CN102149020A

CN102149020A - 面向物联网应用的无线宽带音视频节点器系统

Info

Publication number: CN102149020A
Application number: CN2011101098643A
Authority: CN
Inventors: 赵锐; 胡传平; 刘泽坤; 梅林�
Original assignee: Third Research Institute of the Ministry of Public Security
Current assignee: Third Research Institute of the Ministry of Public Security
Priority date: 2011-04-29
Filing date: 2011-04-29
Publication date: 2011-08-10

Abstract

本发明公开了面向物联网应用的无线宽带音视频节点器系统，所述节点器系统包括终端设备和汇聚节点，所述终端设备与汇聚节点采用IEEE802.15.4协议完成系统间的通信握手过程，利用WIFI MESH技术完成通信组网及信息的传输。本发明能够为安全监控、执法取证等用户提供实时的，多角度的多媒体现场信息及智能现场综合感知，从而便于用户进行监控、判断和评估现场的态势，为决策提供证据。

Description

面向物联网应用的无线宽带音视频节点器系统

技术领域

本发明涉及物联网技术，具体涉及一种面向物联网应用的无线宽带音视频节点器系统。

背景技术

多媒体物联网是一个全新的概念，也是物联网发展的热点方向。多媒体物联网是指通过音频、视频、地理位置等信息传感设备，按照约定的协议，把物品与电信网、广播电视网、互联网、卫星定位网等联接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的网络。它既是物联网应用的一个分支，又是在电信网、广播电视网、互联网、卫星定位网基础上延伸和扩展的网络。

这种多媒体物联网的实施需要基于多媒体采集传输终端，用于对音频、视频、地理位置等信息收集。

传统的音视频采集主要将模拟信号通过有线介质传输到监控终端，再存储至数字硬盘录像机中。这类技术传输距离小，布线复杂，系统体积较大，成本较高。

发明内容

本发明针对现有技术所存在的问题，而提供一种面向物联网应用的无线宽带音视频节点器系统。该系统可实现对音视频、位置、角度等多种信息的综合采集、处理及存储，并通过有线、无线等多种方式进行实时传输，从而能够解决现有多媒体物联网在多媒体数据处理上所存在的问题。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

面向物联网应用的无线宽带音视频节点器系统，所述节点器系统包括：

终端设备，所述终端设备进行前端音视频信息的采集与低层次描述，并进行无线传输；

汇聚节点，所述汇聚节点进行多路信息的接收处理，产生联动指令，信息的高层次描述以及信息流边界接入；

所述终端设备与汇聚节点采用IEEE802.15.4协议完成系统间的通信握手过程，利用WIFI MESH技术完成通信组网及信息的传输。

在本发明的一实例中，在WIFI(IEEE 802.11b)的物理层，采用差分四进制相移键控调制时，数据传输速率可达到2Mbit/s。

在本发明的一实例中，所述终端设备包括音视频采集模块、ARM处理芯片、GPS模块、WIFI-MESH无线通讯模块、存储模块，所述ARM处理芯片分别控制连接音视频采集模块、GPS模块、WIFI-MESH无线通讯模块、存储模块，所述ARM处理芯片将音视频信息进行同步传输，并将视频数据与地理位置数据进行同步压缩编码。

所述汇聚节点包括ARM处理芯片、WIFI-MESH通讯模块、3G无线通讯模块、有线宽带通讯模块及存储模块，所述DSP处理芯片通过WIFI-MESH通讯模块以无线方式接收终端设备发送的数据包，进行解码，并通过轮询方式将解码后信息通过3G无线通讯模块或有线宽带通讯模块以3G方式或有线方式传送至互联网。

本发明提供的面向物联网应用的无线宽带音视频节点器系统集成了计算机和集成电路、网络通信、数字信号处理、音频与视频智能分析等技术，在传统无线传感器网络基础上引入了音视频、地理位置、宽带无线通信与组网、3G宽带无线通信及宽带有线通信等多媒体信息感知与通讯功能于一体的新型传感器网络，其节点一般配备有音视频传感器、地理位置传感器等其它具有简单环境数据采集功能的传感器，可布设在无人值守的环境中自主完成给定的任务，是一种能耗敏感的无基础设施网设备。

本发明能够为安全监控、执法取证等用户提供实时的，多角度的多媒体现场信息及智能现场综合感知，从而便于用户进行监控、判断和评估现场的态势，为决策提供证据。

本发明与传统的类似产品比较，具有一下优点：

1、可同时接收多路音视频及地理位置等输入信息；

2、能确保无线音视频信息比较安全的传输；

3、能对接收的视频信息进行融合处理，存储与传输。

因此面向物联网的音视频节点器可为用户提供实时的，多角度的、有线无线宽带多媒体现场信息及智能现场感知结果，在安全监控、执法取证领域具有广泛的应用前景。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明的系统示意图。

图2为本发明中终端设备的结构框图。

图3为本发明中汇聚节点的结构框图。

图4本发明中MFC编码流程图。

图5本发明中RTP协议传输数据流程。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参见图1，本发明提供的面向物联网应用的无线宽带音视频节点器系统主要由终端设备100和和汇聚节点200两部分组成。

其中终端设备100主要完成前端音视频信息的采集与低层次描述，无线传输等功能。汇聚节点200主要完成多路信息的接收处理，产生联动指令，信息的高层次描述，信息流边界接入等功能。终端设备与汇聚节点采用ZIGBEE技术完成系统间的通信握手过程，利用WIFI MESH技术完成通信组网及信息的传输。

