CN102215371A - 一种基于cofdm技术的无线移动视频会议系统 - Google Patents

Abstract

本发明是一种基于COFDM技术的无线移动视频会议系统，是一种在较小局部区域内(比如在几平方公里范围内)使用的一种双向IP互联网协议的移动视频会议系统。它包括无线前端、无线后端，是一个由无线前端以及后端所组成的私有网络。该网络由前端电脑、以及双向IP设备前端、双向IP设备后端、以及后端电脑构成的一套系统。无线前端和无线后端，它们都是采用COFDM调制方式，它们各有一个完成Mpeg2/4的编/解码、Turbo编/解码、信道交织/解交织、COFDM调制/解调工作的FPGA处理芯片。它成本低、安全可靠、图像质量高、设置和使用简单。

Description

一种基于COFDM技术的无线移动视频会议系统

【所属技术领域】

无线通讯、视频监控、更具体地说，是属于一种在较小局部区域内(比如在几平方公里范围内)使用的一种双向IP(internet protocol—互联网协议)的移动视频会议系统。

【现有背景技术】

现有技术中有基于正交频分复用(COFDM)技术的无线音视频传输系统，可以构成点对点的无线视频传输系统，一般都用于移动视频监控领域中，用于将前端移动图像传输到后端处理中心，但是还不能构成双向IP的移动视频会议系统。

目前也有可以构成双向IP的移动视频会议系统，但是是基于3G、WIMAX等公网技术的。基于3G技术的移动视频会议系统有星澜公司的XviewLive，以及熔点网讯的基于IMS的视频会议解决方案3G meeting.com。基于3G技术的移动视频会议系统是通过公网传输，视频会议必须建立在运营商的网络基础上，要实现一个小型的无线视频会议系统，采用3G视频会议系统显得后端系统体系过于庞大。基于3G技术或者基于Wimax系统的移动视频会议系统，由于是建立在公网基础之上的，所以网络的运行状态以及维护都取决于运营商，而且用户使用必然带来使用费用的问题。带宽的发展也是取决于运营商，也就是说视频会议的关键参数、传输的视频图像质量、传输的安全性以及视频会议的同步问题以及QOS等问题都是依赖于运营商。

基于3G的视频会议有两种：一种是采用3G手机的，利用手机的摄像头和麦克风采集音视频信号，利用3G网络进行视频通话，但这种这种方式只能实现点对点的通话，不能实现多方同时视频通话，而且图像质量差，图像也没有办法接入其他显示系统。

另外一种基于3G的视频会议，是用电脑扩展3G上网卡实现的，目前的3G上网卡都是USB接口或者PCMICA接口的，要实现视频会议，而且摄像头也是通过USB接口接在电脑上的，如果要采用摄像机的模拟音视频信号作为输入，则还必须要经过编码器把摄像机图像转换成数字信号，再由电脑通过3G上网卡进行网络传输。

基于Wimax技术的移动视频会议系统则存在设备价格昂贵，而且由于Wimax技术在国内的发展迟缓导致Wimax目前在国内还没有办法大规模商用。

在目前的市场上还鲜有小规模、小范围环境内使用的双向无线移动视频会议系统，但是在公安系统中的指挥车巡逻或者应急会议应用中对双向无线移动视频会议系统的需求在增长，需要这样一种小规模的、小范围环境内、支持移动的无线双向视频会议系统。在一些重大活动如奥运会、世博会等的安全保障应用中，也需要这样的一套可以灵活组建的私有双向无线移动视频会议系统。

【发明的目的和任务】

推出一种能在小区域范围，如几平方公里的范围内进行具有高度保密性的会议的无线移动视频会议系统，它基于COFDM技术的无线移动视频会议系统，是一套专用设备、专用系统。系统有视频会议前端、后端以及服务器组成，视频前端和后端之间采用无线连接，占用的频率带宽为6Mhz，从后端到服务器之间则通过有线网络连接。虽然前端和后端之间是用无线进行连接的，但是双方之间的通信还是基于IP协议的。

