CN104270621A - 一种穿戴式td-lte终端装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种穿戴式TD-LTE终端装置，属于无线通信技术领域。该终端装置包括：头盔视频采集模块、腕式显示控制模块、TD-LTE传输模块以及穿戴式互连模块；头盔视频采集模块、腕式显示控制模块、TD-LTE传输模块之间通过穿戴式互连模块的USB、Bluetooth接口实现连接；所述穿戴式TD-LTE终端装置能够通过TD-LTE传输模块接入TD-LTE网络或TD-LTE应急通信系统，从而实现终端之间、以及终端与远端指挥中心宽带多媒体信息交互。本装置克服了普通TD-LTE终端需要手持，影响自然灾害、大型事故救援等现场处置人员使用工具的缺点，同时解决了复杂环境中TD-LTE终端方便使用和安全防护难题。

Description

一种穿戴式TD-LTE终端装置

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种穿戴式TD-LTE终端装置。

背景技术

在自然灾害、大型事故救援，公共安全突发事件等处置过程中，需要保持事发现场与远方的指挥中心实时通信，特别是将现场视频等信息的实时传送，以便于有效的指挥调度，也便于高效的现场救援和处置，事后分析、取证等工作。由于现场处置人员通常处于艰苦、复杂多变的环境，需要使用救援工具或安全防护等装备进行移动作业，无法使用普通的手持式通信设备，也难以保障与指挥中心以及队友间的全天候实时多媒体通信联系。

随着技术的成熟，中国移动等电信营运企业加快了TD-LTE的部署，将逐步建成覆盖全国的宽带移动通信网络。TD-LTE网络可提供下行100Mbps、上行50Mbps的传输速率，是现有3G技术的数十倍，可有效支撑高清度视频、图像、文本信息的实时通信；TD-LTE网络的广域全覆盖能力可保障现场人员团队之间、以及现场人员与异地指挥中心的实时宽带通信。

针对现有移动通信终端无法满足自然灾害、大型事故救援，公共安全突发事件等现场处置人员方便携带及使用的要求；现有WIFI、3G技术难以实现高清视频等多媒体信息远距离无线传输的技术难题，本发明提供一种穿戴式TD-LTE终端装置，解决了恶劣及复杂环境中信息采集、宽带无线传输和交互问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种穿戴式TD-LTE终端装置，该装置基于TI DM3730处理器的ARM+DSP双核结构，采用头盔式摄像头以及腕式显示控制模块，进行视频图像的采集、存储、压缩编码，并通过TD-LTE传输模块实现高速率低延迟传输。该视频采集装置以穿戴形式连接，操作便捷，应用于井下或地下矿山作业、应援救灾等场景。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种穿戴式TD-LTE终端装置，包括：头盔视频采集模块、腕式显示控制模块、TD-LTE传输模块以及穿戴式互连模块；头盔视频采集模块、腕式显示控制模块、TD-LTE传输模块之间通过穿戴式互连模块的USB、Bluetooth接口实现连接；所述穿戴式TD-LTE终端装置能够通过TD-LTE传输模块接入TD-LTE网络或TD-LTE应急通信系统，从而实现终端之间、以及终端与远端指挥中心宽带多媒体信息交互。

进一步，所述头盔视频采集模块包括：具有安全防护能力的头盔、高清视频摄像机和耳麦，头盔视频采集模块用于实现现场高清视频拍摄和音频信号变换，并通过USB接口与腕式显示控制模块实现数字信息交互。

进一步，所述腕式显示控制模块由低功耗嵌入式处理器、LCD显示屏、存储器和接口电路组成，佩戴于人体手腕，用于实现视频编解码、文本信息录入与显示、视频的本地播放、系统控制和信息交互接口管理；该腕式显示控制模块通过USB接口与头盔视频采集模块及TD-LTE传输模块实现数字信息交互。

进一步，所述TD-LTE传输模块由TD-LTE基带信号处理器、模拟射频电路和用户身份识别卡组成，可佩戴于人体腰部，用于TD-LTE协议和信号处理以及接入TD-LTE网络基站；该TD-LTE传输模块通过USB接口与腕式显示控制模块实现数字信息交互。

进一步，所述穿戴式互连模块内置多种导线，并可牢固挂附多种微型装备的警用或户外背心，用于上述模块接口连接和电池供电。

本发明的有益效果在于：

1、克服了普通TD-LTE终端需要手持，影响自然灾害、大型事故救援，公共安全突发事件等现场处置人员使用工具的缺点，同时解决了复杂环境中TD-LTE终端方便使用和安全防护难题。

