CN101330353B - 远程视频无线传输系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种远程视频无线传输系统，包括用于发送视频数据的远程设备和本地监控中心，所述远程设备上设有无线移动网络模块，以通过无线网络与连接于互联网上的中心主机相连接，所述本地监控中心设有通信实体，所述远程设备与通信实体基于TCP/IP协议进行通信。该系统实现了视频数据在无线信道上的可靠、安全传输。
Description
技术领域
本发明涉及一种远程视频无线传输系统。
背景技术
在无线视频传输系统中，前端的远程监控设备负责把采集到的视频流经过压缩之后，通过无线移动网络模块送往Internet上指定的本地监控中心进行解码回放，以达到监控的目的。Internet使用的是TCP/IP协议进行数据传输，TCP协议是以吞吐率为代价提高可靠性的，将TCP协议用于无线传输容易发生网络过载和阻塞现象，严重时会造成网络瘫痪，而且TCP协议并不适用于实时性要求较高或信道丢包率较高的应用场合。因此，基于无线网络的特点以及视频传输对实时性的要求，在传输层采用UDP协议是比较适宜的。但是，UDP协议提供的是不可靠的数据交付，因此，就需要在应用层上进行相应的可靠性设计，以实现视频数据流的可靠交付，增强系统的容错能力。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种远程视频无线传输系统，该系统实现了视频数据在无线信道上的可靠、安全传输。
本发明采用的技术方案是：这种远程视频无线传输系统，包括用于发送视频数据的远程设备和本地监控中心，其特征在于：所述远程设备上设有无线移动网络模块，以通过无线网络与连接于互联网上的中心主机相连接，所述本地监控中心设有通信实体，所述远程设备与通信实体基于TCP/IP协议进行通信；
所述远程设备按如下步骤执行向通信实体发送视频数据：
(1)远程设备启动，并处于连接闲置状态；
(2)调用通信双方确立模块，以确定本地监控中心的通信地址信息并建立数据链路，从而进入连接请求状态；
(3)发送连接请求报文，并等待通信实体发送的请求应答报文，收到请求应答报文则进入链路空闲状态，如果请求应答报文超时，则返回连接闲置状态；
(4)向通信实体发送链路空闲报文来维护设备连接，如果收到视频编码采集报文，则远程设备进入视频传输状态；
(5)调用数据加密模块对视频数据进行加密，然后向通信实体发送；在视频传输状态下，如收到停止采集报文则回到链路空闲状态；在链路空闲或视频传输状态下，如果接收信道反馈报文超时，则远程设备重新进入连接请求状态；
所述通信实体按如下步骤执行从远程设备接收视频数据：
(1)通信实体从连接闲置状态下启动，并进入等待远程设备连接请求的连接请求状态；
(2)发送请求应答报文对收到的连接请求报文进行应答，以进行合法性认证和通信参数协商，如果收到链路空闲报文，则进入链路空闲状态；
(3)在链路空闲状态下，在固定间隔内发送信息反馈报文给远程设备，以维护设备连接；在准备好接收视频数据时，向远程设备发送视频编码采集报文；
(4)收到视频数据报文，则调用链路空闲与视频传输状态切换判断模块进行判断，经确认所述视频数据报文是状态切换信号，进行进入视频传输状态；
(5)在视频传输状态，接收视频数据报文，并调用数据解码模块解析出视频数据，同时向远程设备发送信息反馈报文用于流量控制和容错；如果收到链路空闲报文，则调用链路空闲与视频传输状态切换判断模块进行判断，经确认所述链路空闲报文是状态切换信号，则回到链路空闲状态。
本发明的显著特点是应用层协议的设计，克服了传输层采用UDP协议数据无法实现可靠传输的不足，应用于无线数据传输领域，解决了无线信道带宽有限、信道易衰弱等问题，，实现了视频数据流的可靠交付，增强了系统的容错能力，提高了系统的健壮性，特别适合于利用嵌入式系统开发的场合，具有一定的实际意义和良好的开发前景。
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图。
图2是本发明远程设备的数据流图。
图3是本发明本地监控中心通信实体的数据流图。
图4是本发明通信双方确定模块的工作流程图。
图5是本发明链路空闲与视频传输状态切换判断模块的工作流程图。
具体实施方式
本发明的远程视频无线传输系统，包括用于发送视频数据的远程设备和本地监控中心，所述远程设备上设有无线移动网络模块，以通过无线网络与连接于互联网上的中心主机相连接，所述本地监控中心设有通信实体，所述远程设备与通信实体基于TCP/IP协议进行通信，传输层采用UDP协议；
所述远程设备在TCP/IP协议构架的应用层按如下步骤执行向通信实体发送视频数据：
(1)远程设备启动，并处于连接闲置状态；
