CN104301665B - 双线多信道视频门户系统 - Google Patents

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Abstract

双线多信道视频门户系统包括至少两个具有视频摄像机(18)的街道面板(20)和家庭终端，家庭终端被提供有内部通信或监视器内部通信。特征在于所述街道面板包括以下各项：数字BNFSK调制器和数字BNFSK解调器，用于向内部通信终端传输音频和数据，被提供有数字BNFSK调制器和数字BNFSK解调器；以及数字PPM调制器和数字PPM解调器，用于向监视器终端传输音频和视频，被提供有数字BNFSK调制器和数字BNFSK解调器以及数字PPM调制器和数字PPM解调器，以维持两个终端和两个街道面板之间的至少两个同时双向音频会话，并使用任意类型的常规电缆连接从所述街道面板向所述终端发送视频。

Description

双线多信道视频门户系统
技术领域
本发明包括一种新型视频门户系统，其具有借助于两个导线的简化安装，该两个导线允许至少两组系统设备的音频和视频的同时会话，而不需要信号分发基础结构元件。
背景技术
众所周知的是，市场上存在的视频门户系统包括具有视频摄像机的至少一个街道面板，其借助于非极化双线通信线路与被提供有内部通信和/或图像显示监视器的多个家庭终端进行通信以通过同样的线路传输音频、视频和数据，使得它们能够支持安装的两个元件之间的会话，传输两个音频信道(上行音频和下行音频)、视频信道(通常为上行)以及数据信道以通过所述两个线管理所述系统。在该类型的系统中，具有非常少功能(仅音频通信)的低成本元件必须与具有许多功能(音频和视频通信)的其它元件共存，对该其它元件共存来说成本不是限制。
例如，我们有发明专利ES2315138B1，其描述了一种使用分发元件的上述类型的系统，分发元件允许在街道面板和家庭监视器之间创建逐点通路。借助于针对各个信号(上行音频、下行音频、视频和数据)中的每一个的不同信号载波或频率，在该系统中使用不同模拟信号的FM调制。此外，对数据使用FSK调制。
发明专利US5923363描述了一种类似的FM调制系统；然而，该安装不是真正的总线安装，已知其借助于交换机执行交换，导致了星形安装。此外，其需要终端处的电池来提供能量供应，电缆不能同时向数据提供能量供应。
欧洲专利EP1569454A2描述了一种允许单个会话信道的总线系统，已知视频信道未被调制。上行和下行音频信道以FM进行调制。其还使用了两个基础结构元件：接近供应源的负载荷模拟器，其必须依赖于存在终端的数量被调整；以及在每个分支的最后一个终端处的另一个模拟器，这使得安装更困难。
欧洲专利EP1843590A1描述了一种双线总线视频门户系统，其需要在家庭本地供应两个监视器。因此，该系统不是全面的双线系统，已知对监视器的供应不由总线提供。
所有在先系统都允许借助于信息的模拟调制的使用建立单个同时通信。在系统元件组之间建立多于一个同时通信是不可能的。
在另一方面，在市场上存在使用更大量导线数量的许多多信道视频门户系统。在这个意义上，我们有IP视频门户系统，诸如在专利ES2273578中所提供的那个，其使用结构化的电缆连接以及计算机交换类型基础结构设备。存在使用同轴电缆(更贵)来通过不同载波传输不同信道的其它系统，因此需要具有大带宽的传输手段。
在调制系统的现有技术情况中，存在使用模拟调制(AM、FM、PM)来传输模拟信号的系统和专利，以及使用数字调制(FSK、PSK、PIN、PPM、TSK)的其它系统和专利。关于后者，脉冲位置调制(PPM)的使用允许宽阔的带宽并且通常在无线、光纤或激光通信系统中使用。在这个意义上，我们可以引用专利文献US6711122和US2009010321，其中通过非典型的双线线路传输信息中的困难不会发生。所有这些情况使用清晰典型的传输手段而不阻碍信息的传输。还可以引用专利文献WO2004090833A1，其描述了针对供应设备的现场总线的通过双线线路的数据传输系统。然而，其具有以下限制：传输速率很低(不适于音频传输，从未考虑视频)，其使用使通信变慢的主-从系统，因为需要逐一询问从设备来查看它们是否需要传输信息，它需要为从设备的同步而连续地校准从设备，并且最后，假定信息受到影响，仅在不允许数据传输的特定时刻，允许设备消耗的改变。