2、所述的穿戴式TD-LTE终端装置可接入商用TD-LTE网络，实现了全国范围的远程通信，解决了远端指挥中心及时获得突发事件现场态势信息，实现有效指挥调度的难题。

3、所述的穿戴式TD-LTE终端装置可接入TD-LTE应急通信系统等专用网络，解决了突发事件现场快速恢复通信的难题。

4、所述的穿戴式TD-LTE终端装置的传输速率较现有2G、3G技术大幅提高，可传送更高质量的实时视频等多媒体信息。

5、所述的穿戴式TD-LTE终端装置适用于抢险救灾、反恐维稳、矿山及野外工作等场所。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明的实用场景工作示意图；

图2为本发明的结构原理框图；

图3为本发明的穿戴式装备图；

图4为本发明的腕式显示控制模块原理框图；

图5为本发明的TD-LTE传输模块示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

图1示出了本发明的实用场景工作示意图：监控中心利用通信网络，与穿戴式终端进行互连。通过穿戴式图像采集装置，即可便捷、高速率地将现场场景实时传送至监控中心，实现远程指挥监控的目的。

图2示出了本发明的结构原理框图，具体包括：头盔视频采集模块、腕式显示控制模块、便携式TD-LTE传输模块以及穿戴式互连模块。

图3示出了穿戴式装备图，头盔视频采集模块1通过户外背心2内置互连模块连接至腕式显示控制模块3，便携式TD-LTE传输模块通过网络接口直接插入到腕式显示控制模块3。

本发明的工作方式是：终端穿戴者开始作业，通过头盔上方高清摄像头采集现场视频数据，经穿戴式互连模块，将视频数据传送到腕式显示控制模块，将原始视频数据压缩编码处理后，利用TD-LTE传输模块与监控中心建立连接，进行数据传送与交互。

所述的头盔视频采集模块中，采用基于Linux系统的视频设备驱动接口V4L2程序框架，控制摄像头开始或终止采集视频图像。嵌入式终端初始化后，V4L2程序框架以流水线的形式开启工作模式，工作流程主要包括：

(1)检查并以读写、非阻塞模式开启摄像头设备；

(2)初始化视频设备，获取并分析V4L2设备属性，调用相应函数设置摄像头设备参数、帧格式：采集视频格式设置为YUYV，图像高度为320像素，图像宽度为480像素；

(3)开启内存映射，申请一个空的视频缓存区队列，将申请的缓存转换成物理地址；调用映射函数将申请完的内核空间映射到用户空间，并将缓冲入队列；申请相同个数的RGB图像缓冲区，用于LCD显示屏的实时显示；

(4)通过控制语句开始数据信息的采集；

(5)循环获取采集数据。

本发明所涉及的穿戴式互连模块包括内置导线与接口两部分。

穿戴式互连模块所涉及的接口包括：头盔视频采集模块与腕式显示控制模块的连接接口、TD-LTE传输模块与腕式显示控制模块的连接接口。头盔视频采集模块通过HDMI接口与腕式显示控制模块连接，HDMI接口传输未经压缩的高清视频数据。TD-LTE传输模块与腕式显示控制模块之间采用的是DM9000低功耗自适应网络接口连接互通，该接口高度集成了快速以太网控制器与通用处理器，内置10/100M Ethernet模块，兼容IEEE 802.3标准协议。

图4示出了本发明所述的腕式显示控制模块原理框图，该模块是整个终端装置的核心部分。结构上主要包括LCD显示器接口、存储模块、USB HOST与扩展I/O外部接口、低功耗嵌入式处理系统以及综合管理器。其中，低功耗嵌入式处理系统采用集成了主频为1GHz的ARMCortex-A8内核和主频为800MHz的TMS320C64x+DSP Core的双核架构处理器，DSP具有对数据信号的高速处理能力，同时ARM对外设具有强大的管理能力。

腕式显示控制模块在获取头盔视频采集模块采集到的视频数据后，进行两类处理：一方面由MPU处理器读取缓存器指令，控制数字信号处理器DSP对原始数据进行处理；另一方面ARM处理器将原始数据格式转换为RGB格式。一帧RGB图像数据存放的是320*240各个像素点的RGB值，利用QT软件进行重绘，将RGB图像数据投放到LCD显示屏进行实时显示。

数字信号处理器DSP的处理工作包括：将YUYV格式的原始视频图像数据转换为UYVY格式，然后以DMA方式将数据搬移到DDR，进行H.264编码。H264编码技术的分层处理架构实现了将视频编码与传输信道隔离开来。编码线程创建后，根据信道质量等级进行编码器参数配置，进入主线程，获取帧缓冲数据，进行数据压缩编码处理；编码同时根据监控中心反馈的TD-LTE无线信道的质量等级，实时地对H.264可变参数的动态配置，通过管道传输到数据存储模块进行处理。

