CN107453883A - 一种无线监控系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无线监控系统，包括多媒体节点，所述多媒体节点通过无线网络连接；所述多媒体节点包括，多媒体信息采集单元，用于采集多媒体信息；多媒体信息转换单元，用于将采集到的所述多媒体信息进行编码转换为多媒体码流；可编程无线收发单元，用于检测所述节点所处的网络环境并配置协议参数以将所述多媒体码流进行无线发送和接收。本发明的无线监控系统提供的无线环境自检测、协议可编程、RF前端动态配置和基带单元可重构技术等，可以保障整套无线监控系统在监控多媒体信号传输过程中，具有良好的系统安全性、信号的稳定性、部署的快捷性、应用的实用性、灵活的扩展性。
Description
技术领域
本发明涉及一种无线监控系统及方法，尤其涉及一种能够检测网络环境并自适应配置网络参数的无线监控系统及方法。
背景技术
目前，人们对公共安全的需求越来越高，很多户内和户外的公共场所都铺设了视频监控系统对现场环境进行监控。一旦出现异常情况，安防人员能够迅速通过监控系统发现并及时采取行动。
随着网络智能化的不断发展，传统的视频监控系统已经不能满足大型监控项目的需求，主要表现在复杂的布线工程；有线网络监控系统的建立必须挖沟、铺设电缆，因此需要大量的人力和物力，且破坏自然环境；在有些特殊的地理环境，例如在山地、林区等都难以布线；扩展性差，在用户组建好一个通讯网络后，常常因为系统的需要增加新的有线网络摄像机。如果采用有线的方式，需要重新布线，施工比较麻烦，而且还有可能破坏原来的通讯线路；并且，在发生水灾、地震等有线的通讯设备毁坏的区域内，有线监控系统无法工作，给现场监察造成了困难。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种无线监控系统，包括：多媒体节点，所述多媒体节点通过无线网络连接；
所述多媒体节点包括，
多媒体信息采集单元，用于采集多媒体数据；
多媒体信息转换单元，用于将采集到的所述多媒体数据进行编码转换为多媒体码流；
可编程无线收发单元，用于检测所述节点所处的网络环境并配置协议参数以将所述多媒体码流进行无线发送和接收。
其中，
所述可编程无线收发单元进一步包括，
重构可收发天线，用于射频信号的收发；
可重构射频前端，用于将所述射频信号进行处理并转换为模拟基带信号；
可重构模拟基带处理器，用于将所述模拟基带信号进行处理并转换成数字基带信号；
可重构数字基带处理器，用于将所述数字基带信号根据网络协议进行调制解调；
环境检测协处理器，用于根据网络环境检测网络环境状态参数；
参数配置控制器，用于根据所述网络环境检测器检测到的网络环境状态对所述可重构射频前端和/或所述模拟基带处理器、数字基带处理器的电路参数进行配置，以适应当前的网络环境进行所述多媒体节点数据的无线传输。
其中，
所述网络环境状态参数包括但不限于，误码率、Qos、当前信道数据传输速率。
其中，
所述可重构射频前端的电路参数包括，输出频率和/或输出功率；
所述模拟基带处理器的电路参数包括，可变增益、接收带宽、发送带宽采样频率、分辨率的位数之一或其组合；
所述数字基带处理器的电路参数包括，编解码方式、调制解调方式、复用方式之一或其组合。
其中，
所述系统还包括监控中心，用于通过有线或无线的方式与所述多媒体节点进行连接；所述多媒体节点还包括路由控制单元；
当所述多媒体节点与所述监控中心无法直接通信时，通过所述路由控制单元计算出的最佳路由转发所述多媒体数据。
其中，
所述用于转发的多媒体节点接收到所述多媒体数据后，所述协议参数重构器通过所述环境检测协处理器检测到的网络环境对所述可重构射频前端、可重构模拟基带处理器、可重构数字基带处理器的电路参数进行重构，以转发所述多媒体数据。
其中，
步骤1，多媒体节点按照一定的频率进行多媒体数据的采集；
步骤2，将所述多媒体数据形成一多媒体码流；
步骤3，根据网络环境状态调整无线网络传输协议参数；
步骤4，根据所述无线网络传输协议参数及路由表发送所述多媒体码流至所述监控中心。
其中，
所述步骤4中所述转发流程进一步包括，
步骤41，所述用于转发的多媒体节点接收到所述多媒体码流，根据所述多媒体码流的目的多媒体节点地址计算最佳路由；
步骤42，所述用于转发的多媒体节点根据所述路由表将所述多媒体码流直接转发至所述监控中心或通过其它转发多媒体节点转发至所述监控中心；
步骤43，所述监控中心将获得的所述多媒体数据进行播放。