使这样的无线移动视频会议系统价格变得低廉也是本发明的一个目的。和3G网络相比较，本发明属于私有网络，解决了传输系统的安全性问题，同时设备支持的双向带宽可以达到4Mbps，也解决了目前3G网络的传输带宽的问题，和基于Wimax系统的移动视频会议系统相比，则解决了价格高昂的问题。

本发明的另一个目的是要使这种无线移动视频会议系统的操作安装和使用变得简单。基于COFDM技术的无线移动视频会议系统可以实现即安装即使用，不需要像开通3G业务那样进行复杂的业务流程。安装方便，使用灵活，最为主要的是，通过组建私网构成的视频会议系统传输延时小，图像质量高。音视频信号的接入可以是摄像机的信号，也可以是IP网络的信号，基于COFDM技术的无线移动视频会议系统中的无线部分，完全可以当做一个透明的IP链路来使用。

【本发明的方案】

一种基于COFDM技术的无线移动视频会议系统，它包括无线前端、无线后端，是一个由无线前端以及后端所组成的私有网络。所谓私有网络：它是由前端电脑以及双向IP设备前端、双向IP设备后端、以及后端电脑构成的一套系统。本网络系统完全脱离公共网络系统，是一个安全的、独立运行的局域网系统。所述的音视频信号可以是复合音视频也可以是网络音视频数据流。其特征是：基于COFDM技术的无线移动视频会议系统中主要的核心部件是无线前端和无线后端，无线前端以及后端都是采用COFDM调制方式，在所述的前端和后端设备中各有一个完成Mpeg2/4的编/解码、Turbo编/解码、信道交织/解交织、COFDM调制/解调工作的FPGA处理芯片。

所述的前端以FPGA处理芯片为核心，其右端包含有两条通道：一条网络通道和一条模拟音视频输出接口通道，两者是平行布置的；其左端是射频通道，它包括有一条接收通道和一条发射通道，两者是平行的，两者通过一个射频切换开关和D/A-A/D转换器被连通至FPGA处理芯片。

所述的后端以FPGA处理芯片为核心，其左端包含有两条通道：一条网络通道和一条模拟音视频输入接口通道，两者是平行布置的；其右端是射频通道，它包括有一条接收通道和一条发射通道，两者也是平行的，两者通过一个射频切换开关和D/A-A/D转换器被连通至FPGA处理芯片。

所述的后端它支持复合音视频信的输出以及网络数据的输入以及输出。

所述的无线前端的网络通道包含有PowerPC处理器。

所述的无线前端的网络通道包含有先进先出FIFO。

所述的无线前端的一条模拟音视频输出接口通道包含有音视频D/A转换器。

所述的无线前端的射频接收通道包含有射频天线和RF解调器。

所述的无线后端的网络通道包含有PowerPC处理器。

所述的无线后端的网络通道包含有先进先出FIFO。

所述的无线后端的一条模拟音视频输入接口通道包含有音视频A/D转换器。

所述的无线后端的射频接收通道包含有射频天线和RF解调器。

所述的FPGA处理器是大规模场可编程门阵(FPGA)XC4VSX65。

所述的FPGA处理器包含有Mpeg2/4压缩/解压缩算法。

所述的FPGA处理器包含有Turbo编/解码算法。

所述的FPGA处理器包含有信道交织/反交织算法。

所述的FPGA处理器包含有COFDM信道编码/解码算法。

当作为前端设备使用时，所述的FPGA处理器的代码处理流程依次为：Mpeg2/4压缩算法，Turbo编码，信道交织算法，COFDM信道交织编码，处理过程为串行过程。

当作为后端设备使用时，所述的FPGA处理器的代码处理流程依次为：COFDM信道解码，解交织，解Turbo码，Mpeg2/4解压缩算法，处理过程也为串行过程。

所述的前端支持复合音视频信号的输入以及网络数据的输入、输出，前端设备完成音视频信号到无线射频信号的转换，同时也完成从射频接收信号到网络信号的转换，所述的音视频信号可以是复合音视频也可以是网络音视频数据流；

