CN105101054B - 一种多媒体传输方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多媒体传输系统，所述多媒体传输系统包括控制模块、蓝牙模块、WiFi模块、Zigbee模块和存储模块，所述控制模块与蓝牙模块、WiFi模块、Zigbee模块和存储模块相连。本发明的技术方案是一种兼具几种主流网络技术的优点，兼顾功耗控制和多种数据传输，能降低使用无线网络的环境制约，能降低网络混杂的的维护难度的多媒体传输系统。

Description

一种多媒体传输方法及系统
技术领域
本发明涉及一种信息传输系统，具体涉及一种多媒体传输系统。
背景技术
目前的常用的无线通信技术有三种：ZigBee、WiFi、蓝牙。他们的特点如下：
1.ZigBee
Zigbee是IEEE 802.15.4协议的代名词，其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。
ZigBee技术优势主要包括以下几个方面：
低功耗
两节五号电池支持长达六个月到两年左右的使用时间，然而Bluetooth仅能工作数周，WiFi只可工作数小时。
低成本
ZigBee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本，且免收专利费。
可靠
采用了碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突；节点模块之间具有自动动态组网的功能，信息在整个ZigBee网络中通过自动路由的方式进行传输，从而保证了信息传输的可靠性。
网络容量大
ZigBee具有大规模的组网能力，每个网络达60000个节点。
安全保密
ZigBee提供了一套基于128位AES算法的安全类和软件，并集成了IEEE802.15.4的安全元素。
工作频段灵活
使用频段为2.4GHz，868MHz及915MHz，均为免执照频段。
2.蓝牙4.0(Bluetooth)
蓝牙技术联盟(Bluetooth Special Interest Group，SIG)日前宣布正式采纳蓝牙规格4.0版本，并启动对应的认证计划。在3.0+HS版本标准加入高速传输技术的基础上，4.0版本又加入了之前诺基亚力推的Wibree低功耗传输技术。
至此，蓝牙已经不是当初大家熟悉的只适用于WPAN的“蓝牙”了。而是集IEEE802.15.1传统蓝牙，IEEE 802.11物理层和MAC层以及Wibree标准的“三合一”的蓝牙。
低功耗：传输部分作为蓝牙4.0版本的重点，沿用了曾经的Wibree标准。采用简单的GFSK调制，拥有极低的运行和待机功耗，使用一粒纽扣电池甚至可连续工作数年之久。
速度：支持1Mbps数据传输率下的超短数据包，最少8个八组位，最多27个。所有连接都使用蓝牙2.1加入的减速呼吸模式(sniff subrating)来达到超低工作循环。
跳频：使用所有蓝牙规范版本通用的自适应跳频，最大程度地减少和其他2.4GHzISM频段无线技术的串扰。
主控制：更加智能，可以休眠更长时间，只在需要执行动作的时候才唤醒。
延迟：最短可在3毫秒内完成连接设置并开始传输数据。
范围：提高调制指数，最大范围可超过100米(根据不同应用领域，距离不同)。
健壮性：所有数据包都使用24-bitCRC校验，确保最大程度抵御干扰。
安全：使用AES-128CCM加密算法进行数据包加密和认证。
拓扑：每个数据包的每次接收都使用32位寻址，理论上可连接数十亿设备；针对一对一连接优化，并支持星形拓扑的一对多连接；使用快速连接和断开，数据可以再网状拓扑内转移而无需维持复杂的网状网络。
3.WiFi
