多路模擬/數字混合信號高速無線傳輸的方法與裝置的製作方法
2023-07-29 10:17:41 1
專利名稱：多路模擬/數字混合信號高速無線傳輸的方法與裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及通信技術領域，特別是一種使用超寬帶(UWB)技術進行多路模擬數字混合信號 高速無線傳輸的方法和裝置。
背景技術：
隨著技術的發展和生活水平的提高，各種電子產品閂益影響著人們的工作、學習、生活、交 流、娛樂等各個方面。但現有的許多電子產品、或同一電子產品中的各部件之間往往需要通過各 種信號線連接起來才能正常工作，給實際使用帶來諸多不便。例如，監控攝像頭、電腦顯示器、 投影儀等和主機之間需要使用視頻線進行連接，DVD、功放等與電視、音箱間需要視頻、音頻線 進行連接，電腦與網絡間需要通過網線、ADSL等進行連接，等等。這些有形的連線給電子產品 的安裝、移動帶來極大的不便，限制了各部件之間的擺方處巨離和位置，此外，外露的連線不僅影 響美觀，也更容易受到損壞。在許多場合下，為了避免連線的外露，人們需要特意在裝修時在牆 上鋪設暗線，既增加了裝修的工程量，又使得設備的位置固定下來不能再變化。
近年來無線通信技術取得了長足的發展，例如藍牙、WiFi、 WiMax等技術分別提供了電子設 備間的短距離無線連接、無線區域網和無線城域網構建的接口標準和傳輸技術，為打破原有電子 設備中或之間的有線連接束縛提供可能。 一些新的電子產品中已看不到傳統的連接線，取而代之 的是各種無線連接技術，例如藍牙耳機、無線音箱等等，給使用帶來很大的方便。但藍牙、WiFi、 WiMax等技術具有一個共同的缺點，就是其數據傳輸速率不高，難以滿足許多傳輸數據量大、傳 輸速率高的應用的要求。例如，藍牙1.1最高數據傳輸速率為1Mbps， WiFi為54Mbps， WiMax 為下行32Mbps、上行4Mbps，而1280*1024、 32比特、每秒25幀的未經壓縮視頻信號要求的速 率約為1280*1024*32*25 lGbps，顯然，即使經過壓縮處理也難以使用上述技術進行傳輸。
超寬帶技術(UWB)無線傳輸是近年來無線傳輸研究中的一個熱點，與藍牙、WiFi、 WiMax 等技斜目比，UWB具有傳輸速率高、系統容量大、抗多徑能力強、功耗低、成本低等突出的優點， 能在3.1GHz到10.6GHz頻率之間提供最高達到480Mbps數據傳輸速率，非常適合大數據量實時 信號的短距離高速傳輸。該技術目前已應用到計算機與快閃記憶體、光碟機、硬碟之間的數據傳輸、高清 電視信號傳輸等方面，並有數個處於公開階段的相關專利，但這些應用多是針對較為單一的信號 傳輸，例如單獨的視頻、音頻或數據信號傳送等，並且在UWB傳輸速率因發射、接收端距離等 因素的變化而發生變化時，無自適應調整信源速率的功能，因而在實際使用中還存在著較大的局 限性。
發明內容
本發明的目的在於針對現有技術的缺點，提供一種多路模m/數字混合信號高速無線傳輸的方
法，該方法利用超寬帶(uwB)傳輸技術，同時對多路模m/數字混合信號進行高速無線傳輸，並 且能根據現場傳輸條件的變化自適應地調整信源的速率，能有效地利用有限的傳輸資源，保證信 號傳輸的實時性。
本發明同時提供了一種多路模柳數字混合信號高速無線傳輸的裝置，具有傳輸速率高、系統 容量大、抗多徑能力強、功耗低、成本低等多種優點，可以方便地用於監控、傳感、工控、音視 頻和數據傳,多種場合。
本發明提供的多路模m/數字混合信號高速無線傳輸的方法，在發送端具體可以釆用以下歩驟
進行信號的發送
(1) 接收接口輸入的信號並轉換為微處理器可直接處理的數位訊號。如果接口輸入的是數
字信號，則進行必要的格式轉換；如果接口輸入的是模擬信號，則對信號進行採樣和量化， 轉換為數位訊號。
(2) 根據當前UWB的傳輸速率和預定的信號壓縮方式，確定信號的壓縮率。
(3) 根據步驟2確定的信號壓縮率，對步驟1中的數位訊號進行壓縮編碼。
(4) 將多路編碼壓縮後的信號進行封裝打包，使用UWB技術進行發送。 本發明提供的多路模掛數字混合信號高速無線傳輸的方法，在接收端具體可以採用以下步驟
進行數據的接收和還原
1、 接收UWB信號，並將接收的數據幀解封裝，分離多路信號。.
