基於3g網絡的視頻無線傳輸監控系統和方法

2023-10-17 23:49:29 3

專利名稱：基於3g網絡的視頻無線傳輸監控系統和方法
技術領域：
本發明涉及視頻採集傳輸技術領域，尤其涉及基於3G網絡進行視頻數據無線傳 輸監控的系統和方法。
背景技術：
通常，視頻數據大多走有線網絡進行傳輸，有線傳輸雖然保證了數據傳輸的速率 和可靠性，但是鋪設網絡的成本很高，耗費人力多，利用率低，可鋪設的地域也非常有限，這 從客觀上大大限制了視頻數據網絡的應用範圍。此外，目前市場上大多數視頻監控網絡都 僅限於區域網，如公司、學校和一些特殊部門等等。這也限制了視頻傳輸網絡可應用的市場 領域。另外，有的採用GPRS的2. 5G無線網絡來實現無線傳輸，但該網絡傳輸帶寬有限，無 法適應視頻流的傳輸要求。另一方面，隨著3G網絡的不斷普及，3G網絡的應用範圍日益擴大，價格日漸低廉， 非常適宜作為無線傳輸的媒介。因此，考慮設計基於3G網絡的視頻無線傳輸監控系統來解 決現有視頻數據傳輸技術的不足。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種基於3G網絡進行視頻數據無線傳輸監控 的系統和方法，利用已有的無線3G網絡來傳送視頻數據，而且可以在整個公網範圍內建立 視頻數據傳輸網絡，大大節約傳輸成本的同時，擴大應用範圍，提高無線網絡的利用率。本發明的技術方案是一種基於3G網絡的視頻無線傳輸監控系統，包括至少一個 視頻信號採集處理終端、一個3G網絡和一個伺服器，所述視頻信號採集處理終端包括視頻 信號採集設備，還包括視頻模數轉換模塊，將視頻信號轉換成數位訊號；視頻壓縮處理模塊，其輸入端連接視頻模數轉換模塊的輸出端，對數位訊號進行 編碼壓縮；3G射頻模塊，其輸入端連接視頻壓縮處理模塊的輸出端，將編碼壓縮處理後的數 字信號轉換成射頻信號，並無線發送到3G網絡；微處理器，對視頻信號採集設備、視頻模數轉換模塊、視頻壓縮處理模塊和3G射 頻模塊進行控制。本發明的基於3G網絡的視頻無線傳輸監控系統的詳細技術方案是所述視頻壓縮處理模塊和微處理器可以為一個模塊，採用Z228微處理器晶片實 現。所述3G射頻模塊包括模塊MC8630、晶片ISP1301及其外圍電路。所述視頻信號採集設備包括攝像頭和雲臺，攝像頭固定在雲臺上，攝像頭的視頻 信號輸出端連接視頻模數轉換模塊的輸入端，所述微處理器通過RS485接口和雲臺進行通
本系統還包括RS232串口模塊，包括依次相連的RS232接口和電平轉換晶片，所述 電平轉換晶片和微處理器相連。本系統還包括乙太網模塊，包括依次相連的RJ45網口、電平轉換晶片和網卡芯 片，所述網卡晶片的數據線和地址線和微處理器相連。本發明還提出了一種基於3G網絡的視頻無線傳輸監控方法，包括至少一個視頻 信號採集處理終端、一個3G網絡和一個伺服器，包括如下步驟步驟S1 視頻信號採集處理終端上電啟動，並初始化；步驟S2 視頻信號採集處理終端通過其內部的3G射頻模塊在3G網絡上註冊並連 接3G網絡，獲得IP位址；步驟S3 視頻信號採集處理終端通過3G網絡和伺服器建立連接；步驟S4 視頻信號採集處理終端偵聽伺服器發出的命令，並在收到命令後，做出 和命令相應的處理。本發明的基於3G網絡的視頻無線傳輸監控方法的詳細技術方案是在所述步驟S4中，若伺服器發出「傳輸」命令，則視頻信號採集處理終端通過3G網絡向伺服器發送 採集到的實時視頻數據流；若伺服器發出「關閉媒體」命令，則視頻信號採集處理終端停止發送視頻數據流；若伺服器發出「關閉設備」命令，則視頻信號採集處理終端斷電關閉；若伺服器發出「休眠設備」命令，則視頻信號採集處理終端停止發送視頻數據流並 休眠。