WiFi(Wireless Fidelity，无线保真技术)即IEEE 802.11协议，是一种短程无线传输技术，能够在数百英尺范围内支持互联网接人的无线电信号。WiFi的第一个版本发表于1997年，其中定义了介质访问接入控制层(MAC层)和物理层。规定了无线局域网的基本网络结构和基本传输介质，规范了物理层(PHY)和介质访问层(MAC)的特性。物理层采用红外、DSSS(直接序列扩频)或FSSS(调频扩频)技术。1999年又增加了IEEE 802.11a和IEEE802.11g标准。其传输速率最高可达54Mb/s。能够广泛支持数据、图像、语音和多媒体等业务。
无线电波的覆盖范围广，WiFi的半径可达100m，甚至可以覆盖整栋大楼。
WiFi的传输速度很快，最高可达54Mb/s，符合个人和社会信息化的需求。在网络覆盖范围内，允许用户在任何时间、任何地点访问网络，随时随地享受诸如网上证券、视频点播(VOD)、远程教育、远程医疗、视频会议、网络游戏等一系列宽带信息增值服务。并实现移动办公。
健康安全
IEEE 802.11规定的发射功率不可超过100mW，实际发射功率约60～70mW，而手机的发射功率约200mW～1W，手持式对讲机高达5W。与后者相比，WiFi产品的辐射更小。
WiFi应用普遍支持WiFi的电子产品越来越多，像手机、MP4、电脑等，基本上已经成为了主流标准配置。
但同时，以上三种无线通信技术还存在一些缺点：
ZigBee
传输速率太低，最高250kbs，只能传输简单的状态识别和控制信号，更接近工业控制领域的应用。博物馆的展览需要伴随大量的多媒体信息，语音和图片甚至多媒体图片，ZigBee网络无法承载这种信息的传输交互。
蓝牙
传输距离不及ZigBee和WiFi，网络拓扑不如ZigBee和WiFi复杂，不容易承载多级设备网络拓扑，用来传输视频信息吃力。
WiFi
伴随高速率的是比ZigBee和蓝牙的高功耗，即使处于待机模式，也无法持续使用几天。所以它只适合布置在场馆有电源的附近。这严格限制了网络的物理布置，无法满足博物馆一些临时布展的场地零活组织，而且这些展览时间一般以月为单位。
ZigBee
由于低功耗，和网络覆盖容量的性能特别优异，所以适合对具体的设备状态和命令进行通信，但是用户手持的智能设备很少安装它的模块，需要找一个合理的接口，监视广大博物馆设备的各个状态。WiFI适合使用在文物需要多媒体演示的情况，但是它的低功耗待机模式不理想，设备如果使用电池的话会很快没电，需要找到一个合理的控制，使它的应用能够达到1个月以上，满足临时布展的需求。蓝牙4.0的低功耗，在手机上和智能设备上广泛嵌入应用，使得它成为连接两者的可能，并可以通过精巧的程序逻辑设计合理控制全部功耗。
发明内容
本发明的目的是提供一种兼具几种主流网络技术的优点的多媒体传输系统。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种多媒体传输系统，所述多媒体传输系统包括控制模块、蓝牙模块、WiFi模块、Zigbee模块和存储模块，所述控制模块与蓝牙模块、WiFi模块、Zigbee模块和存储模块相连。兼顾多种数据传输，能降低使用无线网络的环境制约，能降低网络混杂的的维护难度。
本发明的目的还在于提供一种兼具几种主流网络技术的优点的多媒体传输方法。
为实现上述发明目的，本发明采用如下方法：一种多媒体传输方法，包括以下步骤：
A1、控制模块处于休眠状态，监听蓝牙模块的蓝牙数据；
A2、控制模块在收到蓝牙模块发出的蓝牙数据时判断是否需要启动数据通讯；如果需要启动数据通讯，则执行A3；如果不需要启动数据通讯，则执行A1。
A3、根据蓝牙数据判断采用蓝牙传输方式或者zigbee与wifi相结合的传输方式。
所述步骤A2具体为：如果蓝牙数据是通信报文，则需要激活控制模块，启动数据通讯；如果蓝牙数据不是通信报文，则不需要激活控制模块。
所述步骤蓝牙传输方式具体步骤为：
B1、激活蓝牙模块。
B2、蓝牙模块执行通信任务。
B3、将蓝牙模块休眠。