2、 對接收的多路信號進行解壓縮，得到解壓後的信號。
3、 將解壓後的信號送至對應的接口輸出。如果是接口輸出的是數位訊號，則進行必要的格式 轉換；如果接口輸出的是模擬信號，則對步驟2得到的解壓後的信號進行m/模轉換，轉換 為模擬信號進行輸出。
其中，發送端步驟2的信號壓縮率的確定，具體又可以分為下步驟
1.1、 根據當前原始信號的速率和所釆用壓縮算法所能提供的不同壓縮率，計算出所有壓縮率 下信號所需的傳輸速率。
1.2、 根據當前UWB所能衝共的傳輸速率，確定每秒可用於信號傳輸的比特數
1.3、 根據步驟U計算得到的不同壓縮率下信號的速率，選擇合適的壓縮率，使壓縮後多路信 號的總速率最接近並且不超過歩驟1.2所確定的每秒可用於信號傳輸的比特數
本發明提供的多路模柳數字混合信號高速無線傳輸裝置，其發送端由UWB傳輸模塊、數據 封裝模塊、信號壓縮模塊、壓縮率調整模塊、信號輸入接口共同組成。其中信號輸入接口與信號 壓縮模i央連接，為本發明提供多路模擬數位訊號輸入的接口，實現模擬信號的鋭模轉換以及數字
信號的格式轉換等功能；信號壓縮模塊分別與信號輸入接口、數據封裝模塊和壓縮率調整模塊連 接，將多路輸入信號按給定的壓縮率進行壓縮編碼；數據封裝模塊與信號壓縮模塊、UWB傳輸模 塊連接，將壓縮後的多g別言號封裝為統一格式的數據包；UWB傳輸模塊與數據封裝模塊和壓縮率 調整模±央連接，完成數據的超寬帶傳輸，並向壓縮率調整模i央提供當甜傳輸速率；壓縮率調整模 塊與UWB傳輸模i央信號、信號壓縮模塊相連，根據UWB當甜的傳輸速率自適應地確定當前信號 的壓縮率，並Jli共給信號壓縮模塊。
本發明提供的多路模m/數字混合信號高速無線傳輸裝置，其接收端由UWB傳輸模塊、數據解 封裝模±央、信號解壓縮模i央、信號輸出接口共同組成。UWB傳輸模塊與數據解封裝模塊連接，完 成超寬帶數據的接收；數據解封模塊與UWB傳輸模塊、信號解壓縮模塊連接，完成多路信號的 解封裝和分離；信號解壓縮模塊與數據解封模塊、信號輸出接口連接，對壓縮的信號進行解壓縮； 信號輸出接口與信號解壓縮模塊連接，將解壓後的信號轉換為合適的形式輸出至lj外部設備。
本發明的有益之處在於
1、 本發明可以同時傳輸多路模擬數字混合信號，使用靈活，可以廣泛地應用在監控、傳感、 工控、音視頻和數據傳輸等多種場合。
2、 本發明採用了UWB技術^i4行無線傳輸，有效地解決了高速實時信號傳輸的速率問題， 具有傳輸速率高、系統容量大、抗多徑能力強、功耗低、成本低等眾多的優點。
3、 本發明採用了自適應的信號壓縮技術，可以根據無線連接情況自適應地調整信號的壓縮 率，充分地利用有限的傳輸資源，有效地保證了諸如音視頻、實時監控等場合裡信號傳輸的連續 性和實時性。
圖l為本發明提供的多路樹w數字混合信號高速無線傳輸的方法發送端工作流程圖。
圖2為本發明提供的多路模柳數字混合信號高速無線傳輸的方法接收端工作流程圖。 圖3為發送端步驟2中確定信號壓縮率的流程框圖。
圖4為本發明樹共的多路模擬數字混合信號高速無線傳輸的發送裝置結構框圖。 圖5為本發明提供的多路模擬數字混合信號高速無線傳輸的接收裝置結構框圖。 圖6為實施例1發送端硬體結構圖。 圖7為實施例1接收端硬體結構圖。 圖8為實施例1發送端軟體流程圖。 圖9為實施例1接收端軟體流程圖。 圖10為實施例2發送端硬體結構圖。 圖11為實施例2接收端硬體結構圖。
具體實施例方式
下面結合實施例及附圖，來具體說明本發明的實施方式。 實施例1