本发明提供的无线监控系统及方法具有如下有益效果：解决现阶段安防系统在工程实施过程中遇到的复杂问题。具有布点灵活，系统扩展性好，有良好的移动性，易于维护，无需多媒体线缆和光纤敷设工作，无需破路挖沟施工，工程周期短，可快速完成整套监控系统的建设工作。
本发明的无线监控系统的目的是安全和稳定如：无线环境自检测、协议可编程、RF前端动态配置和基带单元可重构技术等，可以保障整套无线监控系统在监控多媒体信号传输过程中，具有良好的系统安全性、信号的稳定性、部署的快捷性、应用的实用性、灵活的扩展性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1所示为根据本发明的实施例的无线监控网络拓扑结构示意图；
图2所示为根据本发明的实施例的多媒体节点的结构示意图；
图3所示为根据本发明的多媒体节点中的可编程无线收发模块结构示意图；
图4所示为根据本发明的编程无线收发模块中的可重构射频前端结构示意图；
图5所示为根据本发明的编程无线收发模块中的可重构模拟基带处理器结构示意图；
图6所示为根据本发明的第二实施例的可编程无线收发模块中的射频前端结构示意图；
图7所示为根据本发明的无线监控系统中多媒体节点转发数据流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为根据本发明的实施例的无线监控系统100的模块图。该无线监控系统100包括多媒体节点1～n，多媒体节点1～n之间通过无线网络连接；监控中心2，用于将多媒体节点传输的数据进行接收和播放。监控中心2可以通过无线或有线的方式接收多媒体节点1～n的数据并通过终端设备，例如电视墙、计算机终端等进行播放和/或监控。
其中，多媒体节点1～n的个数根据无线监控系统100所设置的地理环境、网络环境、所监控的区域面积等实际需要进行设置。
如图2所示，每个多媒体节点11～1n进一步包括多媒体采集单元11，其可以为视频和/或音频传感器，用于采集感应到的现场环境的多媒体数据；所述多媒体数据可以包括视频数据、音频数据等；多媒体数据转换单元12，用于将采集到的多媒体数据进行编码转换使其转换成多媒体码流并发送给可编程无线收发模块13；可编程无线收发模块13，用于将编码后的多媒体数据码流进行无线传输。
如图3所示，本发明的无线数据收发模块13进一步包括可重构数字基带处理器131、可重构模拟基带处理器132、可重构射频前端133、收发天线134。
其中，收发天线134主要用于射频信号的收发；
可重构射频前端133用于将射频信号转换为基带信号以及频率合成、功率放大等。主要包括低噪声放大器1331、混频器1332、功率放大器1333、频率控制器1334等器件，如图4所示。
可重构模拟基带处理器132和可重构数字基带处理器131用于基带信号处理和协议处理等。可重构模拟基带处理器132进一步包括信号放大器1321、滤波器1322、可变增益放大器1323、1325、模数转换器1324、数模转换器1327等，如图5所示。其用于将模拟基带信号进行处理以及模数转换，以转换为数字基带信号；可重构数字基带处理器131进一步包括编码/调制器、可重构解码/解调器等，用于将所述数字基带信号根据网络协议进行编解码、调制解调等。
以传统的无线收发模块的发送过程为例，多媒体码流被送入到无线收发模块后，通过数字基带处理器调制成协议数据包，然后通过数模转换成模拟基带信号后送入到模拟基带处理器中，最后送到射频前端调制成高频载波后通过可收发天线发射出去。
与传统的收发模块不同的是，本发明的可编程无线收发模块13中包含的各模块电路被构造为参数可重构的结构，以下将详细描述。
由于环境干扰、基站分布等各种因素的影响，无线网络的带宽具有不确定性，不同地点、时间以及不同的网络制式带宽都可能不同，造成了多媒体数据传输的不稳定。因此，本发明的无线监控系统的多媒体节点被设置为可以检测网络环境并根据不同的网络环境进行协议切换，例如802.16、802.15、802.11、802.3、3G、4G等。
多媒体节点1进一步包括环境检测协处理器135和协议参数配置器136，通过环境检测协处理器135检测当前的网络环境，然后通过协议参数配置器136对可重构数字基带处理器131、可重构模拟基带处理器132、可重构射频前端133进行参数修改，以为当前的网络环境配置较佳的无线传输协议。