因此，现有技术的当前情况普遍不能供给如下解决方案：其允许通过双导线传输音频和视频的几个同时会话，通过该双导线还传输管理数据和电力供应。此外，该系统(仍限于单个会话信道)需要额外的基础结构以适配环境以及促进信息传输，信息传输依赖于安装的设备数量以及安装的拓扑。这些系统还需要特定类型的电缆并且不能被适配于不同类型的电缆。
以下描述的解决方案借助于视频门户系统解决了以上揭露的限制，该视频门户系统允许避免总线基础结构元件，可被适配于任何类型的电缆和拓扑，并且允许在该环境中以及以针对可应用的视频门户系统部分的合理成本具有同时会话，其中具有非常少特征(仅音频通信)的低成本元件必须与具有许多特征(音频和视频通信)的其它元件共存，对其来说成本不是限制。
发明内容
本发明，正如现有技术情况的系统那样，包括至少一个具有视频摄像机的街道面板，其可借助于非极化双线通信线路连接到多个家庭终端，家庭终端包括内部通信或监视器内部通信以通过所述通信线路传输音频、视频和数据。
本发明提出的新颖性是所述街道面板包括在相同频率带中的两个类型的调制器和解调器：
-数字BNFSK(二进制窄频移位键控)调制器和数字BNFSK解调器，用于向内部通信类型的家庭终端传输音频和数据，在该情况下所述家庭终端包括数字BNFSK调制器和数字BNFSK解调器；以及
-数字PPM(脉冲位置调制)调制器和数字PPM解调器，用于向监视器内部通信类型的家庭终端传输音频和视频，在该情况下所述家庭终端包括数字BNFSK调制器和数字BNFSK解调器以及数字PPM调制器和数字PPM解调器。
虽然本发明与单个街道面板一起工作，但当存在多于一个街道面板(或能够开始会话的等价设备：接收或家庭终端)时它发挥其更好的性能。
以上描述的所述配置允许具有一个家庭终端和一个街道面板之间以及另一个家庭终端和另一个街道面板之间的至少两个同时双向音频会话，从而从所述街道面板向相应的终端使用任意类型常规电缆连接同时地发送所述视频，并且不需要额外的基础结构元件。因此，本发明允许同时使用两个或多个街道面板，具有同时从所述街道面板到与其通信的家庭终端的两个或更多个同时双向音频会话和单向视频。
为了分离所述信道和所述信息，针对接收的数字信号设想了时分复用(TDM)多路复用器和对应的TDM多路分解器，从而获取传输线路中具有双向音频和单向视频的至少两个会话信道。
在本发明的优选实施例中，在所述街道面板和所述家庭终端的数字信号控制器(DSC)中实施A/D、D/A转换器、TDM多路复用器、TDM多路分解器、压缩器、解压缩器、发射机、接收机和调制器。
本发明设想包括连接到所述通信线路的电力供应电路。所述街道面板和家庭终端包括调整器，其从所述通信线路提取所述供应并生成必要的不同电压来供应所述街道面板和所述家庭终端的所述电路。
附图说明
图1-示出了根据本发明的视频门户系统的实施例的示例的方框图。
图2-示出了用于信号的数字调制的数字代码数据值分配表的示例。
图3-示出了PPM调制器的实施例的示例的方框图。
图4-示出了针对通用N值的前图输出处的PPM调制信号的图。
图5-示出了针对N＝1值的图4输出处的PPM调制信号的图。
图6-示出了PPM解调器的实施例的示例的方框图。
图7-示出了针对通用N值的前图的PPM解调器处接收的信号的图。
图8-示出了针对通用N值的对应于图7的PPM中接收的信号的解调器的锁相环(PLL)电路的输出的图。
具体实施例
下面，将在下面基于前述的附图进行本发明的描述。