所述zigbee与wifi相结合的传输方式具体步骤为：
C1、激活zigbee模块。
C2、激活wifi模块。
C3、执行通信任务。
C4、将通信任务里的数据存储在存储模块。
C5、将WIFI模块、Zigbee模块和蓝牙模块休眠。
所述步骤A3具体为：根据蓝牙数据的里的状态字节判断采用哪种传输方式，所述传输方式包括蓝牙传输方式和zigbee与wifi相结合的传输方式，所述状态字节为传输方式的标号。
所述步骤B1具体为：激活蓝牙模块，给通信任务分配时序ID号。不同的ID号用来区分模块发送接收的数据是哪个设备哪次任务的信息。
所述步骤B1具体为：激活蓝牙模块，给通信任务分配时序ID号，给控制模块发送蓝牙模块入网通知。控制模块检测到相应的连接引脚高电平，也可以是控制模块通过SPI或串口等接收的一个专门的通知数据包，得知蓝牙模块已经在线入网。
所述zigbee与wifi相结合的传输方式具体步骤为：
C1、激活zigbee模块，给通信任务分配时序ID号，给控制模块发送zigbee模块入网通知；分配时序ID号给这次通信。不同的ID号用来区分模块发送接收的数据是哪个设备哪次任务的信息；
C2、激活wifi模块，给通信任务分配时序ID号，给控制模块发送wifi模块入网通知；分配时序ID号给这次通信。不同的ID号用来区分模块发送接收的数据是哪个设备哪次任务的信息。控制模块检测到相应的连接引脚高电平，也可以是控制模块通过SPI或串口等接收的一个专门的通知数据包，得知模块已经在线入网；
C3、执行通信任务，通信任务包括数据的解包，提取，打包等一系列操作的任务；
C4、将数据存储在存储模块；
C5、将WIFI模块、Zigbee模块和蓝牙模块休眠。
控制模块与蓝牙模块、WiFi模块、Zigbee模块三者的休眠引脚相连。兼顾功耗控制。
蓝牙模块、WiFi模块、Zigbee模块和存储模块均单独敷铜布线。
蓝牙模块、WiFi模块、Zigbee模块和存储模块的敷铜地线通过一点和控制模块的敷铜地线相连。
蓝牙模块、WiFi模块、Zigbee模块和存储模块分别接不同的电源。
蓝牙模块、WiFi模块、Zigbee模块和存储模块的电源端均并联一个高频电容。
本发明的技术方案具有兼顾功耗控制和多种数据传输，能降低使用无线网络的环境制约，能降低网络混杂的的维护难度的优点。
附图说明
图1为本发明实施例的软件执行流程图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例
如图1所示的一种多媒体传输系统，所述多媒体传输系统包括控制模块、蓝牙模块、WiFi模块、Zigbee模块和存储模块，所述控制模块与蓝牙模块、WiFi模块、Zigbee模块和存储模块相连。兼顾多种数据传输，能降低使用无线网络的环境制约，能降低网络混杂的的维护难度。
一种多媒体传输方法，包括以下步骤：
A1、控制模块处于休眠状态，监听蓝牙模块的蓝牙数据；
A2、控制模块在收到蓝牙模块发出的蓝牙数据时判断是否需要启动数据通讯；如果需要启动数据通讯，则执行A3；如果不需要启动数据通讯，则执行A1。
A3、根据蓝牙数据判断采用蓝牙传输方式或者zigbee与wifi相结合的传输方式。
所述步骤A2具体为：如果蓝牙数据是通信报文，则需要激活控制模块，启动数据通讯；如果蓝牙数据不是通信报文，则不需要激活控制模块。
所述步骤蓝牙传输方式具体步骤为：
B1、激活蓝牙模块。
B2、蓝牙模块执行通信任务。
B3、将蓝牙模块休眠。
所述zigbee与wifi相结合的传输方式具体步骤为：
C1、激活zigbee模块。
C2、激活wifi模块。
C3、执行通信任务。
C4、将通信任务里的数据存储在存储模块。
C5、将WIFI模块、Zigbee模块和蓝牙模块休眠。
所述步骤A3具体为：根据蓝牙数据的里的状态字节判断采用哪种传输方式，所述传输方式包括蓝牙传输方式和zigbee与wifi相结合的传输方式，所述状态字节为传输方式的标号。