實施例1為一多模無線視頻監控系統中的無線傳輸部件。整個監控系統由多模攝像頭、無線 傳輸部件和監控主機三部分構成，多模攝像頭包含兩個CCD攝像頭和兩個紅外攝像頭，每一對 CCD和紅外攝像頭為一組，用於實現對目標的全天侯監控，兩組CCD和紅外攝像頭成一定角度 安裝，以測定目標的距離。本實施例中，CCD攝像頭採用USB接口輸出數字攝像信號，紅外攝像 頭採用同軸電纜輸出模擬攝像信號。四路攝像信號通過實施例1使用無線傳輸的方式傳送至監控 主機進行播放。由於是無線連接，因此攝像頭的位置可以隨意調整，比傳統的監控系統使用起來 更靈活方便。
實施例1發送端的硬體結構如圖6所示，由2個USB接口、 2個模擬視頻輸入接口、微處理 器、UWB傳輸電路、控制面板共同構成。微處理器作為信號處理和控制的核心，與USB接口、 模擬視頻輸入接口、 UWB傳輸電路和控制面板連接，完成數據封裝模±央、信號壓縮模塊、壓縮率 調整模塊的功能，可以採用單片機、DSP、 MCU、 FPGA等晶片實現；USB接口連接微處理器和 CCD攝像頭，將CCD攝像頭攝錄的視頻信號傳送至微處理器；模擬視頻輸入接口連接微處理器 和紅外攝像頭，將紅外攝像頭攝錄的視頻信號轉換為數位訊號傳送至微處理器，視頻信號的*1/數 轉換可以採用視頻採集晶片來實現，如BT848; UWB傳輸電路與微處理器連接，完成UWB信號 的發送和接收，並為微處理器掛共當前的傳輸速率，可以採用專用的UWB晶片來實現，如Alereon 公司的AL4100和AL4300;控制面板與微處理器連接，在微處理器控制下顯示當前工作狀態、傳 輸速率等信息，用戶也可以通過控律靦板對當前工作模式等進行設置。 '
實施例1接收端的硬體結構如圖7所示，由UWB傳輸電路、微處理器、4個USB接口/模擬 視頻輸出接口和控制面板共同構成。微處理器作為信號處理和控制的核心，與USB接口、 UWB 傳輸電路和控制面板連接，完成數據解封裝模塊和信號解壓縮模塊的功能，可以採用單片機、DSP、 MCU、 FPGA等晶片實現；UWB傳輸電路與微處理器連接，完成UWB信號的傳輸，可以採用 AL 4100和AL4300等專用的UWB晶片來實現；USB接口/模擬視頻輸出接口連接微處理器與監 控主機，提f娥像信號輸出的接口，如果監控主機需要數字視頻信號，貝U與USB接口連接，如果 監控主機需要模擬視頻信號，則與模擬視頻輸出接口連接。模擬視頻輸出接口中，視頻信號的掛 模轉換可以採用專用的晶片來實現，例如M12DAA;控制面板與微處理器連接，顯示有關信息及 提供用戶設置的界面。
實施例1中皿端軟體處理的流程如圖8所示，開機上電後，微處理器先進行軟硬體的初始 化，並設置四路攝像信號輸入的緩衝區以及輸出數據的緩衝區。當CCD和紅外攝像頭將現場攝錄 的視頻信號通過USB接口和模擬視頻輸入接口傳送過來時，將接收到的數據分別填入各自的緩衝
區中，並設置相應的標誌。當緩衝區非空時，微處理器進行數據的發送。
數據的發送首先需要確定攝像信號的壓縮率，具體可以按照以下歩驟進行
1、 根據當前攝像信號畫面的大小、幀率和量化精度等因素，計算原始攝像信號的速率，例如， 假設某路攝像信號的畫面大小為WW個像素，^像素用K比特量化，幀率為P，則該路攝像信 號的速率為V=W*H*K*P。
2、 將所用的壓縮算法所能提供的壓縮率乘以原始攝像信號的速率，得到不同壓縮率下攝像信 號所需的速率。假設壓縮算法所能掛共的壓縮率分別為Q、 C2、……、CM，則採用Cm壓縮後的 攝像信號速率為V(Cm)= VfCV壓縮算法可以根據微處理器的處理能力進行選擇，例如可以使用 JPEG等圖象壓縮算法或H.264、 MEPG等視頻壓縮算法。
