CN102263934B

CN102263934B - 便携无线数字图像采集与传输系统

Info

Publication number: CN102263934B
Application number: CN201110133684.9A
Authority: CN
Inventors: 李勃; 李玉惠; 杨洪山; 郝世博
Original assignee: Kunming University of Science and Technology
Current assignee: Kunming University of Science and Technology
Priority date: 2011-05-23
Filing date: 2011-05-23
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2031-05-23
Also published as: CN102263934A

Abstract

本发明提供一种便携式的无线数字图像采集与传输系统，属于无线数字图像采集与传输技术领域。系统由前端采集部分1、便携式箱包2和接收中心站3三个部分组成。前端采集部分1采集现场的音视频信号并无线发送，经便携式箱包2接收和视频编解码处理后，通过选择网络传输方式，向接收中心站3无线发送，在接收中心站3接收并显示前端的实时视频。本系统融合了专用网络无线数字图像传输功能与公用网络无线数字图像传输功能，配有备用电源箱包，实现了在任何时空条件下的实时的、稳定的无线数字图像传输。可广泛应用于无线多媒体通信、交互式多媒体、远程医疗、突发事件处理等领域。

Description

便携无线数字图像采集与传输系统

技术领域

本发明提供一种便携式无线数字图像采集与传输系统，属于无线数字图像采集与传输技术领域。通过融合专用网络无线数字图像传输功能和公用网络无线数字图像传输功能，实现任何时空条件下的实时、稳定的无线数字图像传输。

技术背景

目前无线数字图像传输技术主要应用于军事、无线多媒体通信、交互式多媒体、远程医疗、电子商务、突发事件处理等领域。随着技术的发展，从民用到专用场合对无线数字图像传输技术的需求越来越大，对其传输实时性、移动便携性、使用方便性有更高的要求。但目前的类似技术较少，要么采用单一的无线专网传输方式，要么采用公网无线传输模式，对环境的选择性和适应性差，传输实时性和可靠性都得不到保障。而且专网传输多为车载设备，移动便携性和使用方便性都较差。因此，需要一种具有高实时传输性和移动便携性，使用方便的线数字图像传输产品。

发明内容

本发明的目的是提供一种专网传输和公网传输相结合的便携式无线高清数字图像采集与传输系统，以满足不同通讯条件下实时、稳定的无线数字图像传输需求。

本发明由前端采集部分1、便携式监控处理箱包2和接收中心站3三个部分组成，前端采集部分1与便携式监控处理箱包2通过无线专网相连，便携式监控处理箱包2与接收中心站3之间选择性地通过专用或公用无线网络连接。前端采集部分1包含摄像头4和背负式发射机5，摄像头4通过视频线和音频线与背负式发射机5连接，实现前端音视频信号的采集和无线发送。摄像头4采用通用的高清摄像头，背负式发射机5为普通专用网络单兵背负式发射机。

便携式监控处理箱包2包括专网接收机7、专网处理单元8、视频采集卡16、工控机6、视频切换矩阵11、专网发射机9、3G传输系统10。专网接收机7、专网处理单元8、专网发射机9用于专用网络无线数字图像传输，3G传输系统10用于公用网络无线数字图像传输，专网发射机9与专网接收机7的工作频段须错开，避免发生工作频段冲突。专网接收机7和专网处理单元8通过网线连接，专网接收机7接收前端背负式发射机5发送的音视频，专网处理单元8对接收机7接收的音视频信号进行处理和输出。专网处理单元8有两路输出，其中一路输出端经四路输入视频采集卡16、与工控机6输入端相连，以供在箱包端进行实时监控；另一路输出端通过视频线和音频线与视频切换矩阵11输入端相连，视频切换矩阵11与专网发射机9和3G传输系统10相连，选择专网发射机9或者3G传输系统10，将专网处理单元8处理好的音视频信号发送至接收中心站3，实现对不同传输网络的切换。除单兵采集的前端实时视频和当前发送的视频外，还可以根据用户需要添加多路视频输入摄像头，如添加辅助摄像头17和车顶摄像头18，采集更多的实时视频。便携式箱包2可通过市电、车电或电源箱包进行供电，没有市电时，可通过多芯电源线与具备充电接口的电源箱包连接而获得一定时间（现所配的电源箱包可连续供电四小时）的系统供电。工控机6采用触摸显屏、平板电脑和普通软件运行环境（如，Windows XP等）的普通工控设备，其中装有四路输入的视频采集卡16和视频监控软件。软件界面根据需要设计（如，可以包括分屏实时视频区和控制面板区）。

