CN109743551B - 一种用于无线视频监控的信号与能量同传系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于无线视频监控的信号与能量同传系统，包括：无线摄像头，上位机，所述上位机具有一第一输入端、一第二输入端及一输出端；桥式开关电路、上位机开关以及处理单元，所述处理单元包括一编码电路及一解码控制电路，所述编码电路与所述第二输入端信号连接，所述解码控制电路与所述桥式开关电路信息连接，以能够同时进行数据流编码驱动控制或数据流的整流解码，并将数据挟带在能量震荡脉冲中，达到同步的信号与能量的传送或接收。本发明提供的用于无线视频监控的信号与能量同传系统，可通过改变桥式功率驱动组件的配置，增加上位机及上位机开关，实现整合能量与信号的收发，达到能够通过无线方式传送电量与数据信号。

Description

一种用于无线视频监控的信号与能量同传系统

技术领域

本发明涉及一种信息传输系统，具体来说涉及一种用于无线视频监控的信号与能量同传系统。

背景技术

无线信能同传(SimultaneousWirelessInformationandEnergyTransfer),是通过无线方式实现信息和能量的同时传输的一门新兴的通信技术，它集成了无线通信技术和无线能量传输技术。该技术既能实现高速可靠的通信，又能有效缓解能源和频谱稀缺的压力，在工业、医疗、基础设施发展及安防监控领域都有着重要的应用价值。以安防监控为例，目前常规的安防监控系统，一般包括有视频采集与编码模块、控制主机、存储装置以及监控中心几部分构成，各组成部分依靠电力布线和网络布线实现能量的供给和信号的传输，这在一定程度上限制了其广泛应用。例如，对于并未设计视频监控的区域，用户可能需要重新布线来实现这一功能。虽然已有厂商提供基于无线传输的视频监控系统，但其仅能实现数据流的无线传输，对于电力供应，仍不能很好的解决。

发明内容

鉴于现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种用于无线视频监控的信号与能量同传系统，该系统可实现通过无线方式对视频监控系统的数据和电力供给的同时传输。

为了实现上述目的，本发明提供的一种用于无线视频监控的信号与能量同传系统，包括：

无线摄像头，所述无线摄像头配置为采集视频信息；

上位机，具有一第一输入端、一第二输入端及一输出端；

桥式开关电路，其与所述上位机信号连接，所述桥式开关电路具有一第一晶体管、一第二晶体管、一第三晶体管、一第四晶体管，所述第一晶体管的汲极连接所述第二晶体管的汲极，所述第一晶体管的汲极连接一线圈的其中一端，所述第一晶体管的源极连接所述第三晶体管的源极，所述第一晶体管的闸极连接所述输出端；所述第二晶体管的源极接地，所述第二晶体管的闸极连接所述输出端；所述第三晶体管的汲极连接所述第四晶体管的汲极，所述第三晶体管的汲极另连接所述线圈的另一端，所述第三晶体管的闸极连接一功率开关；所述第四晶体管的源极接地，所述第四晶体管的闸极连接所述功率开关；

上位机开关，分别与所述上位机及所述桥式开关电路连接，所述上位机开关用于切换所述上位机及所述桥式开关电路的工作模式，以控制无线能量或信号传输为接收状态或发送状态；以及

处理单元，包括一编码电路及一解码控制电路，所述编码电路与所述第二输入端信号连接，所述解码控制电路与所述桥式开关电路信息连接，以能够同时进行数据流编码驱动控制或数据流的整流解码，并将数据挟带在能量震荡脉冲中，达到同步的信号与能量的传送或接收。

作为优选，所述第一晶体管、第三晶体管为P型晶体管，所述第二晶体管、第四晶体管为N型晶体管。

作为优选，还包括一能量回充电路，其与所述桥式开关电路电性连接，用于将接收到的能量回充。

作为优选，所述解码控制电路配置为汲取所述线圈所接收能量中包含的信号。

作为优选，所述解码控制电路包含二极管、比较放大器与逻辑电路。

与现有技术相比较，本发明提供的用于无线视频监控的信号与能量同传系统，可通过改变桥式功率驱动组件的配置，增加上位机及上位机开关，实现整合能量与信号的收发，达到能够通过无线方式传送电量与数据信号。避免了常规的视频监控系统中需要大量布线，影响美观且故障率高的问题。

应当理解，前面的一般描述和以下详细描述都仅是示例性和说明性的，而不是用于限制本公开。

本申请文件提供本公开中描述的技术的各种实现或示例的概述，并不是所公开技术的全部范围或所有特征的全面公开。

附图说明

图1为本发明的用于无线视频监控的信号与能量同传系统的结构示意图；

图2为本发明的一个实施例的用于无线视频监控的信号与能量同传系统的电路结构示意图；

图3为本发明的另一实施例的用于无线视频监控的信号与能量同传系统的电路结构示意图。

主要附图标记：

10……上位机

11……第一输入端

12……第二输入端

13……输出端

20……桥式开关电路

21……第一晶体管

22……第二晶体管

23……第三晶体管

24……第四晶体管

30……上位机开关

40……能量回充电路

51……编码电路

52……解码控制电路

L……线圈

D……寄生二极管

P……功率开关。

具体实施方式

为了使得本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，还可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