3、 檢測當前U職的傳魏率，確定每秒可用於攝像信號傳輸的比特數。例如，可以採用下 式進行計算
每秒攝像信號可用的比特數-UWB每秒傳輸比特數-無效負載比特數 無效負載指用於幀頭、校驗等地方的非攝像信號數據。
4、 根據每秒攝像信號可用的比特數，選擇合適的壓縮率。假設當甜可用於攝像信號傳輸的比 特數為T，則選擇壓縮率di、 C2」，C3k、 C41，使其滿足
T 2 V1(Cli>+V2(C2j)+ V3(C3k)+V4(C41)， 且在滿足上式所有的Clm、 C2n， C3。、 C4p中，有
V3(C3k)+V4(C4l) 2 V! (QmU V2(C2n)| 力+V! (Cl0)|0,k+ V2(C2p)| p力
其中V" V2、 V3、 V4和C,、 C2、 C3、 C4分別表示四路攝像信號的速率和壓縮率。如果需
要使用糾錯編碼，貝似上計算中還需考慮糾錯編碼所佔的比特數。
壓縮率確定後，即可將壓縮率作為參數，調用壓縮子程序，對攝像信號進行壓縮編碼。當使 用糾錯編碼時，還需在數據流中加載糾錯碼。
完成攝像信號的壓縮後，需要對經壓縮編碼的四路攝像信號進行封裝打包，數據包可以採用
多種格式，由收發雙方共同約定。例如， 一種數據包的幀格式如下
壓縮方案I CCD數據長度11 CCD數據長度2 i紅外數據長度11紅外數據長度2 CCD數據11 CCD數據21紅外數據11紅外數據2 每幀由幀頭和數據區構成，幀頭包括壓縮方案、兩路CCD數據和兩路紅外數據的長度，壓縮方案 指明四M像信號分別採用何種壓縮率進行壓縮，CCD數據長度和紅外數據長度指明數據區中兩 路CCD數據和兩路紅外數據的長度。數據區由兩路CCD的數據和兩路紅外的數據構成。幀中或 幀末可增加糾錯編碼或校驗位。
最後控制UWB傳輸電路將數據包發送出去。
實施例1中接收端軟體處理的流程如圖9所示，開機上電後，進行軟硬體的初始化，並設置
接收數據緩衝區和輸出數據緩衝區，等待接收UWB數據。
當UWB電路收到一幀數據並送至微處理器後，將數據解封裝，分解為四路壓縮的攝像信號， 分別存放在對應的接收緩衝區中。
對緩衝區中的四路壓縮攝像信號進行解壓縮，如果使用了糾錯編碼，則還需要進行差錯檢測 和糾正，並可以對無法修復的比特錯誤或丟幀採用差錯掩蓋技術來恢復。
解壓後的攝像信號送至輸出緩衝區，監控主機通過四個USB接口/模擬視頻輸出接口獲取四路 攝像信號並進行播放。 實施例2
實施例2的發送端硬體結構如圖10所示，由2個USB接口、 2個模擬視頻輸入接口、微處理 器、圖象/視頻壓縮電路、UWB傳輸電路、控制面板共同構成。與實施例1不同之處在於實施例2 的USB接口或模擬視頻輸入接口與微處理器之間增加了圖象視頻壓縮電路，用專用的晶片來完成 信號壓縮模塊，旨g提供更複雜的壓縮算法和更高的壓縮率，微處理器則完成壓縮率調整模塊和數 據封裝模塊的功能，鵬制控帝靦板的工作。所述的圖m/視頻壓縮電路可以採用DSP晶片來完成。
對應地，實施例2的接收端硬體結構如圖11所示，由UWB傳輸電路、微處理器、圖象視頻 解壓縮電路、4個USB接口/模擬視頻輸出接口、控制面板共同構成，與實施例l不同的地方在於 USB接口/模擬視頻輸出接口與微處理器之間增加了圖象/視頻解壓縮電路，用專用的晶片電路來完 成信號解壓縮模塊，微處理器則完成數據解封裝功能並控制控制面板的工作。圖象視頻解壓縮電 路可以採用DSP晶片來完成。