参见图2，终端设备主要由音视频采集模块、ARM处理芯片、GPS模块、WIFI-MESH无线通讯模块、存储模块等构成。

该ARM处理芯片分别控制连接音视频采集模块、GPS模块、WIFI-MESH无线通讯模块、存储模块，所述ARM处理芯片将音视频信息进行同步传输，并将视频数据与地理位置数据进行同步压缩编码。

在具体实施时，选用中星微zc301摄像头，内部有A/D转换芯片和DSP芯片，摄像头输出的是JPEG流。选用ARM11 S3C6410内部集成的多媒体编码模块MFC进行MPEG4/H.264编码，对视频数据有效压缩。音频采用G711协议进行压缩，采用软件通道技术实现与视频进行同步。

参见图4，整个编码流程如下：

(1)编码开始，打开MFC设备，若设备打开成功，进入下一流程，若打开不成功，提示错误，并结束编码流程。

(2)进行编码参数的设定，主要包括帧率、比特率等。

(3)重设配置参数，主要是选择相应的输出流格式。

(4)若参数设置成功进入下一流程，若设置不成功，提示错误，并结束编码流程。

(5)将MFC编码信息初始化，若成功进入下一流程，若不成功，提示错误，并结束编码流程。

(6)接收编码数据。

(7)进行编码。

(8)结束编码流程。

通过实时传输协议RTP进行综合信息的传递。RTP是一种提供端到端传输服务的实时传输协议，位于传输控制协议TCP和UDP之上，适合于通过组播和点播传送实时数据。RTP协议对数据传输的支持包括时间戳、位置戳、终端节点标识等。实时数据传输模块主要负责将数据封装在RTP数据包中，并发送和接收RTCP包进行反馈控制。系统首先将数据封装为RTP包，然后再封装为UDP包，最后封装为IP数据包在网络中进行传输。

参见图5，整个RTP传输过程如下：

第一步，创建RTP进程；

第二步，建立反馈响应处理；

第三步，设定地址、端口号；

第四步，封装和发送数据包；

第五步，接收反馈处理；

第六步，完成发送，并删除RTP进程。

该实时传输协议，是运用WIFI协议完成无线传输的过程。而IEEE802.15.4协议只是先建立握手过程，之后再将数据包由终端传输至汇聚节点。

参见图3，汇聚节点主要由DSP处理芯片、WIFI-MESH通讯模块、3G无线通讯模块、软件控制后台、有线宽带通讯模块及存储模块等组成。

终端设备与汇聚节点采用WIFI-MESH方式进行通讯与组网，对Mesh在组网与通信部分协议进行自定，增强系统的信道保密性能，提高终端设备与汇聚节点之间传输带宽。汇聚节点通过3G无线通讯或有线宽带接入互联网。

为实现上述功能，其中ARM处理芯片通过WIFI-MESH通讯模块以无线方式接收终端设备发送的数据包，进行解码，并通过轮询方式将解码后信息通过3G无线通讯模块或有线宽带通讯模块以3G方式或有线方式传送至互联网。

在终端节点中ARM主要负责任务调度作用，如：视频输入接口的音视频采集频率、终端节点ID标定、Codec编码方式及码流大小等。

本发明在嵌入式汇聚节点部分采用TI TMC320C6474或Freescale MX51作为系统的主处理芯片与管理芯片。汇聚节点接收终端节点发送的数据包，然后通过Codec进行硬件解码，将有效信息进行数据融合处理。系统采用IEEE802.15.4协议，同时接收多路无线终端视频数据，通过轮询方式将视频信息通过3G方式传送至互联网，或通过有线方式传送至互联网。

利用IEEE 802.11协议的自适应速率切换机制，节点建立路由时以物理层的数据传输速率作为判据。速率相同时则选择跳数少的路径。不同的调制方式对应不同的数据传输速率，在WIFI(IEEE 802.11b)的物理层，传统的协议使用差分二进制相移键控(DBPSK)调制时，数据传输速率最多达到1Mbit/s；本实施例采用差分四进制相移键控(MIMO)调制时，数据传输速率是2Mbit/s。

由上可知，本发明可实现对音视频、位置、角度等多种信息的综合采集、处理及存储，并通过有线、无线等多种方式进行实时传输，在监控、通讯等领域具有良好的应用前景。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.面向物联网应用的无线宽带音视频节点器系统，其特征在于，所述节点器系统包括：

所述终端设备与汇聚节点采用IEEES02.15.4协议完成系统间的通信握手过程，利用WIFI MESH技术完成通信组网及信息的传输。

2.根据权利要求1所述的面向物联网应用的无线宽带音视频节点器系统，其特征在于，在WIFI的物理层，采用差分四进制相移键控调制时，数据传输速率可达到2Mbit/s。

3.根据权利要求1所述的面向物联网应用的无线宽带音视频节点器系统，其特征在于，所述终端设备包括音视频采集模块、ARM处理芯片、GPS模块、WIFI-MESH无线通讯模块、存储模块，所述ARM处理芯片分别控制连接音视频采集模块、GPS模块、WIFI-MESH无线通讯模块、存储模块，所述ARM处理芯片将音视频信息进行同步传输，并将视频数据与地理位置数据进行同步压缩编码。

4.根据权利要求1所述的面向物联网应用的无线宽带音视频节点器系统，其特征在于，所述汇聚节点包括ARM处理芯片、WIFI-MESH通讯模块、3G无线通讯模块、有线宽带通讯模块及存储模块，所述DSP处理芯片通过WIFI-MESH通讯模块以无线方式接收终端设备发送的数据包，进行解码，并通过轮询方式将解码后信息通过3G无线通讯模块或有线宽带通讯模块以3G方式或有线方式传送至互联网。