CN102291567B

CN102291567B - 一种微波数字图像传输系统

Info

Publication number: CN102291567B
Application number: CN 201110093159
Authority: CN
Inventors: 张凡; 谭文生; 曹军勤; 王平; 吴改宁; 张涛; 蔺晓星; 张勋勋; 王博一; 吕奇
Original assignee: Shaanxi Fenghuo Communication Group Co Ltd
Current assignee: Shaanxi Fenghuo Communication Group Co Ltd
Priority date: 2011-04-14
Filing date: 2011-04-14
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2031-04-14
Also published as: CN102291567A

Abstract

本发明公开了一种微波数字图像传输系统，包括发射端、接收端，其特征在于，所述发射端包括视频采集设备、微波发射机和天线；所述视频采集设备用于采集实时视频、音频信息，将实时视频、音频信息通过模拟接口送入所述微波发射机通过天线发射出去；还包括数据发射终端，用于把数据发射终端上的数据信息通过以太网接口送入微波发射机，微波发射机将数据信息通过天线以电磁波形式发送出去。

Description

一种微波数字图像传输系统

技术领域

本发明涉及一种微波数字图像传输系统，属于微波通信技术领域。

背景技术

数字图像传输系统具有抗干扰能力强，适应多种复用体制，保密性强等诸多突出优点，产品已广泛应用于公安、消防、交通监控、海边防、军事的等各个领域。

由于目前国内的数字图像传输产品大多采用MPEG-2/MPEG-4图像压缩算法，利用国外COFDM调制模块拼装而成，使用频点数量有限，基本上都工作在点对点的工作方式下，不具备数据传输的能力，在保密性、可靠性、可维修性使用要求场合不能满足用户的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种微波数字图像传输系统。采用如下技术方案：

一种微波数字图像传输系统，包括发射端、接收端，所述发射端包括视频采集设备、微波发射机和天线；所述视频采集设备用于采集实时视频、音频信息，将实时视频、音频信息通过模拟接口送入所述微波发射机通过天线发射出去；还包括数据发射终端，用于把数据发射终端上的数据信息通过以太网接口送入微波发射机，微波发射机将数据信息通过天线以电磁波形式发送出去。

所述的微波数字图像传输系统，所述微波发射机包括H.264图像编码单元、信道调制单元和微波射频发射单元、主控单元；来自所述模拟接口的实时视频、音频信息通过H.264图像编码单元，将大量数据压缩在1Mbps以内送入信道调制单元；来自所述以太网口的数据信息按照约定的通信协议送入主控单元，通过主控单元转换信息格式，使得信息速率也保持在1Mbps以内送入信道调制单元。

所述的微波数字图像传输系统，还包括微波数字中继机，所述微波数字中继机包括射频接收信道单元、信道解调单元、信道调制单元、微波射频发射单元、主控单元和电源；射频接收信道单元以超外差两次变频方式，结合宽带锁相环技术将电磁波信号频谱搬移到信道解调单元需要的固定中频频率，通过解调处理将模拟信号转化为数字信号，将这样的数字信号再进行一次发射机处理过程，送入信道调制单元和微波射频发射单元，以电磁波形式发射出去，完成数字中继过程。

所述的微波数字图像传输系统，所述接收端包括图像监视器、计算机、单路微波接收机和天线。

所述的微波数字图像传输系统，所述单路微波接收机包括H.264图像解码单元、信道解调单元和微波射频接收单元、主控单元和电源；所述微波射频接收单元将接收到的电磁波信号通过频谱搬移，选择性的得到有效中频信号送入解调单元，对应发射机调制方式的逆过程，输出正确的基带数字信号；根据约定的通信协议，所述基带数字信号若为实时视频信息则送入所述H.264图像解码单元，解码还原视频信息；若为数据信息则送入主控单元，对其数据格式进行相应转换，送往所述以太网接口输出。

所述的微波数字图像传输系统，还包括网络服务器端。

本发明微波数字图像传输系统采用如下一系列关键技术，解决了传统微波数字图像传输系统的缺点和不足：

1)宽带锁相环技术，实现发射机、接收机全频段使用功能，相对于传统微波数字图像设备仅能提供的几个可用频点，本系统的设备可由用户任意设置使用频点，使用户在设备全频段范围内可选频道数量增加100倍以上。