为了保持本公开实施例的以下说明清楚且简明，本公开省略了已知功能和已知部件的详细说明。

如图1和图2所示，本发明实施例提供的一种用于无线视频监控的信号与能量同传系统，包括：

无线摄像头，所述无线摄像头配置为采集视频信息；

上位机10，具有一第一输入端11、一第二输入端12及一输出端13；

桥式开关电路20，其与所述上位机10信号连接，所述桥式开关电路20具有一第一晶体管21、一第二晶体管22、一第三晶体管23、一第四晶体管24，所述第一晶体管21的汲极连接所述第二晶体管22的汲极，所述第一晶体管21的汲极连接一线圈L的其中一端，所述第一晶体管21的源极连接所述第三晶体管23的源极，所述第一晶体管21的闸极连接所述输出端13；所述第二晶体管22的源极接地，所述第二晶体管22的闸极连接所述输出端13；所述第三晶体管23的汲极连接所述第四晶体管24的汲极，所述第三晶体管23的汲极另连接所述线圈L的另一端，所述第三晶体管23的闸极连接一功率开关P；所述第四晶体管24的源极接地，所述第四晶体管24的闸极连接所述功率开关P；

上位机开关30，分别与所述上位机10及所述桥式开关电路20连接，所述上位机开关30用于切换所述上位机10及所述桥式开关电路20的工作模式，以控制无线能量或信号传输为接收状态或发送状态；以及

处理单元，包括一编码电路51及一解码控制电路52，所述编码电路51与所述第二输入端12信号连接，所述解码控制电路52与所述桥式开关电路20信号连接，以能够同时进行数据流编码驱动控制或数据流的整流解码，并将数据挟带在能量震荡脉冲中，达到同步的信号与能量的传送或接收。

在一些实施例中，该系统还包括一能量回充电路40，其与所述桥式开关电路20电性连接，所述能量回充电路40将接收到的能量回充以供系统使用。

在另一些实施例中，所述解码控制电路52配置为汲取该线圈L所接收能量挟带的信号，来控制原功率桥式驱动晶体管，成为接收模式的开关整流电路功能。

在另一些实施例中，所述解码控制电路52可包含二极管、比较放大器、逻辑电路等功能的电路或原件来组成，以此通过比较器或放大整流二极管的导通特性进行数据流解码。

以上为本发明的用于无线视频监控的信号与能量同传系统的结构说明，至于其中的无线摄像头，并不属于本发明的改进，任何基于wifi或移动通信模块(2G、3G、4G或5G模块)实现的无线摄像头，均可以适用于本发明。本发明技术方案主要是通过控制所述上位机开关30，使所述上位机开关30传送信号该上位机10及所述桥式开关电路20以决定执行驱动发射或是整流接收的半双工功能，于传送信号的状态下，通过由所述第一晶体管21、第二晶体管22、第三晶体管23及所述第四晶体管24进行信号控制，而在接收整流的状态下，可通过寄生二极管D进行整流，进而达到双向双工及能量与信号的同步传送。

另值得一提的是，本发明的用于无线视频监控的信号与能量同传系统，在接收整流的状态下，也能够通过控制所述第一晶体管21、第二晶体管22、第三晶体管23及所述第四晶体管24处于线性区域，使所述第一晶体管21、第二晶体管22、第三晶体管23及所述第四晶体管24进行整流，以代替寄生二极管D。

另外，在一些实施例中，本发明中的上位机10实际可具体为一工控机或具有计算功能的电子设备，该电子设备可以进一步配置为对同步传输的数据流中的图像帧进行基于卷积神经网络后期处理。具体可包括以下几种：

卷积神经网络的训练

将训练数据集(其中每个训练数据由预设图像和接收到的实际图像构成)馈送到总损失函数以计算传送总损失，可以通过包括梯度下降方法、牛顿迭代法等各种优化方法，来针对使得总损失最小化的目标来对卷积神经网络中的各个参数进行优化，以得到训练好的卷积神经网络。

经过训练后，设定了卷积神经网络的卷积核和偏置等。

训练可以离线执行，在得到更新的训练数据集后，也可以对卷积神经网络进行补充训练，离线执行导致在训练时间上相当充裕，从而使得卷积神经网络的风格迁移的满意度能够受益于更新和丰富的训练数据集。

