基於靜態壓縮編碼和tcp/ip協議的網絡相機的製作方法
2023-10-28 14:59:37
專利名稱：基於靜態壓縮編碼和tcp/ip協議的網絡相機的製作方法
技術領域：
本發明屬於電子技術和網絡技術領域，更進一步涉及一種基於靜態壓縮編碼和TCP/IP協議的網絡相機。該相機能夠完成圖像的採集、壓縮處理和網絡控制。它符合國際靜態圖像壓縮標準JPEG或JPEG2000協議，輸出滿足TCP/IP協議的數字圖像信號，通過配置的標準網絡接口，將處理後的圖像直接上傳到區域網或網際網路。本發明具有遠端控制全方位雲鏡的功能。
背景技術：
目前廣泛使用的數位相機具有照相靈活方便、拍攝圖像質量高，體積小等特點，然而，數位相機若將所攝圖片經網際網路發送到遠端，傳送過程要經過拍攝、下載到計算機、打包製作Email、發送郵件、接收郵件、瀏覽圖像，如申請人所享有的「雙模式數位相機」專利(專利號ZL01265773.5)和「三模式數位相機」專利(專利號ZL01265772.7)就屬於這方面的成熟產品。這類相機遠端傳送圖片的過程複雜煩瑣，所需時間長，時效性差。為了解決這些問題，人們用攝像頭直接與計算機相連，計算機按照不同的圖像壓縮標準和網絡協議對獲取的圖像數據進行編碼後傳送到網際網路，如申請人所享有的「電腦眼」專利(專利號ZL00226333.5)。這種傳輸方式的圖像數據是一幀一幀連續向外發送，與通過Email發送圖像方式相比，連續性和時效性提高了，但是，它仍然不能脫離計算機單獨傳輸圖像，必然導致整套系統的結構複雜，體積龐大，浪費資源，成本高，安裝使用不方便的後果。人們利用攝像機並通過同軸電纜等介質建立專線專網進行遠程監控，這雖然解決了圖像遠程傳送，但這種方式需要布設電纜，施工複雜，成本高，傳送距離有限。為此又出現了網絡攝像機，它直接通過網際網路傳送圖像，與網絡相機功能較為相似。這類網絡攝像機從實現原理上，大多採用MPEG或H.263動態實時圖像壓縮標準對圖像數據進行壓縮編碼，網絡傳輸採用實時傳輸協議(RTP)。「影音式網絡攝像機」(專利公開號為1406055)公開了一種能將聲音影像數位化並同步通過網絡傳輸的網絡攝像機。它通過數字影音處理器進行影音信號的同步處理，經網絡將數據實時傳輸至監控端，利用數字錄像機儲存或網絡瀏覽器播放同步聲音影像。影音式網絡攝像機須經過網際網路傳輸，然而網際網路是國際共享的非專用網絡，帶寬有限且不穩定，實時視頻數據即使經過壓縮，數據量依然很大，傳輸的速度不穩定，接收的視頻流存在斷斷續續的現象，無法保證它的實時動態效果。其理由如下第一，影音式網絡攝像機為傳輸連續動態圖像的攝像機，儘管它也可捕獲單幀靜態圖像，但得到的靜態圖像解析度低，圖像的清晰度不高，無法替代數位相機的功能。
第二，影音式網絡攝像機採用的是Internet上針對多媒體數據流的RTP(Real-time Transport Protocol)實時傳輸協議。RTP本身並不能為按順序傳送數據包提供可靠的傳送機制，也不提供流量控制或擁塞控制，它依靠RTCP(Real-time Control Protocol)實時控制協議提供這些服務。儘管它在音頻壓縮方面具有一定的優越性，但其所述的圖像與聲音的同步以及圖像的動態實時傳輸，是必須要藉助網際網路這一非專用網絡來實現，而網際網路並非專線專用的獨用網絡，因此，其同步的實現以及動態的實時效果很難得到保證。
第三，影音式網絡攝像機在目前網際網路環境下，雖然圖像不可避免的傳輸延遲現象尚可接受，但是網絡擁擠導致的語音阻塞、失真(語速時快時慢、音頻忽高忽低就象磁帶卡帶的現象)使接收方難以辨別和接受，無法實現影音動態同步傳輸。