進一步地，對處於休眠狀態的視頻信號採集處理終端，伺服器通過發送簡訊喚醒 視頻信號採集處理終端重新工作。本發明的優點是1.若干監控終端組成的監控系統可以對分布在不同位置的監控對象進行實時監 控，不僅無需鋪設網線，還可以降低傳輸成本，提高傳輸效率；2.採用3G無線網絡技術組成星型網絡，可以無解除地安全傳輸數據信息，可以動 態增減節點；3.特別是對於環境惡劣的戶外場所進行信息採集，可以方便地實時視頻監控；4.每個視頻信號採集處理終端將3G射頻模塊集成到系統中，保證了數據傳輸帶 寬，同時也提高了集成度，方便用戶安裝使用，減小節點的體積；5.視頻信號採集處理終端無需不間斷的實時傳輸，由伺服器發送指令控制其傳 輸、不傳輸或者關閉，做到系統節能，功耗低；6.無線鏈路維護機制，自動斷線重撥，保證數據傳輸的可靠性和穩定性；7.使用自己的協議棧，封包過程全透明，可控性強。


下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述圖1為本發明的實施例的系統基本結構示意圖；圖2為本發明的實施例的系統具體結構示意圖3為本發明的實施例的視頻模數轉換模塊部分的電路圖；圖4為本發明的實施例的視頻壓縮處理模塊和微處理器部分的電路圖；圖5為本發明的實施例的3G射頻模塊部分的電路圖；圖6為本發明的實施例的RS485串口與雲臺連接部分的電路圖；圖7為本發明的實施例的RS232串口模塊部分的電路圖；圖8為本發明的實施例的電源模塊的示意圖；圖9為本發明的實施例的乙太網部分的電路圖；圖10為本發明的實施例的工作流程圖。其中1視頻信號採集處理終端；10視頻信號採集設備；11視頻模數轉換模塊；12 視頻壓縮處理模塊；133G射頻模塊；14攝像頭；15雲臺；16RS232串口模塊；17乙太網模 塊；18微處理器；19存儲設備；23G網絡；3伺服器。
具體實施例方式實施例如圖1所示為本實施例的系統基本結構示意圖。基於3G網絡的視頻無線 傳輸監控系統，包括至少一個視頻信號採集處理終端1、一個3G網絡2和一個伺服器3，視 頻信號採集處理終端1包括依次相連的視頻信號採集設備10、視頻模數轉換模塊11、視頻 壓縮處理模塊12和3G射頻模塊13，還包括控制視頻信號採集設備10、視頻模數轉換模塊 11、視頻壓縮處理模塊12和3G射頻模塊13的微處理器18。伺服器3與若干視頻信號採集 終端之間組成星型網絡，按照符合3G的標準無線網絡協議進行數據傳輸。更具體地，如圖2所示，視頻信號採集設備10包括攝像頭14和雲臺15。雲臺15 和微處理器18通過RS485接口進行通信。視頻信號採集處理終端1還包括存儲設備19、 RS232串口模塊16和乙太網模塊17。視頻模數轉換模塊11將視頻信號轉換成數位訊號，並傳給視頻壓縮處理模塊12， 在視頻壓縮處理模塊12對數位訊號進行編碼壓縮，並將編碼壓縮處理後的數位訊號傳入 3G射頻模塊13，轉換成射頻信號，並無線發送到3G網絡2，通過3G網絡2實現和伺服器3 之間的通信。存儲設備19協助視頻壓縮處理模塊12保存和處理數據信息。在整個過程中 微處理器18對各個模塊的工作進行控制。在本實施例中，視頻壓縮處理模塊12和微處理器18選用視頻編解碼和控制合二 為一的晶片來實現，選用上海傑得微電子有限公司設計的Z228微處理器晶片，當然也可以 選用其他能實現視頻壓縮處理模塊和控制功能的模塊。如圖3所示，視頻模數轉換模塊11的輸入端連接視頻接口，對從攝像頭攝入 的模擬視頻信號進行模數轉換，輸出8Bit的數位訊號CSI_DATA[7:0]，傳輸給視頻壓 縮處理模塊12，即本實施例中的Z228晶片進行編碼壓縮。