(2)调用通信双方确立模块，以确定本地监控中心的通信地址信息并建立数据链路，从而进入连接请求状态；
(3)发送连接请求报文，并等待通信实体发送的请求应答报文，收到请求应答报文则进入链路空闲状态，如果请求应答报文超时，则返回连接闲置状态；
(4)向通信实体发送链路空闲报文来维护设备连接，如果收到视频编码采集报文，则远程设备进入视频传输状态；
(5)调用数据加密模块对视频数据进行加密，然后向通信实体发送；在视频传输状态下，如收到停止采集报文则回到链路空闲状态；在链路空闲或视频传输状态下，如果接收信道反馈报文超时，则远程设备重新进入连接请求状态；
所述通信实体在TCP/IP协议构架的应用层按如下步骤执行从远程设备接收视频数据：
(1)通信实体从连接闲置状态下启动，并进入等待远程设备连接请求的连接请求状态；
(2)发送请求应答报文对收到的连接请求报文进行应答，以进行合法性认证和通信参数协商，如果收到链路空闲报文，则进入链路空闲状态；
(3)在链路空闲状态下，在固定间隔内发送信息反馈报文给远程设备，以维护设备连接；在准备好接收视频数据时，向远程设备发送视频编码采集报文；
(4)收到视频数据报文，则调用链路空闲与视频传输状态切换判断模块进行判断，经确认所述视频数据报文是状态切换信号，进行进入视频传输状态；
(5)在视频传输状态，接收视频数据报文，并调用数据解码模块解析出视频数据，同时向远程设备发送信息反馈报文用于流量控制和容错；如果收到链路空闲报文，则调用链路空闲与视频传输状态切换判断模块进行判断，经确认所述链路空闲报文是状态切换信号，则回到链路空闲状态。
连接请求报文(REQ)/请求应答报文(RACK)：用于连接请求状态，远程设备通过连接请求报文向监控中心的通信实体进行视频传输请求，通信实体则通过连接请求应答报文予以回应，在此期间设备连接可以通过该报文进行合法性认证以及通信资源的分配等。只有通过了连接请求的远程设备才可进行视频传输。
链路空闲报文(FREE)：用于链路空闲状态，即，在连接请求之后，没有启动视频数据传输的时间内。它由远程设备发往通信实体，主要用于容错。
视频数据报文(VDATA)：用于视频传输状态，由远程设备发往通信实体。
控制命令报文(CMD)：用于链路空闲和视频传输状态，由通信实体发往远程设备，来控制远程设备的动作。其中，传输终止报文用于重置远程设备的链路，使其进入链路闲置状态，重新确立通信方；视频编码采集/停止采集报文用于控制视频数据的传输；信道反馈报文用于流量控制算法以及容错。
在Internet上主要使用的是TCP/IP协议，通信双方只有在建立通信连接之后才能进行数据传输，其关键就在于通信之前如何获得对方的通信地址(IP地址+端口信息)。一般情况下只要告诉远程设备所要发往的本地监控中心的通信地址，就可以把通信连接建立起来。在本实施例中，远程监控设备采用非常灵活的配置方式，即可以通过静态配置和动态配置两种方式来获得监控中心的IP地址、开放端口等通信地址信息。
静态配置采用Web Server配置的方式，即在本地监控中心架构Web服务器来使远程设备获得本地监控中心的通信地址信息。这种配置方式一般作为初始的配置方式。
在CDMA无线通信中，无线Modem获得的IP地址虽然是动态的，但是其绑定的UIM卡的电话号码却是固定的。因此，可以借助短消息服务来实现远程设备和本地接收端的通信地址交互。即，把包含有本地终端通信地址信息的短信发往远程设备所使用的UIM卡处，以达到通信地址告知的目的。这就是动态配置方式——SMS配置。
如图4所示，所述通信双方确立模块检测无线移动网络模块是否有新的短信，如果收到新的短信，则对短信进行解析，如果短信包含有效的通信地址信息，则更新本地监控中心的通信地址信息，如果等待短信超时，则使用默认的通信地址信息，从而完成本地监控中心通信地址信息的短信动态配置。
所述远程设备还经有线互联网与本地监控中心相连接，所述通信双方确立模块根据通信地址信息里包含的传输网络类型选择信息，如果选择无线网络，则进行PPP拨号，如果选择有线网络，则初始化LAN链路。
如图5所示，所述链路空闲与视频传输状态切换判断模块上设有可被视频编码采集报文触发的视频传输动作标记以及可被停止采集报文或请求应答报文触发的链路空闲动作标记；所述链路空闲与视频传输状态切换判断模块收到链路空闲报文时，检测链路空闲动作标记是否被触发以及通信实体是否处于连接请求或视频传输状态，如果是，则将状态切换至链路空闲状态，并清链路空闲动作标记；所述链路空闲与视频传输状态切换判断模块收到视频数据报文时，检测视频传输动作标记是否被触发以及通信实体是否处于链路空闲状态，如果是，则将状态切换至视频传输状态，并清视频传输动作标记。