2)多通道接收技术，实现接收机同时接收不同频点信号的功能。

3)星型组网技术，实现以多台发射机为终端、一台接收机为中心点的点对多点式网络结构，系统以时间段内频分为基础，接收端在同一时刻能够接收4个以上频点发送来的电磁波信号。利用频分多址接收技术节省了接收端天线使用数量，提高了系统的快速部署及维护性，同时降低了系统成本。

4)传输距离问题，利用H.264高效率压缩编解码算法和抗多经调制解调技术，将系统信号带宽压缩在很小(1MHz以内)，提高通信接收灵敏度，在相同效率下提高系统直接传输距离。

5)数字中继技术，利用自主研发的(OFDM、SFSK)调制解调技术，接口灵活，可实现数字基带数据对接、数字信号直接调制/解调功能。实现系统中数据传输、中继设备的功能。

附图说明

图1为本发明微波数字图像传输系统发射端A形式；

图2为本发明微波数字图像传输系统发射端B含中继设备；

图3为本发明微波数字图像传输系统发射机内部框图；

图4为本发明微波数字图像传输系统微波数字中继机原理框图；

图5为本发明微波数字图像传输系统接收端A原理框图；

图6为本发明微波数字图像传输系统接收端B原理框图；

图7为本发明微波数字图像传输系统单路接收机原理框图；

图8为本发明微波数字图像传输系统多路接收机原理框图；

图9为本发明微波数字图像传输系统多路接收机射频接收单元原理框图；

图10为本发明微波数字图像传输系统多路接收机接收通道原理框图；

图11为本发明微波数字图像传输系统网络服务器端原理框图。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

本发明的微波数字图像传输系统包括发射端、接收端、网络服务器三部分：

实施例1：发射端

考虑到微波系统在无线信道传播的特性，以及发射机和接收机之间的传播路径有可能是两点之间的视线，也有可能有山脉、建筑物等障碍物。所以将发射端在部署时分为多种情况，首先由采集摄像机(头)、微波发射机、发射天线组成的基本发射端单元可部署在高空和近距离使用环境时(发射端A)；其次在有山脉、高地、建筑物等障碍物环境时，在基本发射单元和接收端之间(如山脉高地顶端、建筑物顶端)增加中继设备(发射端B)，完成图像信息的转发；最后，如果需要对数据进行传输时，可在基本发射单元基础上增加数据发射终端，两者通过网线连接，实现数据信息的传输功能。

根据使用环境不同，系统发射端有A，B两种组成形式。

发射端A形式

如图1所示，在系统达到通视条件下，使用发射端A形式，包括视频采集设备、数据发射终端、微波发射机和天线。视频采集设备用于采集实时视频、音频信息，将实时视频、音频信息通过模拟接口送入微波发射机通过天线发射出去；数据发射终端用于把数据发射终端上的数据信息通过以太网接口送入微波发射机，微波发射机将数据信息通过天线以电磁波形式发送出去。

发射端B形式

如图2所示，在系统使用中存在障碍物无法通视，或者需要更远的传输距离时，使用发射端B形式，包括视频采集设备、数据发射终端、微波发射机、微波数字中继设备和天线。可以分别把由视频采集设备采集到的实时视频、音频信息通过模拟接口送入微波发射机；或把数据发射终端上的文件信息通过以太网接口送入微波发射机，微波发射机将这些电信号通过天线以电磁波形式发送出去。微波数字中继设备将这样的电磁波信号通过天线接收到后，再次发射出去。

如图3所示，微波发射机包括H.264图像编码单元、信道调制单元和微波射频发射单元、主控单元和电源。来自模拟接口的视频/音频信息通过H.264图像编码单元，将大量数据压缩在1Mbps以内送入信道调制单元；来自以太网口的数据信息按照约定的(UDP或者TCP/IP)通信协议送入主控单元，主控单元将这些数据转换成标准的TS流，按照每包188字节的信息格式，通过串行数据接口使信息速率保持在1Mbps以内通过送入信道调制单元。信道数字调制单元将这些数据信息通过相应的数字调制技术(数字调制技术见第7页)，结合宽带锁相环技术，将信号频谱搬移到要求射频微波频段上，以电磁波形式发射出去。