本實施例中採用模數轉換 晶片TVP5150A-TQFP32輸入YUV格式的模擬信號，輸出8Bit的數位訊號，該晶片外接 14. 31818MHz的晶振Y3。如圖3所示，在模數轉換晶片的第一和第二輸入腳分別連接視頻 信號輸入接口。由於工業視頻信號的標準定義，輸入信號電壓在3V 4V，而模數轉換晶片 TVP5150A的輸入輸出管腳的定義電壓約為1.8V。因此，為了保護晶片，模數轉換晶片的第 一和第二輸入腳和視頻信號輸入接口之間連接有分壓電阻，包括分壓電阻R48、R49、R50、 R51。在信號採集過程中，無法避免直流分量的輸入，為了保證採集到的都是有效交流電平信號，利用隔直電容C70和C71對輸入的有效電平進行直流過濾，達到最高的採集效率，為 後續的編碼提供了便捷，同時也減小了功耗。由於視頻信號需要嚴格行列同步輸入，因此模 數轉換晶片需要獨立接入14MHz無源晶振Y3進行工作。在本實施例中，視頻壓縮處理模塊12和微處理器18為合二為一的Z228微處理 器晶片，其數據輸入端CSI_DATA[7:0]連接視頻模數轉換模塊11的數據輸出端。本實施 例中微處理器Z228晶片是一款包括內嵌ARM926EJ核的微控制器和MPG4格式硬體編解碼 器、面向視頻專用傳輸設備和其他通用嵌入式設備的專用晶片，有效減少了處理器的負擔， 提高了運行效率。編解碼是將原始CIF/VGA格式的原始視頻流編解碼為MPEG4格式的視 頻數據流。本實施例的存儲設備19，包括Flash快閃記憶體和SDRAM存儲器(同步動態隨機存儲 器，Synchronous Dynamic Random Access Memory), Flash 和 SDRAM 存儲器通過其數據和 控制總線與微處理器Z228連接，本實施例採用的Flash存儲器為Flash型號為SPANSI0N 的 S29GL064A90TFIR10，SDRAM 存儲器型號為 Micron 的 MT48LC16M16A2。系統設置從 Flash 快閃記憶體上電啟動，代碼運行在SDRAM存儲器的內存空間。如圖4所示，為微處理器Z228晶片部分的電路圖。Z228包括數據總線、地址總線、 各個模塊之間的控制信號(in/out)、外部各個接口的數據線等，圖4隻畫出了本文中涉及 到的管腳。微處理器Z228通過IIC總線輸出時鐘信號Z_SCL、數據信號Z_SDA、採集頻率與 奇偶鎖存控制信號Z_SYNCED和重啟信號RSTOUTn給視頻模數轉換模塊11的相應埠。3G射頻模塊13是視頻信息無線發送的數據通道。如圖5所示，本實施例的3G射頻 模塊由MC8630模塊和ISP1301晶片及其外圍電路組成。MC8630模塊是中興的EVD0 3G無 線模塊，並利用PHILLIPS公司的ISP1301USB-0TG控制晶片和微處理器Z228相連。MC8630 模塊包含串口、USB接口和天線等外圍電路。ISP1301控制晶片實現對數據收發鏈路層的控 制，晶片ISP1301作為USB設備的0TG(0n-the-GO)控制器，可以實現行動電話、視頻設備、 PDA等產品的直接互連。視頻數據流由ISP1301晶片轉換成USB串行差分信號然後傳送給 MC8630模塊。晶片ISP1301和微處理器Z228之間的控制信號連接端包括USB_SCL、USB_ SDA、USB_INT和USB_TXEN，分別對應ISP1301的時鐘信號、數據控制信號和輸入、輸出中斷 信號，通過IIC總線連接。為了穩定工作，需要加上上拉電阻R39、R40、R42和R43。晶片 ISP1301的第一和第二數據端分別外接分壓電阻R44和R43，調節輸出差分信號的電壓，並 分別連接MC8630模塊的第一和第二數據端。