无线网络是个开放的网络，而现场视频信息对安全有很高的要求。针对本系统低码率无线传输视频数据的特点，本系统在应用层选用了RC4流加密算法，以保证所传输的视频信息的安全性。同一类加密算法中密文的复杂度可以由密钥的长度决定，但是密钥长度越长则意味着加密算法的执行时间越长。本系统之所以选择RC4流加密算法，就是因为其加密算法的执行时间相对较快，特别适合于低码率的无线数据传输。在不影响无线视频传输实时性的前提下，同时又能提高视频数据的安全性，本模型采用了随机短密钥组的加密控制方式。
所述数据加密模块和数据解密模块分别维护着一个相同的密钥集，所述数据加密模块通过随机函数获得的随机号查询密钥集来选择当前视频数据的加密密钥，通过RC4流加密算法加密后得到视频数据报文的密文部分，并以随机号作为明文部分一起组成视频数据报文；所述数据解密模块根据视频数据报文明文部分的随机号查询密钥集得到解密密钥，以对密文部分进行解密处理。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种远程视频无线传输系统，包括用于发送视频数据的远程设备和本地监控中心，其特征在于：所述远程设备上设有无线移动网络模块，以通过无线网络与连接于互联网上的中心主机相连接，所述本地监控中心设有通信实体，所述远程设备与通信实体基于TCP/IP协议进行通信；
所述远程设备按如下步骤执行向通信实体发送视频数据：
(1)远程设备启动，并处于连接闲置状态；
(2)调用通信双方确立模块，以确定本地监控中心的通信地址信息并建立数据链路，从而进入连接请求状态；
(3)发送连接请求报文，并等待通信实体发送的请求应答报文，收到请求应答报文则进入链路空闲状态，如果请求应答报文超时，则返回连接闲置状态；
(4)向通信实体发送链路空闲报文来维护设备连接，如果收到视频编码采集报文，则远程设备进入视频传输状态；
(5)调用数据加密模块对视频数据进行加密，然后向通信实体发送；在视频传输状态下，如收到停止采集报文则回到链路空闲状态；在链路空闲或视频传输状态下，如果接收信息反馈报文超时，则远程设备重新进入连接请求状态；
所述通信实体按如下步骤执行从远程设备接收视频数据：
(1)通信实体从连接闲置状态下启动，并进入等待远程设备连接请求的连接请求状态；
(2)发送请求应答报文对收到的连接请求报文进行应答，以进行合法性认证和通信参数协商，如果收到链路空闲报文，则进入链路空闲状态；
(3)在链路空闲状态下，在固定间隔内发送信息反馈报文给远程设备，以维护设备连接；在准备好接收视频数据时，向远程设备发送视频编码采集报文；
(4)收到视频数据报文，则调用链路空闲与视频传输状态切换判断模块进行判断，经确认所述视频数据报文是状态切换信号，进行进入视频传输状态；
(5)在视频传输状态，接收视频数据报文，并调用数据解密模块解析出视频数据，同时向远程设备发送信息反馈报文用于流量控制和容错；如果收到链路空闲报文，则调用链路空闲与视频传输状态切换判断模块进行判断，经确认所述链路空闲报文是状态切换信号，则回到链路空闲状态。
2.根据权利要求1所述的远程视频无线传输系统，其特征在于：所述通信双方确立模块用以检测无线移动网络模块是否有新的短信，如果收到新的短信，则对短信进行解析，如果短信包含有效的通信地址信息，则更新本地监控中心的通信地址信息，如果等待短信超时，则使用默认的通信地址信息，从而完成本地监控中心通信地址信息的短信动态配置。
3.根据权利要求2所述的远程视频无线传输系统，其特征在于：所述远程设备还经有线互联网与本地监控中心相连接，所述通信双方确立模块根据通信地址信息里包含的传输网络类型选择信息，如果选择无线网络，则进行PPP拨号，如果选择有线网络，则初始化LAN链路。
4.根据权利要求1所述的远程视频无线传输系统，其特征在于：所述链路空闲与视频传输状态切换判断模块上设有可被视频编码采集报文触发的视频传输动作标记以及可被停止采集报文或请求应答报文触发的链路空闲动作标记；所述链路空闲与视频传输状态切换判断模块收到链路空闲报文时，检测链路空闲动作标记是否被触发以及通信实体是否处于连接请求或视频传输状态，如果是，则将状态切换至链路空闲状态，并清链路空闲动作标记；所述链路空闲与视频传输状态切换判断模块收到视频数据报文时，检测视频传输动作标记是否被触发以及通信实体是否处于链路空闲状态，如果是，则将状态切换至视频传输状态，并清视频传输动作标记。
5.根据权利要求1所述的远程视频无线传输系统，其特征在于：所述数据加密模块和数据解密模块分别维护着一个相同的密钥集，所述数据加密模块通过随机函数获得的随机号查询密钥集来选择当前视频数据的加密密钥，通过RC4流加密算法加密后得到视频数据报文的密文部分，并以随机号作为明文部分一起组成视频数据报文；所述数据解密模块根据视频数据报文明文部分的随机号查询密钥集得到解密密钥，以对密文部分进行解密处理。
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