第四，影音式網絡攝像機稱採用較佳的H.263動態壓縮標準實現，事實上這種方式建立在國際共享的網際網路上傳輸數據，網絡信息容量不斷膨脹、帶寬有限的現狀無法保證其對帶寬穩定的需求，即使在網際網路狀態穩定良好的情況下，如果這種攝像機大量普及使用，它自身即會帶來網際網路網絡信息的膨脹，導致線路傳輸數據不通暢和網絡的不穩定，因此該攝像機在共有網絡資源條件下容易出現圖像、聲音失真和傳輸的不同步現象，畫質、音質難以保證。
因此，從上述影音式網絡攝像機可知，目前網絡攝像機產品普遍存在以上難以解決的問題，它們在現有的網際網路環境下，既不能保證聲音影像的動態傳輸效果，也不能保證靜態圖像質量。
發明內容
本發明提供一種採用靜態壓縮編碼和TCP/IP協議的網絡相機，該相機既克服了數位相機存在的經網際網路傳輸圖像的過程複雜、時效性差的不足，又解決了網絡攝像機在目前網際網路狀況下技術上存在的動態實時傳輸效果不佳、圖像解析度低以及傳輸不穩定的缺點。
本發明的基於靜態壓縮編碼和TCP/IP協議的網絡相機，包括視頻輸入電路、圖像壓縮處理模塊、網絡控制模塊。圖像壓縮處理模塊中的圖像壓縮處理電路和數據存儲電路壓縮處理所採集的視頻信號。網絡控制模塊中的功能控制和網絡控制電路、雲鏡調控電路以及網絡接口控制雲鏡功能和壓縮數據的網絡傳輸。圖像壓縮處理模塊中的圖像壓縮處理電路採用靜態圖像壓縮編碼；網絡控制模塊中的功能控制和網絡控制電路寫入TCP/IP網絡協議。各電路的連接關係為，圖像壓縮處理電路通過視頻數據總線、視頻控制總線與視頻輸入電路相連；圖像壓縮處理電路通過功能控制總線與功能控制和網絡控制電路相連；圖像壓縮處理電路通過存取數據總線、存取控制總線、存取地址總線與數據存儲電路相連。功能控制和網絡控制電路通過雲鏡調控總線與雲鏡調控電路相連；功能控制和網絡控制電路通過串行數據輸出線與網絡接口相連接。
基於靜態壓縮編碼和TCP/IP協議的網絡相機的視頻輸入電路採集圖像獲得數位化的視頻數據，視頻數據經由視頻數據總線輸入圖像壓縮處理電路，視頻控制線控制視頻數據的輸入過程。圖像壓縮處理電路中的處理軟體對圖像數據格式轉換及採樣後，經過離散餘弦變換(DCT)變換或小波變換，再通過量化處理、編碼處理得到高解析度的具有符合JPEG或JPEG2000靜態圖像壓縮標準的編碼數據。然後，這些經過壓縮處理後數據傳入功能控制和網絡控制電路中，網絡控制晶片中寫入的TCP/IP協議控制程序將要傳輸的圖像壓縮數據處理成符合TCP/IP網絡傳輸協議的數據包，通過網絡接口將數據上傳到區域網或網際網路。網絡接口收到網絡傳來的雲鏡調控信號，經由串行數據傳輸線傳送到功能控制和網絡控制電路中的網絡控制晶片，再通過雲鏡調控總線控制雲鏡調控電路，實現雲鏡遠程調控功能。
本發明是將數位相機與網絡技術相結合所產生的新一代相機，該相機基於國際靜態圖像壓縮標準JPEG或JPEG2000協議，輸出滿足TCP/IP協議的數字圖像信號，通過配置的標準網絡接口，將處理後的圖像直接上傳到區域網或網際網路，透過網絡傳至地球另一端，另一端用戶可用計算機控制網絡相機，並可瀏覽、存儲、遠程監視控制網絡相機採集的連續圖像。本發明具有遠端控制全方位雲鏡的功能。
本發明的有益效果主要表現在以下幾方面第一，本發明為獨立工作的嵌入式網絡設備，集網絡伺服器、控制軟體和雲鏡控制等功能於一體的網絡設備，不用另外增添PC及其它複雜的外圍設備或者軟體，即插即用，只需連接電源和網線即可接入網際網路。因此，傳輸圖像方便快捷，時效性很高。
第二，本發明採用靜態圖像壓縮JPEG或JPEG2000國際標準。它可以分別採用JPEG標準的OV681晶片和採用JPEG2000標準的M2000晶片。本發明採用靜態圖像壓縮標準可對彩色和灰度圖像進行壓縮編碼，圖像壓縮比大，圖像還原性好，壓縮結果基本認為無失真，數據的傳輸速度對網絡環境的依賴性小，傳輸穩定，圖像數據下載瀏覽快，接收端得到的圖像清晰度高，圖像色彩好。使用靜態圖像壓縮標準的系統穩定性好，運行平穩，抗幹擾性好，易於操作。