所述的后端设备完成从接收无线射频信号到音视频信号(可以是复合音视频也可以是网络音视频数据流)的转换，同时也完成从网络数据流到无线射频信号的转换。

FPGA芯片的工作流程分成两种情况。

(1)作为前端设备使用时，FPGA芯片首先完成对于模拟音视频信号的Mpeg2/4的压缩，然后和FIFO中的网络数据包一起进行Turbo编码算法，再进行信道交织算法，再通过COFDM信道编码送给D/A转换器，D/A转换器完成数模变换之后进入射频部分进行无线发送，FPGA芯片的算法处理流程为串行流程。

(2)作为后端设备使用时，射频部分接收到的模拟信号经过A/D转换之后，进入FPGA芯片，FPGA芯片则要进行COFDM信道解码，然后再进过Turbo解码算法，之后区分出数据类型，如果是IP数据包则送入FIFO，等待PowerPC处理器接收处理，如果是模拟音视频编码后的数据，则经过内部的Mpeg2/4解码算法进行解码，之后送给视频D/A芯片，送出模拟显示，FPGA芯片的算法处理流程为串行流程。

FPGA芯片当作为前端设备使用时，所述的FPGA处理器的代码处理流程依次为：Mpeg2/4压缩算法，Turbo编码，信道交织算法，COFDM信道交织编码，处理过程为串行过程。

FPGA芯片当作为后端设备使用时，所述的FPGA处理器的代码处理流程依次为：COFDM信道解码，解交织，解Turbo码，Mpeg2/4解压缩算法，处理过程为串行过程。

前端设备的工作流程如下：

无线前端以及后端都是采用COFDM调制方式，前端支持复合音视频信号的输入以及网络数据的输入以及输出，后端设备支持复合音视频信的输出以及网络数据的输入以及输出。

(1)前端设备完成音视频信号(可以是复合音视频也可以是网络音视频数据流)到无线射频信号的转换，同时也完成从射频接收信号到网络信号的转换。模拟音频信号经过音频A/D转换成数字信号，通过I2S接口接到FPGA芯片。复合视频信号经过视频A/D转换芯片转换成数字信号，通过Bt.565接口接入到FPGA芯片。

(2)网络接口过来的数据，通过PowerPC处理器进行网络包的解包，然后把解包之后的数据丢进高速FIFO芯片，同时给FPGA芯片一个中断信号，通知FPGA芯片网络数据包已经处理完毕放入FIFO。

FPGA芯片则完成Mpeg2/4的编/解码、Turbo编/解码、信道交织/解交织、COFDM调制/解调。

Mpeg2/4是音视频压缩/解压缩算法。

Turbo编解码是信道纠错编解码，纠正信道噪声引起的数据误差。

信道交织/解交织编解码是一种信道改造技术，它通过信号设计将一个原来属于突发差错的有记忆信道改造为基本上是独立差错的随机无记忆信道。交织编码作为克服衰落信道中突发性干扰的有效方法，通常和其它用于纠正无记忆独立差错的信道编码相结合构成级联码。

FPGA芯片把调制出来的信号通过并行数据接口接入到D/A转换芯片，转换芯片转换成I、Q(I/Q信号是矢量信号，I信号是0°和180°的信号，而Q信号则是垂直于I信号的矢量信号)信号接入到射频调制信号，射频调制信号接入COFDM调制发射芯片，然后通过天线进行发射。

后端以FPGA处理芯片为核心，其左端包含有两条通道：一条网络通道和一条模拟音视频输入接口通道，两者是平行布置的；其右端是射频通道，它包括有一条接收通道和一条发射通道，两者也是平行的，两者通过一个射频切换开关和D/A-A/D转换器被连通至FPGA处理芯片。

后端设备信号的处理流程正好与前端设备反过来。

后端设备的工作流程如下：

后端设备完成从接收无线射频信号到音视频信号(可以是复合音视频也可以是网络音视频数据流)的转换，同时也完成从网络数据流到无线射频信号的转换。后端设备FPGA芯片中的处理代码也是正好把前端的处理过程逆序。