例如，在居民小区内，在WiFi网络环境较佳的情况下，可以选择使用WiFi协议进行通信。多媒体节点1中的环境检测协处理器135设置为WiFi协议并通知协议参数配置器136，协议参数配置器136将可重构数字基带处理器131、可重构模拟基带处理器132、可重构射频前端133中的各参数进行调整，例如，将射频前端的频率调整为2.4G，数字基带处理器131中的调制解调方式调整为802.11g协议的调制解调方式，可重构模拟基带处理器132中的带宽调整为20M等，以使得各多媒体节点可以使用WiFi进行通信。当小区内WiFi设施意外中断，多媒体节点1中的环境检测协处理器135可以检测到这一情况，然后通过协议参数配置器136将上述各电路参数进行修改，例如，当前4G网络环境较优，则可以配置为4G网络下的电路参数。可以理解的是，根据不同的业务，网络环境参数会有不同的Qos要求。可以通过设置阈值进行判断。例如，在WCDMA网络环境下，对于音频AMR格式数据的Qos参数的阈值设置为，传输速率：4.75～12.2kb/s；延时小于100ms；误码率小于10-4；对于MPEG-4视频格式数据的Qos参数的阈值设置为，传输速率：24～128kb/s；延时小于200ms；误码率小于10-5。
根据需要通过环境参数重新配置控制器配置各电路的参数值，调整为不同的网络协议方式。例如，可重构射频前端的频率设置成可以在45MHz～2.5GHz之间可配置，根据不同协议所需要的频率进行调整；可以根据不同的发射和接收功率的设定调整可重构射频前端133的功放电路的输出功率；可以根据不同的协议配置混(变)频电路参数，从而支持不同的协议的所需的频率；
调整可重构模拟基带处理器132的可变增益范围为0.3～20MHz、接收带宽范围为33～108db，发送带宽范围-25～55db；根据不同的协议动态配置模数转换器中采样频率的大小及分辨率的位数(4～12位)；针对检测的信道带宽需要对滤波器电路参数配置以满足不同带宽的数据传输要求；
在可重构数字基带处理器中设置实现编码和调制所需要的各种基本逻辑单元，通过控制器对这些基本逻辑单元进行配置，可实现多种编码调制方式。在信道质量好的网络环境中采用更高进制的调制方式和低冗余的编码方式，而在信道质量不好的网络环境中采用低进制的调制方式和高冗余的编码方式，达到保证通信质量的目的。可以调整可重构数字基带处理器131的调制解调方式，例如，BPSK，QPSK，16-1024QAM，编码方式、复用方式等，以转换为目前网络适应的参数值。
环境检测协处理器135采用的频谱分析算法是多窗谱估计算法。该算法使用小离散扁球体序列作为正交窗函数。经过这种函数滤波后的信号在有限采用点时的傅式变换具有极佳的能量集中特性，是一种接近最优的方法。这种特性使得在降低频谱估计的方差时不会影响估计的偏差，因而具有较好的计算性能和应用价值。
各多媒体节点1～n的无线传输收发模块13支持从物理层到IP层的从45M～2.5G频段之间的各种通用协议。根据网络环境和实际需要进行协议参数配置。
优选地，各多媒体节点1～n还可以具有路由和数据转发功能，则这些多媒体节点还进一步包括路由控制单元137，如图6所示。多媒体节点1～n间的路由通常由多个网段(跳)组成。因此，两个无法直接通信的多媒体节点可以通过多个中间节点的转发来实现通信。
由于多媒体信息的数据量较大，通过3G、4G进行转发数据需要较高的网络流量使用费，Wifi的传输距离较近，本发明的无线监控系统还可以通过各节点的自组织网络协议进行通信，例如ad-hoc、Zigbee、蓝牙等协议。
图7所示为根据本发明的无线监控系统100发送多媒体数据的工作流程。
首先，步骤201，多媒体采集单元11按照一定的频率进行多媒体数据的采集，并传送给多媒体数据转换单元12；
步骤202，多媒体数据转换单元12将所接收的多媒体数据进行数据转换，形成一多媒体码流，然后传送给可编程无线收发模块13；
步骤203，可编程无线收发模块13根据网络环境状态调整当前无线传输协议；
步骤204，可重构数字基带处理器131将解析后的多媒体码流转换成模拟信号并发送给可重构模拟基带处理器132；
步骤205，可重构模拟基带处理器132和可重构射频前端133将模拟基带信号转换成射频信号并通过发射天线进行发送出去。
其中，如果多媒体节点与监控中心的距离较近，则可以直接通过无线传输或者有线传输的方式发送给监控中心。监控中心对发送来的多媒体数据进行解码以对视频和音频数据进行播放。
如果多媒体节点与监控中心的距离较远，则可以将数据发送给中间多媒体节点进行转发，此时中间多媒体节点作为转发多媒体节点进行工作，该转发多媒体节点类似于路由器的功能，转发多媒体节点可以为多个。
在接收过程中，用于转发的多媒体节点通过接收天线接收从主动发送多媒体节点传送过来的射频信号；路由控制单元137根据数据包的信息根据路由协议查找最佳路径并将其发送给路径中指向的其它多媒体节点并最终到达离监控中心2最近的其中一个目的多媒体节点；目的多媒体节点将所接收到的数据通过有线或无线的方式传送给监控中心2。