如图4所示，微波数字中继机包括射频接收信道单元、信道解调单元、信道调制单元、微波射频发射单元、主控单元和电源。射频接收信道单元以超外差两次变频方式，结合宽带锁相环技术将电磁波信号频谱搬移到信道解调单元需要的固定中频频率(70MHz或者36.1MHz)，通过解调处理将模拟信号转化为数字信号，将这样的数字信号再进行一次发射机处理过程，送入信道调制单元和微波射频发射单元，以电磁波形式发射出去，完成数字中继过程。

实施例2：接收端

接收端根据使用环境要求，在有限的场地、单一传输需求下选择单路接收设备(接收端A)，直接利用监视器完成发射端信息的再现；在需要多点传输、多场景监控时选择多路接收设备(接收端B)，利用监视器完成对多个发射端信息的再现。

接收端A形式

如图5所示，在一般使用要求时，与单一发射机配合使用，使用A形式，包括图像监视器、计算机、单路微波接收机和天线。天线接收到电磁波信号后送入单路微波接收机，单路微波接收机将有用信号还原为发射端发射出的实时视频图像信息或者数据信息，分别通过图像监视器和计算机复现。

如图7所示，单路微波接收机包括H.264图像解码单元、信道解调单元和微波射频接收单元、主控单元和电源。微波射频接收单元将接收到的电磁波信号通过频谱搬移，选择性的得到有效中频信号送入解调单元，对应发射机调制方式的逆过程，输出正确的基带数字信号。根据约定的通信协议，所述基带数字信号若为实时视频信息则送入H.264图像解码单元，解码还原视频信息；若为数据信息则送入主控单元，对其数据格式进行相应转换(例如，将每包188字节的TS流数据转化UDP或TCP/IP协议格式的数据信息)，送往以太网接口输出。

接收端B形式

在实际使用中，接收端大多为指挥所、信息处理中心，仅能收到单一的信息是不够的，并且外部的发射机也不止一部，如果接收端与发射端一一对应，使得接收端设备数量增加，成本高，空间大的缺点，所以在接收端使用B形式，如图6所示，包括多路微波接收机、图像监视器、计算机和天线。天线将电磁波信号接收到后送入多路微波接收机，多路微波接收机将有用信号分别处理，根据预先与各个发射端的约定，还原出各路发射端发射出的实时视频图像信息或者数据信息，分别通过图像监视器和计算机复现。

如图8所示，多路接收机内部包括H.264图像解码单元、多个信道解调单元、多个微波接收通道、微波射频接收单元、分路器单元、主控单元和电源。微波射频接收单元选择性的接收可用频段的电磁波，通过增益放大送入分路器单元，将射频信号平均分配到各个微波通道。多个微波接收通道内部利用超外差接收技术和宽带锁相技术，通过两次变频输出固定中频信号送入解调单元，对应发射机调制方式的逆过程，输出正确的基带数字信号。这些数字信号根据一定的通信协议，若为实时视频信息则送入H.264图像解码单元，解码还原视频信息，通过模拟接口输出；若为数据信息则送入主控单元，对其数据格式进行相应转换，送往以太网接口输出。

如图9所示，多路接收机的微波射频接收单元包括微波带通预选滤波器、低噪声放大器(LNA)、高通滤波器接、放大器、多路功分器。实现小的噪声系数，很好的中频、像频抑制和四路(或四路以上)功分的功能。通过天线接收到的电磁波信号，通过预选滤波器将有用频段内的信号提取出，送给低噪声放大器，通过连接电缆送入高通滤波器，经过再次滤除低频信号，送入放大器进行小信号放大，再送入多路功分器，通带内的有用射频信号平均分为多路信号输出送往微波接收通道单元。

如图10所示，微波接收通道单元包括主控、混频器、宽带锁相环电路(PLL)、中频滤波器、数控衰减器、放大器、检波器和ADC采样电路(ADC)。主要实现频率变换获得中频信号和AGC功能来调谐保证中频信号满足接收解调器信号要求。

由多路功分器输出的相同的射频信号，分别送给每个接收通道，根据预先协议，由主控控制宽带锁相环电路产生相应的本振频率与射频信号混频，输出中频信号，该中频信号经过滤波器滤波之后送入放大器进行小信号放大，然后进入数控衰减器，再通过窄带滤波器仅提取出有效的中频信号，送往解调单元。同时上述的有效的中频信号通过检波器和ADC采样电路送往主控，与数控衰减器一起组成一个AGC环路，通过主控控制数控衰减器衰减量，有效的提高接收机的接收动态范围。