所述步骤B1具体为：激活蓝牙模块，给通信任务分配时序ID号。不同的ID号用来区分模块发送接收的数据是哪个设备哪次任务的信息。
所述步骤B1具体为：激活蓝牙模块，给通信任务分配时序ID号，给控制模块发送蓝牙模块入网通知。控制模块检测到相应的连接引脚高电平，也可以是控制模块通过SPI或串口等接收的一个专门的通知数据包，得知蓝牙模块已经在线入网。
所述zigbee与wifi相结合的传输方式具体步骤为：
C1、激活zigbee模块，给通信任务分配时序ID号，给控制模块发送zigbee模块入网通知；分配时序ID号给这次通信。不同的ID号用来区分模块发送接收的数据是哪个设备哪次任务的信息；
C2、激活wifi模块，给通信任务分配时序ID号，给控制模块发送wifi模块入网通知；分配时序ID号给这次通信。不同的ID号用来区分模块发送接收的数据是哪个设备哪次任务的信息。控制模块检测到相应的连接引脚高电平，也可以是控制模块通过SPI或串口等接收的一个专门的通知数据包，得知模块已经在线入网；
C3、执行通信任务，通信任务包括数据的解包，提取，打包等一系列操作的任务；
C4、将数据存储在存储模块；
C5、将WIFI模块、Zigbee模块和蓝牙模块休眠。
所述步骤A2具体为：如果蓝牙数据是简单的状态问答或传输系统的控制命令的处理，则不需要启动数据通讯；如果蓝牙数据是通信报文，则需要激活控制模块，启动数据通讯。
一种多媒体传输系统，所述多媒体传输系统包括控制模块、蓝牙模块、WiFi模块、Zigbee模块和存储模块，所述控制模块与蓝牙模块、WiFi模块、Zigbee模块和存储模块相连。
控制模块与蓝牙模块、WiFi模块、Zigbee模块三者的休眠引脚相连。
蓝牙模块、WiFi模块、Zigbee模块和存储模块均单独敷铜布线。
蓝牙模块、WiFi模块、Zigbee模块和存储模块的敷铜地线通过一点和控制模块的敷铜地线相连。
蓝牙模块、WiFi模块、Zigbee模块和存储模块分别接不同的电源。
蓝牙模块、WiFi模块、Zigbee模块和存储模块的电源端均并联一个高频电容。
该方案硬件上，控制模块通过自身的UART口与ZigBee的UART口相连接，通过自身的SPI接口与WiFi模块的SPI相连接，通过第二个UART口与蓝牙模块的UART口相连接。但是根据需求可以只选择一种ZigBee或者WiFi模块与一种蓝牙模块搭配，也可以同时选择它们两种与一种蓝牙模块搭配。
由于现有扩展RAM和掉电存储的接口类型有IO口，I2C口，SPI接口三种类型，控制模块可通过自身的IO口或I2C接口，SPI接口其中的一种与具体选择的品牌的扩展RAM的接口或专用的掉电存储相连接。功耗控制设计上，控制模块通过自身的三个IO控制口与蓝牙4.0,WiFi,ZigBee这三个通信模块上的1个休眠引脚相连。EMC(电磁兼容性)设计上，需要根据3种模块的电磁兼容要求，进行合理的布局。
软件架构上:
整个程序分为2种状态，状态1负责轮询蓝牙4.0的通信数据，长期处于休眠状态，收到蓝牙4.0数据时候激活，根据蓝牙4.0传输的数据判断是否需要启动状态2的数据通讯。如果是简单的状态问答，或传输系统的控制命令的处理，也不需要启动状态2。
状态2启动时候，由于WiFi和ZigBee的启动需要几毫秒，最大几秒的时间，需要进行一个联网状态的判断。当联接建立后，判断接收到的蓝牙4.0命令，通过ZigBee传输众多设备的命令和状态数据，通过WiFi传输多媒体视频或互动程序，数据最后存储在缓存区。根据蓝牙接收的用户手中的设备识别信息，可以决定是否建立和客户设备的WiFi的直接通信或者是否通过蓝牙转发ZigBee网络转存的信息。
状态2数据处理后自动转入状态1。
状态问答：
网络中的无线设备的具体状态，比如一些IO口的电平高低，传感器的数值，所连接设备的电压等。
控制命令：