第三，本發明不需建立專用網絡，直接通過共有網絡網際網路來實現傳輸。這樣不需要布設電纜，免除了複雜的施工過程，成本大大降低，不受傳送距離限制，地球上只要連接網際網路的地方都可接收圖像。
第四，本發明採用目前最通用的網際網路傳輸協議TCP/IP協議實現圖像傳輸。TCP/IP協議是計算機和其它設備通過網絡交換信息的共同語言，允許用戶編寫程序。TCP/IP是目前Internet上應用最廣泛的面向連接的傳送層協議，它為通信的兩端提供了可靠的數據傳輸，而且提供了流量控制和擁塞控制功能，它是高可靠的數據傳輸的運輸層協議。由於TCP/IP有一個健全有效的管理機構、有許多容易獲得的文檔資料以及普遍的應用，因此TCP/IP協議通用性很強。本發明能輸出滿足TCP/IP協議的數字圖像信號，直接與網絡傳輸需要數據格式匹配，具有很好的通用性，應用範圍極廣，它支持網絡接口，網絡傳輸速度最高可達10Mbps。
第五，由於本發明採用高質量的靜態圖像壓縮標準以及TCP/IP協議，靜態壓縮的高質量效果和TCP/IP協議的高可靠性避免了本發明連續傳送圖像受目前網際網路帶寬的限制和影響，與動態實時傳輸的網絡攝像機巨大的數據流相比，本發明傳輸的為靜態圖片，數據量大大減少，自身也不會影響網際網路的穩定，能夠保證圖像傳輸的高可靠性和穩定性，既具有靜態圖像連續傳送得到的良好的時效性，又具有靜態圖像的高度清晰效果，因此本發明具有很大的實用價值，應用領域廣泛。
第六，本發明具有強大的功能優勢。它支持遠程控制，用戶可以遠程在線選擇壓縮處理晶片的解析度、調節壓縮比、選擇圖像色彩以及遠程控制雲臺的轉動和鏡頭的變倍、變焦等功能。本發明支持標準YUV格式圖像輸入，支持隔行、逐行掃描，支持的圖像解析度為1024×768，800×600，640×480和352×288。
總而言之，在互連網的現有發展條件下，本發明提供的網絡相機是一種非常實用可行的網際網路圖像設備，它的方便性、時效性、穩定性、可靠性決定了本發明是目前網絡技術條件下理想的網絡圖像解決方案，具有圖像質量高，傳輸穩定，成本低性價比高的特點。
圖1為本發明的原理方框圖。
圖2為本發明實施例1的電原理圖。
圖3為本發明實施例2的電原理圖。
圖4為本發明實施例3的電原理圖。
各電路的編碼為1視頻輸入電路，2圖像壓縮處理電路，3功能控制和網絡控制電路，4數據存儲電路，5網絡接口，6雲鏡調控電路，7JPEG2000圖像壓縮M2000晶片，8網絡控制CS6208晶片，9數據存儲SDRAM晶片，10功能控制8031單片機，11網絡控制AM79C940晶片，12JPEG圖像壓縮OV681晶片。
具體實施例方式
圖1為本發明的原理方框圖。圖像壓縮處理電路2通過視頻數據總線、視頻控制總線與視頻輸入電路1相連，圖像壓縮處理電路2通過功能控制總線與功能控制和網絡控制電路3相連，圖像壓縮處理電路2通過存取數據總線、存取控制總線、存取地址總線與數據存儲電路4相連。功能控制和網絡控制電路3通過雲鏡調控總線與雲鏡調控電路6相連，功能控制和網絡控制電路3通過串行數據輸出線與網絡接口5相連接。