本发明的系统包括具有视频摄像机18的至少两个街道面板20(仅表示了一个街道面板20)，两个街道面板20借助于非极化双线通信线路21可连接到多个家庭终端(未表示)，被提供有在内部通信以及视频内部通信之间选择的元件，以通过通信线路21传输音频、视频和数据。
每个街道面板20包括图1的方案中示出的设备，包括以下元件：
1、AMP，麦克风放大器。对由麦克风捕获的信号进行放大。
2、抗混淆滤波器。消除高频。
3、A/D，模拟-数字转换器。对麦克风的信号进行数字化。
4、COMP，压缩器。对信号进行压缩，该信号可以是音频系统情况下的音频信号，或混合系统情况下的音频和视频信号。
5、时分调制(TDM)多路复用器。对信息进行多路复用以使压缩的数据串行化以在时隙信道处被传输，该时隙信道分配给传输线路中具有双向音频和单向视频的至少两个会话信道之一的设备。
6、TX，执行串行化数据的传输的发射机。
7、MOD，调制器。依赖于其类型执行信息的调制：BNFSK用于音频和数据，或PPM用于音频和视频。使用PWM生成器25和定时器27，但是其容许其它技术解决方案。
8、输出滤波器，使方波信号适配于正弦信号，并用微分的方式在总线注入和耦合经调制的信号。
9、输入滤波器，从总线提取经调制的信号。
10、DEMODUL，解调器。将经调制信号变换成低频信号(数据)。数据转换利用PLL电路28和定时器29执行，但存在其它技术替代方案来实施该功能。
11、RX，接收机。将编码值(在BNFSK调制的情况下是二进制并且在PPM调制的情况下是三叶形)分配给接收信号的每个音调(tone)。
12、TDM多路分解器。对分配给通过传输线路到达的设备的具有双向音频和单向视频的会话信道的信息进行多路分解，对接收的数据进行重新分组以同时处理它们。
13、DECOM，解压缩器。对接收的数据进行解压缩以进行处理。
14、D/A，数字-模拟转换器。将接收的数据转换成模拟信号。
15、输出音频滤波器。消除高频信号。
16、AMP，输出放大器。放大音频信号以利用足够的信号水平使扬声器起声。
17、调整器。从通信总线提取电力供应以供应设备的电路，并生成必要的不同电压。
18、视频摄像机。捕获场景的图像。
19、TFT，示出由另一个设备的摄像机捕获的图像，以及其它附加信息，例如菜单、照片等。
以数字格式传输信号的优点是提高了其质量，已知它们更加不易受到外部干扰的影响，不像模拟信号那样。此外，为处理所述信号而共享资源，诸如传输和接收元件(包括调制和解调)，其被每个终端合并。由数字支持提供的另一个优点是能够共享信息并且需要较小的带宽用于其传输，从而使用低调制载波频率，低调制载波频率在通过不良适配的传导电缆(诸如双线对)的传输中遭受较低水平的衰减和反射。频率的这个减小还允许避免使用信号分发设备及其对任何类型安装拓扑的适配。
数据的压缩还允许以更少的时间传输更多的信息，因此可以在相同的时间量内传输几个双向信道，而在模拟系统中传输其中的一个。
因此，街道面板20和终端两者都使用交替不同信道的TDM数据多路复用器5以及用于接收的TDM多路分解器12。
因此，依赖于会话中的设备，本发明使用自适应调制用于传输。在具有减少特征的低成本终端的情况下，换句话说，仅音频的情况下，使用BNFSK(二进制窄频移位键控)调制，其实施相对便宜。在参与视频信号传输的终端的情况下，使用PPM(脉冲位置调制)调制，其允许更大的带宽，但具有更高的成本。这样，具有许多特征的元件可与具有少数功能的元件在相同的总线中共存，从而实现它们之间的通信并且以后者的成本。
出于经济原因，已经进行了重要的努力以将正在使用的大多数设备集成到一个设备中，使得元件3、4、5、6、7、11、12、13和14在音频设备的情况下借助于单个集成电路，DSC(数字信号控制器)来实施，在音频和视频版本的情况下借助于多媒体控制器或DSP(数字信号处理器)来实施，由于其支持的功能而认为该音频和视频版本具有更高的成本。