MC8630模塊可兼容SIM (Subscriber Identity Module，客戶識別模塊)卡和UIM(User Identity Model，用戶識別模塊)卡，用於流量計 費，同時包含射頻發射模塊，可實現無線數據的收發。視頻信號採集處理終端1的視頻信號採集設備10由攝像頭14和雲臺15組成。攝 像頭14固定在雲臺15上，雲臺15控制攝像頭的運動。攝像頭14的視頻信號輸出端連接 視頻模數轉換模塊11的輸入端。本實施例中攝像頭14輸出的為PAL(Phase Alternating Line，逐行倒相)格式的視頻信號。雲臺通過RS485接口受微處理器18的控制，達到多視 角監控的效果。如圖6所示，為RS485串口與雲臺連接部分的電路圖。RS485串口晶片U9 通過埠 Z_UARTRXD1和Z_UARTTXD1和微處理器交換數據，通過A、B兩腳連接雲臺，微處理 器通過埠 Z_UARTRXD1和Z_UARTTXD1控制雲臺的工作，雲臺也會通過A、B腳反饋其運動 的信息。另外，微處理器輸出重啟信號2_11說肌肌51給RS485串口晶片U9，可以控制雲臺重 啟o
為了調試的需要，本實施例的視頻信號採集處理終端1還包括RS232串口模塊16， 如圖7所示，9針的RS232接口一端和計算機等相連，另一端通過電平轉換晶片連接微處 理器，本實施例中採用MAX3232晶片作為電平轉換晶片，將MAX3232的相關控制埠和微 處理器的控制埠相連。本實施例的MAX3232可以同時進行兩組控制信號的傳輸，分別為 UARTTXD0/UARTRXD0 和 UARTTXD2/UARTRXD2,分別和微處理器的 Z_UARTTXD0/Z_UARTRXD0 和 Z_UARTTXD2/Z_UARTRXD2 埠 相連。為了對視頻數據進行一個備份，或作為3G射頻模塊13的替代、輔助模塊，本實施 例還包括一個乙太網模塊17，可以使視頻數據通過乙太網模塊在乙太網上進行有線傳輸。 如圖9所示，本實施例包括依次相連的RJ45網口、PE68515L乙太網10M/100M電平轉換芯 片和LAN9115網卡晶片，LAN9115網卡為16bit數據線寬，數據信號為mi_EXTDATA[15:0]， 和微處理器Z228進行數據通信。另有8位地址信息EBI_EXTADDR0UT[7:0]和微處理器的 相應埠相連。網卡晶片的輸入差分信號線需要增加電容C48和C49，用來隔離直流分量， 保證輸入信號的穩定和管腳的電平安全。由於網卡是高頻傳輸的模塊，對於工作頻率的要 求非常高，因此需要獨立接入25M無源晶振Y1，和電阻R20、電容C46、電容C47 —起組成晶 振電路。Z228晶片的內部有總線控制器，並具有總線接口，存儲器19和總線相連，可以和 Z228直接通信。乙太網模塊17的數據總線、地址總線也和總線接口相連，因此，若有大量的 數據從乙太網模塊17輸入系統，可以直接通過總線輸入到存儲器19，而不經過Z228晶片， 但總線的工作是在Z228晶片的控制之下進行的。本發明的系統中視頻信號採集處理終端1的電源模塊如圖8所示，從外部輸入 9V 12V直流電，經過LM2679S-5晶片降到5V，再由TPS65021電源管理晶片，可同時轉換 出3. 3V和1. 8V和1. 2V的低電平直流電。MIC29300-3. 3電壓轉換晶片給3G射頻模塊提供 3. 3V電壓，確保數據收發的穩定。本實施例的基於3G網絡的視頻無線傳輸監控系統工作時，如圖10所示，包括如下 步驟步驟1 視頻信號採集處理終端1上電啟動，進入Linux作業系統，開始運行程序， 並初始化配置。步驟2 視頻信號採集處理終端1通過其內部的3G射頻模塊13在3G網絡2上注 冊並連接3G網絡，如中國電信的CDMA2000網絡。