程处理装置。
9.如权利要求1所述的无线视频监视系统，其中，接口模块包括利用视频和音频压缩算法来编程的处理装置。并且其中，便携式监控设备合并利用相应的音频与视频解压缩算法来编程的一个处理器装置。
10.如权利要求1所述的无线视频监视系统，其中，第一无线传输装置是一个信号接收装置。
11.如权利要求1所述的无线视频监视系统，其中，第一无线传输装置是一个信号接收和发射装置。
12.如权利要求1所述的无线视频监视系统，其中，第二无线传输装置是一个信号发射装置。
13.如权利要求1所述的无线视频监视系统，其中，第二无线传输装置是一个信号接收和发射装置。
14.如权利要求1所述的无线视频监视系统，其中，第二无线通信装置与所述接口模块是整体。
15.如权利要求1所述的无线视频监视系统，其中，便携式监控设备包括输入装置，用于输入发射到所述接口模块去的信号。
16.如权利要求15所述的无线视频监视系统，其中，所述第一无线通信装置包括用于发射所述信号的装置而所述第二无线通信装置包括用于接收所述信号的装置。
17.一种提供无线视频监视的方法，该方法包括步骤记录一个场景的视频图像；处理记录图像以便形成用于无线发射的数据；把该数据发射给一个便携式监控设备；和处理该数据以便在便携式监控设备上显示该图像。
18.如权利要求17所述的方法，其中，处理记录图像的步骤包括在接口装置处压缩该图像并在便携式监控设备处解压缩该图像的进一步步骤。
19.如权利要求17所述的方法还包括为了稍后传送而存储所述数据的步骤。
20.如权利要求17所述的方法，还包括如下传输协议步骤把数据作为单独的视频数据帧来发射，所述单独的帧包括关键帧和预测帧，每一帧包括一个校验和或附加的循环冗余校验以便启动便携式监控设备处的一个接收机从而估计该帧是否已经被错误地接收，如果该帧是错误的，则抛弃该帧并发射一则状态消息，指示该帧是错误的一个标识符；停止预测帧的发射并发射下一有效的关键帧；和在发射关键帧之后恢复发射预测帧。
全文摘要
一种无线视频监控系统,包括:一个记录视频图像的视频记录装置;一个把该视频图像转换成可发送数据的接口装置;一个便携式监控设备,用于接收该可发送数据,把该数据转换成视频图像并显示该视频图像。该视频记录装置适合地是一个商业可用的视频摄像机而该便携式监控设备适合地是一个商业可用的个人数字助理。在一种形式中,PDA能够发射控制信号到接口装置以便控制该视频记录装置。其他设备,例如外部数据存储器、移动检测器、声音检测器和光开关,也可以与该接口模块进行接口。
文档编号H04M11/00GK1347619SQ00806513
公开日2002年5月1日 申请日期2000年4月26日 优先权日1999年4月22日
发明者R·冈萨雷斯 申请人:埃克题武斯凯公司