对于模拟音视频信号的传输来说，从前端到后端的数据传输过程是单向的。而对于IP数据流来说，从前端到后端，以及从后端到前端是双向传输的。

A.从前端输入的网络数据包，由PowerPC处理器送入FIFO并且通知FPGA芯片，FPGA芯片对这些IP数据包进行Turbo编码、信道交织、COFDM信道编码然后送给D/A转换器，进行数模转换，之后进入射频部分进行发送，B.前端接收到的模拟射频信号经过A/D转换成数字信号，再经过FPGA进行COFDM信道解码、信道解交织、解Turbo码之后，变成IP数据包送入FIFO给PowerPC处理器处理。IP数据包的处理，前后端的处理流程一样，因此是一个双向的数据处理流程。

【发明的效果和优点】

由于本发明前端电脑以及双向IP设备前端、双向IP设备后端、以及后端电脑构成的一套无线视频会议系统是一套私有网络系统，本网络系统完全脱离公共网络系统，是一个安全的独立运行的局域网系统。另外，正因为是私有网络所以也不存在网络使用资费的问题，保密性以及安全性方面大大优于公网系统。

本系统是在一定区域覆盖范围内的可移动的无线双向视频会议系统，可以通过模拟的视频接口或者直接通过网络接口，扩展其他应用模式，比如说，在视频会议中可以很方便的将对方的视频输出到电视或者外部监视器上，也正因为本系统带有模拟的音视频接口，所以也能很方便的实现模拟音视频的接入，供会议之用。

本系统的核心是双向IP设备前端以及后端，而前后端设备采用室外型设计方式，体积小巧，安装方便，可以实现灵活部署，在应急应用需求情况下可以快速的构成一个专用的小型无线视频会议系统。

射频部分使用频率1200Mhz，按照1W的发射功率，实在测试，可以在3KM范围内实现，前端和后端的无线视频通话。

和Wimax移动视频会议系统相比，则解决了价格高昂的问题。

另外，基于COFDM技术的无线移动视频会议系统可以实现即安装即使用，不需要像开通3G业务那样进行负责的业务流程。

最为主要的是，通过组建私网构成的视频会议系统延时小，图像质量高。音视频信号的接入可以是摄像机的信号，也可以是IP网络的信号，基于COFDM技术的无线移动视频会议系统中的无线部分，完全可以当作一个透明的IP链路来使用。

【附图简要说明】

图1是本发明实施例的系统应用总框架图。

图2是图1实施例的双向IP设备前端2的原理框图。

图3是图1实施例的双向IP设备后端3的原理框图。

图4是图1实施例的双向IP设备前端2以及后端3中的大规模场可编程门阵(FPGA)的核心处理原理框图。

【本发明的实施例】

如图1所示：本发明的无线移动视频会议系统包含有双向IP设备前端2，双向IP设备后端3，以及接入网络的多台电脑1，5，5’，5”。双向IP设备的前端和前端电脑通过IP有线网络连接，可以放置于可移动的车辆或者移动工具上使用。双向IP设备前端通过无线的方式和双向IP设备的后端构成一个无线IP链路。双向IP设备的后端则通过交换机可以接入多台电脑，而这些电脑则可以放置于办公大楼的一个局域网里面，从而可以实现前端移动电脑到后端多台置于室内的电脑之间的IP网络通信。

前端设备包括前端电脑1以及双向IP设备，前端2放置于可移动的交通工具内，后端设备包括双向IP设备、后端3、以及交换机4、后端电脑5等放置于固定的大楼内部。当前端设备在固定大楼附近一定范围内进行移动时，通过双向IP设备前端2以及双向IP设备后端3之间建立起来的无线通信链路则可以完成原来没有办法实现的数据通信。可以实现从前端设备到后端设备的双向数据传输，利用这种数据传输则可以实现双向的音视频通话，在参与音视频通话的每个电脑的显示器上都可以看到与会的各方的视频图像。