如果中间多媒体节点与要转发的目的多媒体节点所处的网络环境不同，则中间多媒体节点还可以根据目的多媒体节点的网络将要转发的数据进行重新编码/调制解调等协议重构设置，再将数据发送给目的多媒体节点。
本发明无线监控系统100中的多媒体节点还可以为移动多媒体节点。例如，发生地震、火灾等的现场监控等需要实施应急监控的情况下，可以将各节点安装在移动设备中进行移动的现场监控。
在上述场景中，每个多媒体节点可以检测当前网络环境状况，用户及周边环境场景信息尤其是频谱信息(45MHZ～2.5GHZ)，并根据这些状况通过重构基带处理器的带宽、增益、以及调制解调方式等以及射频前端的各参数来适应当前的组网环境。
本发明的无线监控系统安装方便，无需挖沟、布线，打破施工要求带来的局限，可放在任何地方安装使用，节省大批材料及人工。
本发明的可编程无线收发模块的工作频段在45MHZ至2500MHZ范围，并且拥有跳频技术，可以有效的防止其他信号的干扰，从而解决无线监控受到干扰，使图像不清晰甚至收不到图像的问题，从而提高摄像信息的传输稳定性。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。
Claims (8)
1.一种无线监控系统，包括：
多媒体节点，所述多媒体节点通过无线网络连接；
所述多媒体节点包括，
多媒体信息采集单元，用于采集多媒体数据；
多媒体信息转换单元，用于将采集到的所述多媒体数据进行编码转换为多媒体码流；
可编程无线收发单元，用于检测所述节点所处的网络环境并配置协议参数以将所述多媒体码流进行无线发送和接收。
2.根据权利要求1所述的无线监控系统，其特征在于：
所述可编程无线收发单元进一步包括，
重构可收发天线，用于射频信号的收发；
可重构射频前端，用于将所述射频信号进行处理并转换为模拟基带信号；
可重构模拟基带处理器，用于将所述模拟基带信号进行处理并转换成数字基带信号；
可重构数字基带处理器，用于将所述数字基带信号根据网络协议进行调制解调；
环境检测协处理器，用于根据网络环境检测网络环境状态参数；
参数配置控制器，用于根据所述网络环境检测器检测到的网络环境状态对所述可重构射频前端和/或所述模拟基带处理器、数字基带处理器的电路参数进行配置，以适应当前的网络环境进行所述多媒体节点数据的无线传输。
3.根据权利要求2所述的无线监控系统，其特征在于：
所述网络环境状态参数包括但不限于，误码率、Qos、当前信道数据传输速率。
4.根据权利要求2所述的无线监控系统，其特征在于：
所述可重构射频前端的电路参数包括但不限于，输出频率和/或输出功率；
所述模拟基带处理器的电路参数包括但不限于，可变增益、接收带宽、发送带宽采样频率、分辨率的位数之一或其组合；
所述数字基带处理器的电路参数包括但不限于，编解码方式、调制解调方式、复用方式之一或其组合。
5.根据权利要求1所述的无线监控系统，其特征在于：
所述系统还包括监控中心，用于通过有线或无线的方式与所述多媒体节点进行连接；所述多媒体节点还包括路由控制单元；
当所述多媒体节点与所述监控中心无法直接通信时，通过所述路由控制单元计算出的最佳路由转发所述多媒体数据。
6.根据权利要求5所述的无线监控系统，其特征在于：
所述用于转发的多媒体节点接收到所述多媒体数据后，所述协议参数重构器通过所述环境检测协处理器检测到的网络环境对所述可重构射频前端、可重构模拟基带处理器、可重构数字基带处理器的电路参数进行重构，以转发所述多媒体数据。
7.一种监控系统的无线传输方法，所述监控系统包括多媒体节点及监控中心；所述方法包括：
步骤1，多媒体节点按照一定的频率进行多媒体数据的采集；
步骤2，将所述多媒体数据形成一多媒体码流；
步骤3，根据网络环境状态调整无线网络传输协议参数；
步骤4，根据所述无线网络传输协议参数及路由表发送所述多媒体码流通过用于转发的多媒体节点转发或直接发送至所述监控中心。
8.根据权利要求7所述的无线传输方法，其特征在于：
所述步骤4中所述转发流程进一步包括，
步骤41，所述用于转发的多媒体节点接收到所述多媒体码流，根据所述多媒体码流的目的多媒体节点地址计算最佳路由；
步骤42，所述用于转发的多媒体节点根据所述路由表将所述多媒体码流直接转发至所述监控中心或通过其它转发多媒体节点转发至所述监控中心；
步骤43，所述监控中心将获得的所述多媒体数据进行播放。
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