上述所涉及的视频编码线程中，将每一帧数据分包，放入到UDP发送队列，队列时间间隔为5ms；每隔5ms执行一次UDP发送操作，保证数据写入与读取操作的速率同步。UDP协议是面向无连接的，其优势在于延时低，满足视频实时传输对延时的要求。但该协议可靠性较低，需通过TCP心跳操作，以保持监控台和终端的通信连接。与UDP相反，TCP协议是面向连接的，其心跳线程每隔5s检测一次连接状态，一旦检测到连接断开，则会进行重新连接，从而保证连接的可靠性。

DSP编码后的数据分两部分处理：一方面将数据信息存储于SDRAM，进行本地存储；另一方面将编码后的数据进行拆分打包、添加帧头、存入循环队列中，以便视频图像数据的无线传输。无线传输模块读取循环队列中数据，通过TD-LTE无线网络模块接入到TD-LTE网络中，并利用UDP传输协议发送至监控中心。

图5示出了本发明所述的TD-LTE传输模块，主要包括：TD-LTE基带处理器、TD-LTE网络输出模块以及网络接口接入装置等。该模块通过USB2.0接口连接到腕式显示控制模块的USBHOST接口。其中，所述的网络接口采用的是DM9000低功耗自适应网络接口，高度集成了快速以太网控制器与通用处理器。

TD-LTE传输模块插入到终端设备时是以usb-storage模式被识别，为使其开启正常工作模式，即以modern模式被识别，需要进行串口模式转换工作：

1)系统内核中修改与USB设备串口转换相关的驱动源码文件，即在相应位置添加此传输模块的VID和PID；

2)重新编译内核，使得内核支持该传输模块的串口转换；

3)修改配置文件，完成传输模块的模式转换。

至此，便可进行PPP拨号，使TD-LTE传输模块可以接入到LTE网络去实现无线通信。

本发明解决了3G网络对于处理高数据速率、数据分组传送、降低延迟、广域覆盖以及向下兼容等要求存在一定劣势的问题，并解决了在某些特定场合下视频采集装置携带不便、不易作业等限制条件，实现了目前某些特定场合可视化要求；提供了一种将TD-LTE通讯网络技术与穿戴式互连技术相结合的视频采集装置解决方案，使用了先进的H264视频编码算法，H264编码压缩算法的优秀特性可以在同种画质下拥有更高的压缩率，降低系统的带宽压力，且该方案具有画面质量好等特点；本发明采用穿戴式装置，将高清摄像头、信息处理模块以及网络传输模块有效的连接互通，达到方便携带者作业的效果。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (5)

1.一种穿戴式TD-LTE终端装置，其特征在于：包括：头盔视频采集模块、腕式显示控制模块、TD-LTE传输模块以及穿戴式互连模块；头盔视频采集模块、腕式显示控制模块、TD-LTE传输模块之间通过穿戴式互连模块的USB、Bluetooth接口实现连接；所述穿戴式TD-LTE终端装置能够通过TD-LTE传输模块接入TD-LTE网络或TD-LTE应急通信系统，从而实现终端之间、以及终端与远端指挥中心宽带多媒体信息交互。

2.根据权利要求1所述的一种穿戴式TD-LTE终端装置，其特征在于：所述头盔视频采集模块包括：具有安全防护能力的头盔、高清视频摄像机和耳麦，头盔视频采集模块用于实现现场高清视频拍摄和音频信号变换，并通过USB接口与腕式显示控制模块实现数字信息交互。

3.根据权利要求1所述的一种穿戴式TD-LTE终端装置，其特征在于：所述腕式显示控制模块由低功耗嵌入式处理器、LCD显示屏、存储器和接口电路组成，佩戴于人体手腕，用于实现视频编解码、文本信息录入与显示、视频的本地播放、系统控制和信息交互接口管理；该腕式显示控制模块通过USB接口与头盔视频采集模块及TD-LTE传输模块实现数字信息交互。

4.根据权利要求1所述的一种穿戴式TD-LTE终端装置，其特征在于：所述TD-LTE传输模块由TD-LTE基带信号处理器、模拟射频电路和用户身份识别卡组成，可佩戴于人体腰部，用于TD-LTE协议和信号处理以及接入TD-LTE网络基站；该TD-LTE传输模块通过USB接口与腕式显示控制模块实现数字信息交互。

5.根据权利要求1所述的一种穿戴式TD-LTE终端装置，其特征在于：所述穿戴式互连模块内置多种导线，并可牢固挂附多种微型装备的警用或户外背心，用于上述模块接口连接和电池供电。