网络中的无线设备可以扩展控制一些空调，灯光的开关，所以可以下发控制命令。
众多其他设备:
带有ZIGBEE无线模块的各种设备。
PCB的设计：①布线时遵循3-W原则，也就是相邻两条线路间的中心距离应该大于或者等于3倍的线宽。随着线间距离的增大，同时也能减少线间的耦合串扰。②按照功能布局，不同模块接对应的电源。③电源和地线尽量的粗，电流方向和信号线方向相同。④晶振尽量靠近单片机。⑤线路尽量使用45°折线而不是90°折线。⑥多层板设计，将电源层和接地层放在中间层，这样利于各元器件的迅速接地，抑制共模干扰，有利于抗电磁干扰。
由于软件上有分时控制单一模块的程序，所以当一个模块激活时其他模块都是休眠的。
程序在设计时被层层划分成如上结构编写多个文件，每层都嵌入了看门狗程序，防止电磁干扰。
该结构的调用优先级从上至下。比如，分时控制层调用底层一个通用文件时，ZigBee驱动同时在主程序运行时，无权调用同一个通用文件。
分时控制单一模块层的思想主要是单片机主程序根据状态标识位判断状态，不同状态下对每个模块分配时序ID，依据时序ID执行相应的模块驱动，两种状态不能同时存在，每个时段只执行一个ID，所以实现了分时控制单一模块。

Claims (7)

1.一种多媒体传输方法，其特征在于：所述多媒体传输方法包括以下步骤：
A1、控制模块处于休眠状态，监听蓝牙模块的蓝牙数据；
A2、控制模块在收到蓝牙模块发出的蓝牙数据时判断是否需要启动数据通讯；如果需要启动数据通讯，则执行A3；如果不需要启动数据通讯，则执行A1；
A3、根据蓝牙数据判断采用蓝牙传输方式或者zigbee与wifi相结合的传输方式；
所述zigbee与wifi相结合的传输方式具体步骤为：
C1、激活zigbee模块；
C2、激活wifi模块；
C3、执行通信任务；
C4、将通信任务里的数据存储在存储模块；
C5、将WIFI模块、Zigbee模块和蓝牙模块休眠；
控制模块与蓝牙模块、WiFi模块、Zigbee模块三者的休眠引脚相连；
蓝牙模块、WiFi模块、Zigbee模块和存储模块均单独敷铜布线；
蓝牙模块、WiFi模块、Zigbee模块和存储模块的敷铜地线通过一点和控制模块的敷铜地线相连；
蓝牙模块、WiFi模块、Zigbee模块和存储模块分别接不同的电源；
蓝牙模块、WiFi模块、Zigbee模块和存储模块的电源端均并联一个高频电容。
2.根据权利要求1所述的多媒体传输方法，其特征在于：所述步骤A2具体为：如果蓝牙数据是通信报文，则需要激活控制模块，启动数据通讯；如果蓝牙数据不是通信报文，则不需要激活控制模块。
3.根据权利要求1所述的多媒体传输方法，其特征在于：蓝牙传输方式具体步骤为：
B1、激活蓝牙模块；
B2、蓝牙模块执行通信任务；
B3、将蓝牙模块休眠。
4.根据权利要求1所述的多媒体传输方法，其特征在于：所述步骤A3具体为：根据蓝牙数据的里的状态字节判断采用哪种传输方式，传输方式包括蓝牙传输方式和zigbee与wifi相结合的传输方式，所述状态字节为传输方式的标号。
5.根据权利要求3所述的多媒体传输方法，其特征在于：所述步骤B1具体为：激活蓝牙模块，给通信任务分配时序ID号。
6.根据权利要求3所述的多媒体传输方法，其特征在于：所述步骤B1具体为：激活蓝牙模块，给通信任务分配时序ID号，给控制模块发送蓝牙模块入网通知。
7.根据权利要求1所述的多媒体传输方法，其特征在于：所述zigbee与wifi相结合的传输方式具体步骤为：
C1、激活zigbee模块，给通信任务分配时序ID号，给控制模块发送zigbee模块入网通知；
C2、激活wifi模块，给通信任务分配时序ID号，给控制模块发送wifi模块入网通知；
C4、将数据存储在存储模块；
C5、将WIFI模块、Zigbee模块和蓝牙模块休眠。
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