如上面所述的，在系统的设备之间传输和接收的帧随时间被多路复用。我们有六个不同帧类型：
-数据帧1：设备之间的命令帧。总是使用BNFSK调制。
-信道1上行音频(或音频+视频)帧：具有从呼叫者到接收者的编码和压缩音频(或音频+视频)信息的帧，对应于第一会话信道。如果不包括视频则其采用BNFSK调制，如果帧包括视频则采用PPM。
-信道1下行音频帧：具有从接收呼叫的终端到呼叫者的编码和压缩音频信息的帧，对应于第一会话信道。如果上行帧不包括视频则其采用BNFSK调制，如果上行帧包括视频，则采用PPM。
-数据帧2：设备之间的命令帧。总是使用BNFSK调制。
-信道2上行音频(或音频+视频)帧：具有从呼叫者到接收者的编码和压缩音频(或音频+视频)信息的帧，对应于第二会话信道。如果不包括视频则其采用BNFSK调制，如果帧包括视频则采用PPM。
-信道2下行音频帧：具有从接收呼叫的终端到呼叫者的编码和压缩音频信息的帧，对应于第二会话信道。如果上行帧不包括视频则其采用BNFSK调制，如果上行帧包括视频，则采用PPM。
本发明的主要新颖性在于使用自适应调制(BNFSK/PPM)来传输数据，依赖于参与设备并且维持足够低的二进制速率从而借助于两个导线来传输数据而不需要额外的总线基础结构，使得允许系统的至少两对设备的同时音频和视频会话，而不需要信号分发基础结构元件。
BNFSK调制使用一对频率来表示一个比特的两个值中的每一个，以及使用第三频率用于帧开始警告。
需要以下步骤来执行PPM调制：
1、基于以固定频率循环的正弦信号，传输起始警告信号22。
2、下一步，保护间隔23，在固定时间段内不传输任何东西，以避免传输线路中产生的反射以及由线路中传输的突然停止引起的起始警告信号的变形。
3、下一步，静默间隔24，经过与要传输的数据成比例的时间段。例如，如果要传输的信息是表示16个不同值的一个半位元组(4比特)，则该线路待机达M个相等的时间段，M是要被传输的值。
M的值可以是图2中所示的表中的值，但是依赖于频率或要传输的整个信息中实际数据的重复性并且依赖类型来对其进行分配是优选的，目的是在可能的最少时间内传输信息并且获得更高的数据传输速度。值1被分配给在传输中出现或重复最多的数据。
下一步，起始警告信号22被再次传输以指示：将要传输新的值、将要重复该过程，或者如果没有更多的数据要被传输，则从该信号不传输任何东西，这指示传输结束。图4表示针对M＝N的值的前述内容，而图5针对M＝1的值。
已知需要传输16个静默间隔，针对值16获得最低速度。因此，这是一种速度依赖于内容的传输方法，不像在常规调制(FSK、ASK、PSK)中那样。
为了实施图3中示出其配置的调制器7，优选使用PWM(脉宽调制)电路25，操作在用于生成起始信号的50％“占空比”处(但是其容许其它解决方案)。PWM电路25连接到模块26，模块26接收将被传输的编码，从此处取走所述将被传输的编码。在被传输后，利用静默间隔(保护+N个间隔)在定时器27中加载它，以发出警告指示下一个数据可在该传输完成后被传输。
此外，调制器7包括PWM电路25中包括的译码表的存储装置，以根据其出现频率(重复性)将每个数据分配给每个代码。当将被传输的新代码由PWM电路25接收时，其借助于信号生成器激活起始警告，并在生成开始信号22期间，基于接收的代码通过查阅译码表(图2)来获取将要传输的数据。获取的值指示通过线路21将要传输的静默间隔的数量。该值乘以每个间隔的时间，并且加到保护信号23的时间上，其最终值存放在定时器27的计数寄存器中。当警告信号生成器已经结束生成该信号时，其引起一信号，该信号开始定时器27的递减计数。当其达到零时，定时器向传输机6指示其可以提供将被传输的新代码并且该过程再次开始。
如上所述，在调制器7后，信号穿过滤波器8，滤波器8将方波信号转换成正弦曲线信号。