正则损失函数

在一些实施例中，矩阵L的维度为N×N，N是内容图像中的像素数量，L利用公式(3)得到，

其中，L表示所述矩阵，L_(i,j)表示所述矩阵第i行第j列的元素值，k是像素的序数，W_k是以像素k为中心的时窗矩阵，δ_ij是克罗内克函数，

是时窗矩阵W_k内像素的方差，|W_k|是时窗矩阵W_k中像素数量的总和，ε为一预设的数值，I_i和I_j分别是对其进行抠图的原始图像的像素矩阵的第i行和第j行的行向量，而μ_k是维度分别与I_i和I_j相同且各个元素均是时窗矩阵W_k内像素的均值的行向量。

具体说来，旨在寻找色彩空间(以RGB为例但并不限于此)的图像局部仿射变换，也就是，将输入图像的某个区域的RGB值映射到输出区块中对应的位置上。输入图像的每个区域的仿射函数随空间变化而不同。这里可以考虑使用边缘检测区块。RGB通道的仿射合并会生成一组变量，但边缘不会移动，因为它在所有通道上都在相同的位置上。在一些实施例中，通过将L应用于输出图像中的各个像素的各个颜色通道的像素值，可以恰当地得到与图像扭曲的正则惩罚项，这个惩罚项的数值越大，那么就表示图像扭曲也就越厉害。

在一些实施例中，所述正则化损失函数可以利用如下公式(2)得到：

其中，L_m表示正则化损失函数，C表示输出图像中的颜色通道的序号，O表示输出图像的像素矩阵，V_C[O]是通过将输出图像在序号为C的颜色通道上的像素值展平所得到的向量。例如，在RGB三原色的情况下，C＝1表示R通道，C＝2表示G通道，C＝3表示B通道。

上述公式(1)仅仅是将L应用于输出图像中的各个像素的各个颜色通道的像素值以得到正则惩罚项的一个示例，具体说来，例如，也可以先对输出图像进行预处理(例如除噪、去背景等)然后再使用公式(2)，或者使用不同于公式(2)的公式，例如对L_m的结果针对N×N进行标准化，以避免图像像素幅值不同导致的图像扭曲度的幅度的偏差。

内容损失函数

在一些实施例中，所述内容损失函数利用如下公式(3)得到：

其中，L_content表示内容损失函数，e表示所述卷积神经网络中的卷积层的序号，C_e是用于对内容损失值进行标准化处理的常数，

是基于输出图像由第e层卷积层中第i个卷积核输出的特征映射中第j个位置的值，

是基于内容图像由第e层卷积层中第i个卷积核输出的特征映射中第j个位置的值。

总损失函数

在一些实施例中，用于训练的总损失函数可以表示为内容损失函数、正则化损失函数的加权总和，利用在此范围的权重比例，可以对经过无线传输的视频流进行校准和修正，达到更为优秀的视频输出效果。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种用于无线视频监控的信号与能量同传系统，包括：

无线摄像头，所述无线摄像头配置为采集视频信息；

上位机，具有一第一输入端、一第二输入端及一输出端；

桥式开关电路，其与所述上位机信号连接，所述桥式开关电路具有一第一晶体管、一第二晶体管、一第三晶体管、一第四晶体管，所述第一晶体管的汲极连接所述第二晶体管的汲极，所述第一晶体管的汲极连接一线圈的其中一端，所述第一晶体管的源极连接所述第三晶体管的源极，所述第一晶体管的闸极连接所述输出端；所述第二晶体管的源极接地，所述第二晶体管的闸极连接所述输出端；所述第三晶体管的汲极连接所述第四晶体管的汲极，所述第三晶体管的汲极另连接所述线圈的另一端，所述第三晶体管的闸极连接一功率开关；所述第四晶体管的源极接地，所述第四晶体管的闸极连接所述功率开关；

上位机开关，分别与所述上位机及所述桥式开关电路连接，所述上位机开关用于切换所述上位机及所述桥式开关电路的工作模式，以控制无线能量或信号传输为接收状态或发送状态；以及

处理单元，包括一编码电路及一解码控制电路，所述编码电路与所述第二输入端信号连接，所述解码控制电路与所述桥式开关电路信息连接，以能够同时进行数据流编码驱动控制或数据流的整流解码，并将数据挟带在能量震荡脉冲中，达到同步的信号与能量的传送或接收。

2.如权利要求1所述的用于无线视频监控的信号与能量同传系统，所述第一晶体管、第三晶体管为P型晶体管，所述第二晶体管、第四晶体管为N型晶体管。

3.如权利要求1所述的用于无线视频监控的信号与能量同传系统，还包括一能量回充电路，其与所述桥式开关电路电性连接，用于将接收到的能量回充。

4.如权利要求1所述的用于无线视频监控的信号与能量同传系统，所述解码控制电路配置为汲取所述线圈所接收能量中包含的信号。

5.如权利要求1所述的用于无线视频监控的信号与能量同传系统，所述解码控制电路包含二极管、比较放大器与逻辑电路。

Images