如图2所示：无线移动视频会议系统的双向IP设备前端2包括有两根射频天线6、6’，一根天线专门用于接收无线信号，一根天线则通过射频切换开关9实现收发的切换，接收来的无线信号经过射频解调电路7之后A/D转换10进入大规模场可编程门阵(FPGA)芯片XC4VSX65 11内部，在大规模场可编程门阵(FPGA)XC4VSX65 11内部处理过的数据先通过先入先出缓冲器(FIFO)12之后，再经过PowerPC处理器PPC86013转成IP网络数据包送入网络。需要模拟输出的音视频信号则在大规模场可编程门阵(FPGA)XC4VSX6511完成解码之后，通过D/A转换芯片15转换成模拟的A/V信号输出16。后端的音视频数据通过无线接收之后按照以上的流程进入前端的电脑。

从网络过来的音视频数据流通过PowerPC处理器13的解析，去除IP数据包中的TCP/IP数据包头之后送入先入先出缓冲器(FIFO)12，大规模场可编程门阵(FPGA)XC4VSX6511从先入先出缓冲器(FIFO)12中获取数据进行处理，处理后的数据则通过D/A转换器10转换成模拟的信号，模拟信号再经过RF调制8转换成射频信号进入天线6进行发送。前端电脑的音视频数据则通过该流程进入天线6进行无线发送。

通过上面的发送和接收流程，双向IP设备前端2完成了双向的数据的交互。

如图3所示：无线移动视频会议系统的双向IP设备后端3也包括有两根射频天线6、6’，一根天线专门用于接收无线信号，另一根天线则通过射频切换开关9实现收发的切换，射频天线6’接收来的无线信号经过射频解调电路7之后，再通过射频切换开关9进入A/D转换10，然后进入大规模场可编程门阵(FPGA)芯片XC4VSX65 11内部，在大规模场可编程门阵(FPGA)XC4VSX65 11内部处理过的数据先通过先入先出缓冲器(FIFO)12之后，再经过PowerPC处理器PPC860 13转成IP网络数据包送入网络。

模拟音视频输入17经过A/D转换18后进入大规模场可编程门阵(FPGA)XC4VSX65 11进行压缩编码，编码后的数据则通过D/A转换器10转换成模拟射频的信号，模拟射频信号再经过RF调制8转换成射频信号进入天线6进行发送。

从网络过来的音视频数据流通过PowerPC处理器13的解析去除IP数据包中的TCP/IP数据包头之后送入先入先出缓冲器(FIFO)12，大规模场可编程门阵(FPGA)XC4VSX65 11从先入先出缓冲器(FIFO)12中获取数据进行处理，处理后的数据则通过D/A转换器10转换成模拟的信号，模拟信号再经过RF调制8转换成射频信号进入天线6进行发送。前端电脑的音视频数据则通过该流程进入天线6进行无线发送。

通过上面的发送和接收流程，双向IP设备后端3完成了双向的数据交互。

如图4所示：无线移动视频会议系统中的双向IP设备前端2和后端3的核心处理芯片是大规模场可编程门阵(FPGA)XC4VSX65 11。大规模场可编程门阵(FPGA)XC4VSX6511主要完成音视频的压缩/解压缩编码19，无线信道的Turbo编码/解码20，无线信道的交织/解交织21，正交频分复用(COFDM)的核心编码以及解码22。

通过IP链路传输的双向数据则不需要经过大规模场可编程门阵(FPGA)XC4VSX65 11内部的Mpeg2/4音视频编解码算法19的处理，数据直接进入先入先出缓冲器(FIFO)12。只有对于模拟的音视频信号的处理才需要用到大规模场可编程门阵(FPGA)XC4VSX65 11内部的Mpeg2/4音视频编解码算法19处理。

Claims (18)

1.一种基于COFDM技术的无线移动视频会议系统，它包括无线前端、无线后端，它是一个由无线前端以及后端所组成的私有网络，所谓私有网络，是由前端电脑以及双向IP设备前端、双向IP设备后端、以及后端电脑构成的一套系统，其特征是：本网络系统完全脱离公共网络系统，基于COFDM技术的无线移动视频会议系统中主要的核心部件是无线前端和无线后端，无线前端以及后端都是采用COFDM调制方式，在所述的前端和后端设备中有一个FPGA处理芯片，所述的无线前端和所述的无线后端的构成如下：