本发明的接收中心站3包含专网接收机12，专网处理机13，工控机14和显示器15。专网接收机12与专网处理机13通过网线连接，用于接收箱包内的专网发射机9发送的音视频信号；工控机14上安装3G传输系统10的视频接收客户端，与Internet连接后接收3G传输系统10发送回的音视频信号；显示器15通过视频线和音频线与专网处理机13连接，显示专网发送回的音视频信号；显示器15通过VGA接口与工控机14相连，显示3G网络送回的音视频信号。专网接收机12和专网处理单元13与便携式箱包2内的专网接收机7和专网处理单元8的功能相同，用于接收并处理专网发射机9发送回的音视频信号。显示器15通过视频线和与音频线与专网处理单元13连接，用于显示专网系统或公网系统接收的实时视频。

本系统中，所使用的摄像头、背负式发射机、工控机、专网接收机、专网处理单元、专网发射机、3G传输系统、视频切换矩阵、视频采集卡、显示器等硬件设备，均为市售通用设备。

本发明系统前端采集部分1采集现场的音视频信号并无线发送，经便携式监控处理箱包2接收和视频编解码处理后，通过选择网络传输方式，向接收中心站3无线发送，在接收中心站3接收并显示前端的实时视频。本系统在具备无线专网传输功能的同时，还可选择通过公用网络（电信、移动、联通三种无线公用网络均可）3G传输实时视频，解决由于地理因素、网络因素导致专用网络无线数字图像传输系统无法正常工作的备用解决方案。通过专网和公网两种网络传输方式，可在绝大多数的时空环境下实现无线数字图像传输功能，实现远程视频采集与传输的实时性。同时，本系统使用了便携箱包式设计，改善了传统无线数字图传系统在移动方面的局限性。因此，本系统具有传输的实时性和可靠性、移动的便携性、使用的方便性等有点。

附图说明

以下结合附图和实施例，对本发明作进一步阐述。

图1是本发明实施例的结构示意图。

图2是本发明实施例工控机6中视频监控软件界面示意图。

图中，系统由前端采集部分1、便携式箱包2和接收中心站3组成。各组件依次为：前端采集部分1，便携式箱包2，接收中心站3，摄像头4，背负式发射机5，工控机6，专网接收机7，专网处理单元8，视频切换矩阵9，3G传输系统10，专网发射机11，视频采集卡16，辅助摄像头17，车顶摄像头18，专网接收机12，专网处理机13，工控机14和显示器15。

具体实施方式

如图1-2所示，该便携式无线数字图像采集与传输系统，由前端采集部分1、便携式监控处理箱包2和接收中心站3三个部分组成，前端采集部分1与便携式监控处理箱包2通过无线专网相连，便携式监控处理箱包2与接收中心站3之间选择性地通过专用或公用无线网络连接。系统前端采集部分1采集现场的音视频信号并无线发送，经便携式监控处理箱包2接收和视频编解码处理后，通过选择网络传输方式，向接收中心站3无线发送，在接收中心站3接收并显示前端的实时视频。

前端采集部分1包括普通摄像头4和通过视频线和音频线与其相连的普通背负式发射机5，便携式监控处理箱包2包括工控机6、专网接收机7、专网处理单元8、专网发射机9、3G传输系统10、视频切换矩阵11和视频采集卡16，接收中心站3包含专网接收机12、专网处理机13、工控机14和显示器15；专网接收机7与背负式发射机5通过专网相连，专网发射机9与专网接收机12通过专网相连，3G传输系统10与工控机14通过公网相连。

前端采集部分中，单兵使用摄像头采集现场视频信号与音频信号，通过单兵背负式发射机5，将音视频信号发送至便携式监控处理箱包2内的专网接收机7。背负式发射机5与箱包内的专网接收机7的数据通信工作在340MHz频段，其载波带宽为2.67MHz，传输速率为3.2Mbps，使用1根SMA天线。常见的OFDM体制产品需要占用8MHz带宽，只能实现4MHz的传输速率，较之这类产品，本系统的频谱效率非常高。视频编码为MPEG-2编码，可以实现高清格式的传输。采用了更强的纠错编码技术和信道处理技术，使其具有更强的抗干扰能力，在复杂的电磁环境下仍然保持优良的通信质量。在载噪比0dB的场合下仍能正常工作。单兵背负式发射机5与便携式箱包2内的专网接收机8的通信距离可达到4公里。