圖2為本發明實施例1的電原理圖，圖像壓縮處理電路2採用JPEG2000圖像壓縮M2000晶片7，功能控制和網絡控制電路3採用網絡控制CS6208晶片8，數據存儲電路4採用數據存儲SDRAM晶片9，視頻輸入電路1由模擬攝像頭和解碼電路組成也可採用數字攝像頭。JPEG2000圖像壓縮M2000晶片7通過視頻數據總線、視頻控制總線與視頻輸入電路1相連；JPEG2000圖像壓縮M2000晶片7通過功能控制總線與網絡控制CS6208晶片8相連；JPEG2000圖像壓縮M2000晶片7通過存取數據總線、存取控制總線、存取地址總線與數據存儲SDRAM晶片9相連；網絡控制CS6208晶片8通過雲鏡調控總線與雲鏡調控電路6相連；網絡控制CS6208晶片8通過串行數據輸出線與網絡接口5相連接。
圖3為本發明實施例2的電原理圖，圖像壓縮處理電路2採用JPEG2000圖像壓縮M2000晶片7，功能控制和網絡控制電路3採用功能控制8031單片機10和網絡控制AM79C940晶片11，數據存儲電路4採用數據存儲SDRAM晶片9，視頻輸入電路1由模擬攝像頭和解碼電路組成也可採用數字攝像頭。JPEG2000圖像壓縮M2000晶片7通過視頻數據總線、視頻控制總線與視頻輸入電路1相連；JPEG2000圖像壓縮M2000晶片7通過功能控制總線與功能控制8031單片機10相連；JPEG2000圖像壓縮M2000晶片7通過網絡數據總線與網絡控制AM79C940晶片11相連；JPEG2000圖像壓縮M2000晶片7通過存取數據總線、存取控制總線、存取地址總線與數據存儲SDRAM晶片9相連。功能控制8031單片機10通過傳輸控制總線和網絡AM79C940晶片11相連接，功能控制8031單片機10通過雲鏡調控總線與雲鏡調控電路6相連；網絡控制AM79C940晶片11通過串行數據輸出線與網絡接口5相連接。
圖4為本發明實施例3的網絡相機電路的電原理圖，圖像壓縮處理電路2採用JPEG圖像壓縮OV681晶片12，數據存儲電路4採用數據存儲SDRAM晶片9，功能控制和網絡控制電路3採用網絡控制CS6208晶片8，視頻輸入電路1由模擬攝像頭和解碼電路組成也可採用數字攝像頭。JPEG圖像壓縮OV681晶片12通過視頻數據總線、視頻控制總線與視頻輸入電路1相連；JPEG圖像壓縮OV681晶片12通過功能控制總線和網絡數據總線與網絡控制CS6208晶片8相連；JPEG圖像壓縮OV681晶片12通過存取數據總線、存取控制總線、存取地址總線與數據存儲SDRAM晶片9相連。網絡控制CS6208晶片8通過雲鏡調控總線與雲鏡調控電路6相連；網絡控制CS6208晶片8通過串行數據輸出線與網絡接口5相連接。
權利要求
1.基於靜態壓縮編碼和TCP/IP協議的網絡相機，包括視頻輸入電路、圖像壓縮處理模塊、網絡控制模塊，其特徵在於所述圖像壓縮處理模塊中的圖像壓縮處理電路(2)採用靜態圖像壓縮標準；所述的網絡控制模塊中的功能控制和網絡控制電路(3)寫入TCP/IP網絡協議；所述圖像壓縮處理模塊中的圖像壓縮處理電路(2)和數據存儲電路(4)對所採集的視頻信號進行壓縮處理；所述網絡控制模塊中的功能控制和網絡控制電路(3)、雲鏡調控電路(6)以及網絡接口(5)實現雲鏡的遠程調節和圖像壓縮數據的TCP/IP協議網絡控制；各電路的連接關係為圖像壓縮處理電路(2)通過視頻數據總線、視頻控制總線與視頻輸入電路(1)相連，圖像壓縮處理電路(2)通過功能控制總線與功能控制和網絡控制電路(3)相連，圖像壓縮處理電路(2)通過存取數據總線、存取控制總線、存取地址總線與數據存儲電路(4)相連；功能控制和網絡控制電路(3)通過雲鏡調控總線與雲鏡調控電路(6)相連，功能控制和網絡控制電路(3)通過串行數據輸出線與網絡接口(5)相連接。
2.根據權利要求1所述的基於靜態壓縮編碼和TCP/IP協議的網絡相機，其特徵在於所述的視頻輸入電路(1)包括模擬攝像頭和解碼電路。
3.根據權利要求1所述的基於靜態壓縮編碼和TCP/IP協議的網絡相機，其特徵在於所述的視頻輸入電路(1)採用數字攝像頭。