解调器电路10测量连续起始警告信号22及其传输时间之间的分隔，并减去保护间隔23。得到的时间值向我们提供等价于传输的数据的空间，该空间除以静默间隔的周期，得到传输的值，针对该值，我们使用译码表来提供基于传输的数据的传输的代码的实际值。该表基于将要传输的信息中代码的出现频率给接收值分配实际代码，一种与调制器表相反的功能。
如上所述，PLL 28可用于测量开始信号之间的距离T，距离T向我们提供开始信号的开始的过零点处的信号，如图8所示，但存在其它技术解决方案来获得该周期T。
检测警告信号的模块(PLL或其它)生成每个检测中的中断信号，其导致对定时器29的当前读取和对其调零以开始下一次测量。根据定时器29的值计算静默信号周期的数量并提取从译码表中接收的实际代码。该值被发送到接收机11，其以合宜的方式对信息分组以进行处理。
家庭终端没有被表示出，这是因为如下事实：它们的配置可以从针对街道面板所做的描述中推论。如果家庭终端是内部通信，则它们包括数字BNFSK调制器和解调器，用于指向街道面板的音频和数据的传输，根据本发明明显地执行相应的TDM多路复用和多路分解。街道面板通过BNFSK调制发送音频和数据。在该情况中不发送视频。
如果家庭终端是监视器内部通信，则其包括数字BNFSK调制器和数字BNFSK解调器，以及数字PPM调制器和数字PPM解调器。在该情况下，数字PPM解调器执行音频和视频的接收并且通过PPM调制器执行音频传输。通过BNFSK调制和BNFSK解调发送和接收数据。
该方案明显简化传输机(调制器)和接收机(解调器)的实现，其允许以很低的成本实施它们。
因此，以上描述的配置允许在一个家庭终端和一个街道面板之间以及在另一个家庭终端和另一个街道面板之间维持至少两个同时双向音频会话，并允许从每个街道面板向相应的终端发送视频，允许使用任何类型的常规电缆并且不需要额外的基础结构元件。因此，本发明允许同时使用两个街道面板，同时从街道面板向与其通信的相应的家庭终端维持两个同时双向音频会话和单向视频。

Claims (4)

1.双线多信道视频门户系统，其包括：
-至少一个街道面板，具有视频摄像机并且能够借助于下列各项连接：
-非极化双线通信线路，与
-多个家庭终端，被提供有从内部通信与监视器内部通信选择的元件，
从而通过所述通信线路传输音频、视频和数据；
其特征在于：
-每个街道面板包括在相同频率带中的两个类型的调制器和解调器：
-数字BNFSK（二进制窄频移位键控）调制器和数字BNFSK解调器，用于向家庭终端传输音频和数据，家庭终端由包括数字BNFSK调制器和数字BNFSK解调器的内部通信组成；以及
-数字PPM（脉冲位置调制）调制器和数字PPM解调器，用于向家庭终端传输音频和视频，家庭终端由被提供有数字BNFSK调制器和数字BNFSK解调器以及数字PPM调制器和数字PPM解调器的监视器内部通信组成，
用于维持一个家庭终端和一个街道面板之间以及另一个家庭终端与另一个街道面板之间的至少两个同时双向音频会话，同时从每个所述街道面板向与其通信的相应的家庭终端使用任意类型常规电缆发送所述视频。
2.根据权利要求1的双线多信道视频门户系统，特征在于所述信道和信息之间的分隔由TDM（时分复用）执行，并且包括对接收的调制数字信号进行时分多路分解以获得传输线路中具有双向音频和单向视频的至少两个会话信道。
3.根据权利要求2的双线多信道视频门户系统，特征在于系统设备在所述街道面板和所述家庭终端的数字信号控制器（DSC）中实施，所述系统设备涉及模拟/数字转换器（A/D）、数字/模拟转换器（D/A）、压缩器、解压缩器、TDM（时分复用）多路复用器、TDM多路分解器、发射机、接收机和调制器。
4.根据权利要求1的双线多信道视频门户系统，特征在于其包括连接到所述通信线路的供应电路；其中所述街道面板和家庭终端包括调整器，所述调整器从所述通信线路提取供应并生成必要的不同电压来供应所述街道面板和所述家庭终端的电路。
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