前端以FPGA处理芯片为核心，其右端包含有两条通道：一条网络通道和一条模拟音视频输出接口(16)通道，两者是平行布置的；其左端是射频通道，它包括有一条接收通道和一条发射通道，两者是平行的，两者通过一个射频切换开关和D/A-A/D转换器(10)被连通至FPGA处理芯片(11)。所述的前端它支持复合音视频信号的输入以及网络数据的输入、输出，前端设备完成音视频信号到无线射频信号的转换，同时也完成从射频接收信号到网络信号的转换，所述的音视频信号可以是复合音视频也可以是网络音视频数据流；

后端以FPGA处理芯片为核心，其左端包含有两条通道：一条网络通道和一条模拟音视频输入接口(17)通道，两者是平行布置的；其右端是射频通道，它包括有一条接收通道和一条发射通道，两者平行，两者通过一个射频切换开关和D/A-A/D(10)转换器被连通至FPGA处理芯片(11)，所述的后端它支持复合音视频信的输出以及网络数据的输入以及输出。

2.如权利要求1所述的无线移动视频会议系统，其特征是：所述的无线前端的网络通道包含有PowerPC处理器(13)。

3.如权利要求1所述的无线移动视频会议系统，其特征是：所述的无线前端的网络通道包含有先进先出FIFO(12)。

4.如权利要求1所述的无线移动视频会议系统，其特征是：所述的无线前端的一条模拟音视频输出接口(16)通道包含有音视频D/A转换器(15)。

5.如权利要求1所述的无线移动视频会议系统，其特征是：所述的无线前端的射频接收通道包含有射频天线(6’)和RF解调器(7)。

6.如权利要求1所述的无线移动视频会议系统，其特征是：所述的无线前端的射频发射通道包含有射频天线(6)和RF调制器(8)。

7.如权利要求1所述的无线移动视频会议系统，其特征是：所述的无线后端的网络通道包含有PowerPC处理器(13)。

8.如权利要求1所述的无线移动视频会议系统，其特征是：所述的无线后端的网络通道包含有先进先出FIFO(12)。

9.如权利要求1所述的无线移动视频会议系统，其特征是：所述的无线后端的一条模拟音视频输入接口(17)通道包含有音视频A/D转换器(18)。

10.如权利要求1所述的无线移动视频会议系统，其特征是：所述的无线后端的射频接收通道包含有射频天线(6’)和RF解调器(7)。

11.如权利要求1所述的无线移动视频会议系统，其特征是：所述的无线后端的射频发射通道包含有射频天线(6)和RF调制器(8)。

12.如权利要求1所述的无线移动视频会议系统，其特征是：所述的FPGA处理器是大规模场可编程门阵(FPGA)XC4VSX65(11)。

13.如权利要求1或12所述的无线移动视频会议系统，其特征是：所述的FPGA处理器包含有Mpeg2/4压缩/解压缩算法(19)。

14.如权利要求1或12所述的无线移动视频会议系统，其特征是：所述的FPGA处理器包含有Turbo编/解算法(20)。

15.如权利要求1或12所述的无线移动视频会议系统，其特征是：所述的FP6A处理器包含有信道交织/反交织算法(21)。

16.如权利要求1或12所述的无线移动视频会议系统，其特征是：所述的FPGA处理器包含有COFDM信道编码/解码算法(22)。

17.如权利要求1或12所述的无线移动视频会议系统，其特征是：当作为前端设备使用时，所述的FPGA处理器的代码处理流程依次为：Mpeg2/4压缩算法(19)，Turbo编码(20)，信道交织算法(21)，COFDM信道编码(22)，处理过程为串行过程。

18.如权利要求1或12所述的无线移动视频会议系统，其特征是：当作为后端设备使用时，所述的FPGA处理器的代码处理流程依次为：COFDM信道解码(22)，解交织(21)，解Turbo码(20)，Mpeg2/4解压缩算法(19)，处理过程为串行过程。

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