視頻信號採集處理終端1開始PPP撥號， 並進行多次撥號嘗試，直到成功連接網絡。成功接入3G網絡後，視頻信號採集處理終端1 將獲得3G網絡提供的唯一的IP位址，從而可以區分不同的視頻信號採集處理終端。在和 3G網絡連接成功之後，視頻信號採集處理終端1處的應用程式檢查並讀取本地配置文件， 從中獲得該終端的默認的視頻流格式、廠商標識、序列號和伺服器的IP位址等信息。若發 現本地配置文件不全，則進行人工的配置信息，並重新回到步驟1。步驟3 在配置文件成功讀取後，應用程式啟動視頻服務線程，該線程從視頻信號 採集處理終端1獲得數字視頻信號，按照默認的視頻流格式初始化視頻流，包括初始化視 頻幀率，像素，碼流等，並將視頻流暫存於內存的緩衝區，阻塞該線程，等待伺服器的命令。步驟4 視頻信號採集處理終端1通過3G網絡2主動搜索找到伺服器，並向服務 器的通信埠，如7100埠發送請求，視頻信號採集處理終端1向伺服器的指定埠發出數據包，內封裝有視頻信號採集處理終端1產品序列號和偵聽命令的埠號。當伺服器確 認該終端的廠商標識和序列號後，回復請求，並在伺服器本地更新終端節點列表。至此，終 端與服務的命令通道建立成功，該視頻信號採集處理終端1和伺服器3建立連接。視頻信 號採集處理終端1在處理數據包時，首先將視頻數據進行封包，並將封好的RCP和RTP包 扔給協議棧進行UDP封包，然後再封成IP包，最後經過3G模塊在PPP( (Point-to-Point Protocol，點對點協議)鏈路上發送出去，此為現有技術。當通信鏈路正常連接時，視頻信 號採集處理終端1通過不間斷地發Ping (Packet Internet Grope，網際網路包探索器)命令 給伺服器公網IP位址來判斷鏈路連接狀態。若多次返回失敗信息，則說明斷線了，將重新 回到步驟2進行PPP撥號連接3G網絡。本實施例在使用3G模塊的公共撥號資源的基礎上， 增加了自己的鏈路維護機制，方便本系統進行透明控制。步驟5 視頻信號採集處理終端1偵聽其對應的通信埠，如7000埠，偵聽服務 器3發出的命令，等待伺服器的命令包。步驟6 當視頻信號採集處理終端1在收到伺服器發來的命令後，做出和命令相應 的處理。若伺服器發出「傳輸」命令，則視頻信號採集處理終端1通過3G網絡2向伺服器 3發送採集到的實時視頻數據流；若伺服器發出「關閉媒體」命令，則視頻信號採集處理終端1停止發送視頻數據 流；若伺服器發出「關閉設備」命令，則視頻信號採集處理終端1斷電關閉。若伺服器發出「休眠設備」命令，則視頻信號採集處理終端1停止發送視頻數據流 並休眠。當正常工作模式下，若伺服器端需要暫時停止工作，則會發出「休眠設備」指令，使 視頻信號採集處理終端1停止發送視頻數據流並休眠，鏈路斷開。當伺服器端需要重新啟 動服務，則可以通過發送簡訊來喚醒視頻信號採集處理終端1，重新進入工作模式，視頻信 號採集處理終端1重新從步驟1開始工作。以上所述，僅為本發明的優選實施例，並不能以此限定本發明實施的範圍，凡依本 發明權利要求及說明書內容所作的簡單的變換，皆應仍屬於本發明覆蓋的保護範圍。
權利要求
一種基於3G網絡的視頻無線傳輸監控系統，其特徵在於包括至少一個視頻信號採集處理終端(1)、一個3G網絡(2)和一個伺服器(3)，所述視頻信號採集處理終端(1)包括視頻信號採集設備(10)，還包括視頻模數轉換模塊(11)，將視頻信號轉換成數位訊號；視頻壓縮處理模塊(12)，其輸入端連接視頻模數轉換模塊(11)的輸出端，對數位訊號進行編碼壓縮；3G射頻模塊(13)，其輸入端連接視頻壓縮處理模塊(12)的輸出端，將編碼壓縮處理後的數位訊號轉換成射頻信號，並無線發送到3G網絡(2)；微處理器(18)，對視頻信號採集設備(10)、視頻模數轉換模塊(11)、視頻壓縮處理模塊(12)和3G射頻模塊(13)進行控制。