4.根據權利要求1所述的基於靜態壓縮編碼和TCP/IP協議的網絡相機，其特徵在於所述的圖像壓縮處理電路(2)採用JPEG2000圖像壓縮M2000晶片(7)，功能控制和網絡控制電路(3)採用網絡控制CS6208晶片(8)，數據存儲電路(4)採用數據存儲SDRAM晶片(9)；JPEG2000圖像壓縮M2000晶片(7)通過視頻數據總線、視頻控制總線與視頻輸入電路(1)相連；JPEG2000圖像壓縮M2000晶片(7)通過功能控制總線與網絡控制CS6208晶片(8)相連；JPEG2000圖像壓縮M2000晶片(7)通過存取數據總線、存取控制總線、存取地址總線與數據存儲SDRAM晶片(9)相連；網絡控制CS6208晶片(8)通過雲鏡調控總線與雲鏡調控電路(6)相連；網絡控制CS6208晶片(8)通過串行數據輸出線與網絡接口(5)相連接。
5.根據權利要求1所述的基於靜態壓縮編碼和TCP/IP協議的網絡相機，其特徵在於所述的圖像壓縮處理電路(2)採用JPEG2000圖像壓縮M2000晶片(7)，功能控制和網絡控制電路(3)由功能控制8031單片機(10)和網絡控制AM79C940晶片(11)組成，數據存儲電路(4)採用數據存儲SDRAM晶片(9)；JPEG2000圖像壓縮M2000晶片(7)通過視頻數據總線、視頻控制總線與視頻輸入電路(1)相連；JPEG2000圖像壓縮M2000晶片(7)通過功能控制總線與功能控制8031單片機(10)相連；JPEG2000圖像壓縮M2000晶片(7)通過網絡數據總線與網絡控制AM79C940晶片(11)相連；JPEG2000圖像壓縮M2000晶片(7)通過存取數據總線、存取控制總線、存取地址總線與數據存儲SDRAM晶片(9)相連；功能控制8031單片機(10)通過傳輸控制總線和網絡控制AM79C940晶片(11)相連接，功能控制8031單片機(10)通過雲鏡調控總線與雲鏡調控電路(6)相連；網絡控制AM79C940晶片(11)通過串行數據輸出線與網絡接口(5)相連接。
6.根據權利要求1所述的基於靜態壓縮編碼和TCP/IP協議的網絡相機，其特徵在於所述的圖像壓縮處理電路(2)採用JPEG圖像壓縮OV681晶片(12)，數據存儲電路(4)採用數據存儲SDRAM晶片(9)，功能控制和網絡控制電路(3)採用網絡控制CS6208晶片(8)；JPEG圖像壓縮OV681晶片(12)通過視頻數據總線、視頻控制總線與視頻輸入電路(1)相連；JPEG圖像壓縮OV681晶片(12)通過功能控制總線和網絡數據總線與網絡控制CS6208晶片(8)相連；JPEG圖像壓縮OV681晶片(12)通過存取數據總線、存取控制總線、存取地址總線與數據存儲SDRAM晶片(9)相連；網絡控制CS6208晶片(8)通過雲鏡調控總線與雲鏡調控電路(6)相連；網絡控制CS6208晶片(8)通過串行數據輸出線與網絡接口(5)相連接。
全文摘要
一種基於靜態壓縮編碼和TCP/IP協議的網絡相機，包括視頻輸入電路、圖像壓縮處理模塊、網絡控制模塊。它將數位相機與網絡技術相結合，基於國際靜態圖像壓縮標準JPEG或JPEG2000協議，輸出滿足TCP/IP協議的數字圖像信號，通過配置的標準網絡接口，將處理後的圖像直接上傳到區域網或網際網路。本發明具有遠端控制全方位雲鏡的功能，並且通用性強、方便快捷、時效性高、傳輸穩定可靠，圖像質量高、動靜態效果好、成本低、性價比高。
文檔編號H04L29/06GK1494317SQ0313450
公開日2004年5月5日 申請日期2003年8月20日 優先權日2003年8月20日
發明者李根乾, 李雲松, 張乃毅, 劉凱, 陳曉煒, 王峰, 張延紅 申請人:西安開元微電子科技有限公司