便携式监控处理箱包2中，专网接收机7和专网处理单元8通过网线连接；专网处理单元8有两路输出，其中一路输出端经4路输入视频采集卡16、与实时监控的工控机6输入端相连，另一路输出端与视频切换矩阵11输入端相连；视频切换矩阵11输出端与专网发射机9和3G传输系统10相连。除单兵采集的前端采集部分外，视频采集卡16输入端还通过视频线和音频线连接有辅助摄像头17和车顶摄像头18。便携式监控处理箱包2通过车电进行供电。专网处理单元7、专网接收机8、专网发射机9用于专用网络无线数字图像传输；3G传输系统10用于公用网络无线数字图像传输。前端采集视频和当前发送视频通过4路输入视频采集卡16进入工控机6，实现对其监视。

工控机6采用双核英特尔凌动处理器510CPU，DDR2667内存2GB，显卡为Intel Graphics Media Accelerator 950，固态硬盘SSD 金士顿V+系列 SNVP325-S2（64GB），工控机6的显示设备为15寸工业用触摸显示器。工控机6安装有四路输入视频采集卡16，除单兵采集的前端实时视频和当前发送的视频外，还再添加两路视频输入（辅助摄像头17采集的实时视频，车顶摄像头18采集的实时视频）。因此，本系统可通过该工控机6使用四分屏监控画面分别监控单兵采集的前端实时视频，辅助摄像头17采集的实时视频，车顶摄像头18采集的实时视频，以及当前发送的视频。

工控机6中安装有视频监控软件，软件界面参见图2。界面的大部分面积为画面四分屏器，右侧为控制面板区19。通过画面四分屏器，可以同时显示4路输入视频采集卡16输入的4路视频，其中右下角的一路视频显示的是当前通过专网发射机9或者3G传输系统10发射出去的视频，其余三屏分别显示前端采集部分1、辅助摄像头17和车顶摄像头18分别采集到的视频。每屏通过双击其显示画面可以切换为全屏显示。控制面板区19主要完成对辅助摄像头17和车顶摄像头18的变焦、抓拍等操作，同时可以对当前任一一屏的视频进行录制。

专网接收机7用于接收前端单兵摄像头4通过单兵背负式发射机5发送的音视频。工作在340MHz频段，其载波带宽为2.67MHz，传输速率为3.2Mbps，其接收灵敏度为-97dBm，使用2根N型天线。视频解码为MPEG-2解码，可实现高清格式的传输。专网处理单元8与专网接收机7通过网线连接，专网接收机7无线接收到单兵所采集的图像后，输入至专网处理单元8内进行数字图像的解码处理后输出，该输出分为两路：一路通过视频线传输至4路输入视频采集卡16进入工控机6，以便在箱包端进行实时监控；同时另一路通过视频线和音频线传输至视频切换矩阵11，可由视频切换矩阵11选择专网发射机9或者3G传输系统10发送。

工控机6的四路输入视频采集卡16能够满足高清图像处理要求，其四路输入的安排为：前端采集部分1、车顶摄像头18、添加辅助摄像头17和工控机触摸显示屏所显示的应用系统软件界面。

专网图像传输系统中的前端背负式发射机5、专网接收机7、专网处理单元8、专网发射机9、专网接收机12、专网处理单元13六个设备是满足高清图像传输的多媒体通讯系统，其主要的技术参数是：双向数据或视频，总带宽2.8Mbps～4.2Mbps，视频分辨率HD1/D1，压缩格式MPEG2/H.264。

专网发射机9与视频切换矩阵11采用视频线、音频线连接，当选择使用专网发送视频时，将专网处理单元8处理好的音视频信号发送至接收中心站3。专网发射机9与专网接收机7的工作频段错开，避免否则将发生工作冲突。背负式发射机5与箱包内的专网接收机7的数据通信工作在340MHz频段；专网发射机9与中心站专网接收机12的数据通信工作在320MHz频段，载波带宽为2.67MHz，传输速率为3.2Mbps，使用1根N型天线。视频编码为MPEG-2编码，可实现高清格式的传输。专网发射机9与接收中心站3内的专网接收机12的通信距离可达到27-30公里。

用于公用网络的3G传输系统10与视频切换矩阵11通过视频线、音频线相连。由于地理因素、网络因素导致专用网络无线数字图像传输系统无法正常工作，或者使用者需要使用公用网络进行传输时，即可使用视频切换矩阵11选择3G传输系统10发送实时视频。该系统可工作在CDMA、EDGE、3G三种无线公用网络制式，实际使用中应首选3G网络以保证传输的质量与速度。其视频编译码为H.264，格式为DIF或D1。传输帧率为3G单卡最高25帧/秒CIF,12帧/秒D1，双卡共用最高可达20帧/秒D1。3G传输系统10连续工作时间为4小时，可对其充电。