實施例2的軟體流程與實施例1基本相同，不同之處在於實施例1中的信號壓縮、解壓縮程 序被壓一縮、解壓縮電路控制程序所代替。
權利要求
1、一種多路模擬/數字混合信號高速無線傳輸的方法，在發送端採用以下步驟進行信號的發送(1)接收接口輸入的信號並轉換為微處理器可直接處理的數位訊號；如果接口輸入的是數位訊號，則進行必要的格式轉換；如果接口輸入的是模擬信號，則對信號進行採樣和量化，轉換為數位訊號；(2)根據當前UWB的傳輸速率和預定的信號壓縮方式，確定信號的壓縮率；(3)根據步驟2確定的信號壓縮率，對步驟1中的數位訊號進行壓縮編碼；(4)將多路編碼壓縮後的信號進行封裝打包，使用UWB技術進行發送；在接收端採用以下步驟進行數據的接收和還原(5)接收UWB信號，並將接收的數據幀解封裝，分離多路信號；(6)對接收的多路信號進行解壓縮，得到解壓後的信號；(7)將解壓後的信號送至對應的接口輸出；如果是接口輸出的是數位訊號，則進行必要的格式轉換；如果接口輸出的是模擬信號，則對步驟6得到的解壓後的信號進行數/模轉換，轉換為模擬信號進行輸出。
2、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於發送端歩驟2的信號壓縮率的確定包括以下歩驟(2.1) 根據當前原始信號的速率和所採用壓縮算法所能提供的不同壓縮率，計算出所有壓縮 率下信號所需的傳輸速率；(2.2) 根據當前UWB所能提供的傳輸速率，確定每秒可用於信號傳輸的比特數；(2.3) 根據步驟2.1計算得到的不同壓縮率下信號的速率，選擇合適的壓縮率，使壓縮後多路 信號的總速率最接近並且不超過步驟2.2所確定的每秒可用於信號傳輸的比特數。
3、 一種多路模掛數字混合信號高速無線傳輸的發送裝置，其特徵在於包括~f言號輸入接口，提供多路模擬數位訊號輸入的接口，實現模擬信號的激模轉換以及數字 信號的格式轉換；~f言號壓縮模塊，按給定的壓縮率將多路輸入信號進行壓縮編碼； ~" 封裝模塊，將壓縮後的多足別言號封裝為統一格式的數據包；——由UWB傳輸模塊，完成數據包的超寬帶傳輸，並向壓縮率調整模塊提供當前傳輸速率； ~~ffi縮率調整模塊，根據UWB當前的傳輸速率自適應地確定當前信號的壓縮率，並提供給 信號壓縮模塊。
4、 一種多路模擬/數字混合信號高速無線傳輸的接收裝置，其特徵在於包括 ~~UWB傳輸模塊，完成超寬帶數據的接收； ^i(據解封裝模塊，完成,傳輸模i央傳送來的多路信號的解封裝和分離；~~f言號解壓縮模塊，對解封裝後的壓縮信號進行解壓縮；~f言號輸出接口，將解壓後的信號轉換為合適的形式輸出到外部設備。
全文摘要
本發明公開了一種多路模擬/數字混合信號高速無線傳輸的方法與裝置。一種多路模擬/數字混合信號高速無線傳輸的發送裝置，包括信號輸入接口、信號壓縮模塊、數據封裝模塊、UWB傳輸模塊和壓縮率調整模塊。由對應的模塊組成接收裝置，接收裝置無需壓縮率調整模塊。本發明採用了UWB技術來進行無線傳輸，有效地解決了高速實時信號傳輸的速率問題，具有傳輸速率高、系統容量大、抗多徑能力強、功耗低、成本低等眾多的優點。本發明可以同時傳輸多路模擬/數字混合信號，使用靈活，可以廣泛地應用在監控、傳感、工控、音視頻和數據傳輸等多種場合。
文檔編號H04N7/24GK101106712SQ20071002964
公開日2008年1月16日 申請日期2007年8月8日 優先權日2007年8月8日
發明者丁泉龍, 軍 張, 崗 韋 申請人:華南理工大學