实施例3：网络服务器端

由于微波数字图像传输系统通过是通过电磁波来进行空间传输的，在应急通信、快速部署、移动灵活性上具有一定优势，但是在通信距离上受到一定的制约，为了满足远程访问、使用、指挥的功能增加网络服务器端，利用现有的公共信息网如互联网、3G网等有线网络，提高系统的应用范围。

如图11所示，还可以在微波接收机后端增加网络服务器端，例如计算机终端/服务器、3G网络终端等设备。将微波接收机的以太网接口与连入互联网的计算机终端或服务器相连接，通过IP可以使互联网远程计算机访问微波接收机，获得的发射机端的有效图像、数据信息；同时还可以将这些信息通过3G网络终端发送给3G网络上的用户。

本发明采用的调制解调技术：

基于多载波OFDM调制方式，采用LDPC信道编码技术。

OFDM技术是基于数据“块”处理的技术。多载波系统以频谱利用率高著称，但由于OFDM技术在实际使用中，添加了保护间隔和大量的导频信息，因此使得频谱利用率下降；对于符号间干扰ISI，OFDM不但可以通过插入循环前缀(CP)的方法，有效地抑止多径带来的ISI干扰，还可以通过对信道时变特性的合理估计，灵活地设计系统的符号长度，减轻信道时变特性对系统性能的影响。多载波系统由于数据被平均到了各个子载波上，因此对抗频率选择性衰落的能力较强，但对多载波系统固有的对载波偏差和定时误差敏感却无能为力；利用数字预失真DPD技术，来降低OFDM调制带来的较高峰均比(peak-to-average power ratio，PAPR)的不利影响。

OFDM作为一种多载波数字调制技术，能够在信道容量上有很大优势但本身并没有改进系统性能的能力，它所有的努力都是在频谱高效利用的前提下保持系统性能不下降，然而OFDM技术毕竟能采用相对简单的方法克服使系统性能下降的影响，另外，在频域上也给出一种理想的频谱规划方案，重要的是给出了潜在改进系统性能的能力和思路，因此，OFDM技术搭起了一个可以高效使用信道带宽资源的平台。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种微波数字图像传输系统，包括发射端、接收端，其特征在于，所述发射端包括视频采集设备、微波发射机和天线；所述视频采集设备用于采集实时视频、音频信息，将实时视频、音频信息通过模拟接口送入所述微波发射机通过天线发射出去；还包括数据发射终端，用于把数据发射终端上的数据信息通过以太网接口送入微波发射机，微波发射机将数据信息通过天线以电磁波形式发送出去；还包括微波数字中继机，所述微波数字中继机包括射频接收信道单元、信道解调单元、信道调制单元、微波射频发射单元、主控单元和电源；射频接收信道单元以超外差两次变频方式，结合宽带锁相环技术将电磁波信号频谱搬移到信道解调单元需要的固定中频频率，通过解调处理将模拟信号转化为数字信号，将这样的数字信号再进行一次发射机处理过程，送入信道调制单元和微波射频发射单元，以电磁波形式发射出去，完成数字中继过程。

2.根据权利要求1所述的微波数字图像传输系统，其特征在于，所述微波发射机包括H.264图像编码单元、信道调制单元和微波射频发射单元、主控单元；来自所述模拟接口的实时视频、音频信息通过H.264图像编码单元，将大量数据压缩在1Mbps以内送入信道调制单元；来自所述以太网口的数据信息按照约定的通信协议送入主控单元，通过主控单元转换信息格式，使得信息速率也保持在1Mbps以内送入信道调制单元。

3.根据权利要求1所述的微波数字图像传输系统，其特征在于，所述接收端包括图像监视器、计算机、单路微波接收机和天线。

4.根据权利要求3所述的微波数字图像传输系统，其特征在于，所述单路微波接收机包括H.264图像解码单元、信道解调单元和微波射频接收单元、主控单元和电源；所述微波射频接收单元将接收到的电磁波信号通过频谱搬移，选择性的得到有效中频信号送入解调单元，对应发射机调制方式的逆过程，输出正确的基带数字信号；根据约定的通信协议，所述基带数字信号若为实时视频信息则送入所述H.264图像解码单元，解码还原视频信息；若为数据信息则送入主控单元，对其数据格式进行相应转换，送往所述以太网接口输出。

5.根据权利要求1所述的微波数字图像传输系统，其特征在于，还包括网络服务器端。