2.根據權利要求1中所述的基於3G網絡的視頻無線傳輸監控系統，其特徵在於所述 視頻壓縮處理模塊(12)和微處理器(18)可以為一個模塊，採用Z228微處理器晶片實現。
3.根據權利要求1中所述的基於3G網絡的視頻無線傳輸監控系統，其特徵在於所述 3G射頻模塊(13)包括模塊MC8630、晶片ISP1301及其外圍電路。
4.根據權利要求1中所述的基於3G網絡的視頻無線傳輸監控系統，其特徵在於所述 視頻信號採集設備(10)包括攝像頭(14)和雲臺(15)，攝像頭(14)固定在雲臺(15)上，攝 像頭(14)的視頻信號輸出端連接視頻模數轉換模塊(11)的輸入端，所述微處理器(18)通 過RS485接口和雲臺(15)進行通信。
5.根據權利要求1中所述的基於3G網絡的視頻無線傳輸監控系統，其特徵在於還包 括RS232串口模塊(16)，包括依次相連的RS232接口和電平轉換晶片，所述電平轉換晶片和 微處理器(18)相連。
6.根據權利要求1中所述的基於3G網絡的視頻無線傳輸監控系統，其特徵在於還包 括乙太網模塊(17)，包括依次相連的RJ45網口、電平轉換晶片和網卡晶片，所述網卡晶片 的數據線和地址線和微處理器(18)相連。
7.一種基於3G網絡的視頻無線傳輸監控方法，包括至少一個視頻信號採集處理終端 (1)、一個3G網絡(2)和一個伺服器(3)，其特徵在於包括如下步驟步驟Sl 視頻信號採集處理終端(1)上電啟動，並初始化；步驟S2 視頻信號採集處理終端(1)通過其內部的3G射頻模塊(13)在3G網絡⑵上 註冊並連接3G網絡，獲得IP位址；步驟S3 視頻信號採集處理終端(1)通過3G網絡(2)和伺服器(3)建立連接；步驟S4 視頻信號採集處理終端(1)偵聽伺服器(3)發出的命令，並在收到命令後，做 出和命令相應的處理。
8.根據權利要求7中所述的基於3G網絡的視頻無線傳輸監控方法，其特徵在於在所 述步驟S4中，若伺服器發出「傳輸」命令，則視頻信號採集處理終端⑴通過3G網絡⑵向伺服器 (3)發送採集到的實時視頻數據流；若伺服器發出「關閉媒體」命令，則視頻信號採集處理終端(1)停止發送視頻數據流；若伺服器發出「關閉設備」命令，則視頻信號採集處理終端(1)斷電關閉；若伺服器發出「休眠設備」命令，則視頻信號採集處理終端(1)停止發送視頻數據流並休眠。
9.根據權利要求8中所述的基於3G網絡的視頻無線傳輸監控方法，其特徵在於對處 於休眠狀態的視頻信號採集處理終端(1)，伺服器(3)通過發送簡訊喚醒視頻信號採集處 理終端(1)重新工作。
全文摘要
本發明公開了一種基於3G網絡的視頻無線傳輸監控系統，包括至少一個視頻信號採集處理終端、一個3G網絡和一個伺服器，所述視頻信號採集處理終端包括視頻信號採集設備，還包括視頻模數轉換模塊、視頻壓縮處理模塊、3G射頻模塊和微處理器。本發明還提出了一種基於3G網絡的視頻無線傳輸監控方法，視頻信號採集處理終端上電啟動，並初始化，然後在3G網絡上註冊並連接3G網絡，獲得IP位址，並和伺服器建立連接；視頻信號採集處理終端偵聽伺服器發出的命令，並在收到命令後，做出和命令相應的處理。本發明可以在整個公網範圍內建立視頻數據傳輸網絡，大大節約傳輸成本的同時，擴大應用範圍，提高無線網絡的利用率。
文檔編號H04N7/26GK101877787SQ20091025000
公開日2010年11月3日 申請日期2009年12月1日 優先權日2009年12月1日
發明者劉昊, 張 傑, 方晨, 朱慧冬, 王琢玉 申請人:蘇州博聯科技有限公司