根据箱包所在位置的地理、网络环境等客观因素，或者使用者的需要，可使用视频切换矩阵11，对视频图像的传输方式进行切换。即通过视频切换矩阵11可切换使用专用网络发送或者使用3G公用网络发送。视频切换矩阵11的音视频输入端通过视频线与音频线与专网处理单元8连接，输出端通过视频线与音频线分别与专网发射机9和3G传输系统10连接。

接收中心站3中，专网接收机12与专网处理机13通过网线连接，用于接收箱包内的专网发射机9发送的音视频信号；工控机14输入端一路与专网处理机13输出端相连，另一路经其上安装的3G传输系统10视频接收端与公众网相连，接收3G传输系统10发送回的音视频信号；显示器15通过视频线和音频线与专网处理机13连接、显示专网发送回的音视频信号，通过VGA接口与工控机14相连、显示3G网络送回的音视频信号。其中，专用网络使用320MHz-340MHz频段微波，公用网络则是使用3G网络进行数字图像传输。

专网接收机12和专网处理单元13与便携式箱包2内的专网接收机7和专网处理单元8的功能相同，用于接收并处理专网发射机9发送回的音视频信号。专网接收机12与专网处理单元13通过网线连接，工作频段为320MHz。专网处理单元13与显示器15通过视频线与音频线连接，显示器15即可显示接收到的视频。显示器15用于显示专网系统或公网系统接收的实时视频。

本发明在使用中，前端采集部分1实现前端实时音视频的采集及发送。便携式箱包2接收并处理实时音视频信号，通过使用者对无线网络的选择，使用相应发送设备发送回接收中心站3。接收中心站3接收音视频信号并显示于显示器15上。箱包内工控机6实现对前端采集视频和当前发送视频的监视。具体过程如下：由单兵持摄像头4采集前端的实时视频信号，通过背负式发射机5专网发送至便携式箱包2，通过专网接收机7和专网处理单元8将前端传输来的实时视频信号分别送与工控机6用于监视前端采集视频和当前发送视频；送与视频切换矩阵11用于选择专用网络或3G公用网络，分别通过专网发射机9和3G传输系统10向接收中心站3发送前端实时视频。接收中心站3分别通过专网接收机12和专网处理单元13接收从便携式箱包2中专网发射机9传输来的实时视频信号，或通过工控机14接收从便携式箱包2中3G传输系统10传输来的实时视频信号，并显示在显示器15上。

Claims

1.一种便携式无线数字图像采集与传输系统，其特征是：它由前端采集部分（1）、便携式监控处理箱包（2）和接收中心站（3）三部分组成，前端采集部分（1）与便携式监控处理箱包（2）通过无线专网相连，便携式监控处理箱包（2）与接收中心站（3）之间选择性地通过专用或公用无线网络连接；前端采集部分（1）包括摄像头（4）和通过视频线和音频线与其相连的背负式发射机（5）；便携式监控处理箱包（2）包括带触摸屏的工控机（6）、专网接收机（7）、专网处理单元（8）、专网发射机（9）、3G传输系统（10）、视频切换矩阵（11）和视频采集卡（16）；接收中心站（3）包含专网接收机（12）、专网处理机（13）、工控机（14）和显示器（15）；专网接收机（7）与背负式发射机（5）通过专网相连，专网发射机（9）与专网接收机（12）通过专网相连，3G传输系统（10）与工控机（14）通过公网相连。

2.按照权利要求1或2所述的无线数字图像采集与传输系统，其特征是：便携式监控处理箱包（2）中，专网接收机（7）和专网处理单元（8）通过网线连接；专网处理单元（8）有两路输出，其中一路输出端经（4）路输入视频采集卡（16）、与实时监控的工控机（6）输入端相连，另一路输出端与视频切换矩阵（11）输入端相连；视频切换矩阵（11）输出端与专网发射机（9）和3G传输系统（10）相连。

3.按照权利要求3所述的无线数字图像采集与传输系统，其特征是：除单兵采集的前端采集部分外，视频采集卡（16）输入端还可通过视频线和音频线连接视屏输入摄像头。

4.按照权利要求3所述的无线数字图像采集与传输系统，其特征是：便携式监控处理箱包2可通过市电、车电或电源箱包进行供电。

5.按照权利要求1或2所述的无线数字图像采集与传输系统，其特征是：接收中心站（3）中，专网接收机（12）与专网处理机（13）通过网线连接，工控机（14）输入端经其上安装的3G传输系统（10）视频接收端与公众网相连、输出端与显示器（15）连接，显示器（15）通过视频线和音频线与专网处理机（13）连接、通过VGA接口与工控机（14）相连。