CN1441602A - 基于蓝牙技术的实时传输压缩图象与视频的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于图象通信领域，涉及蓝牙无线通信技术和视频压缩技术，目的是提供一种利用蓝牙和脱机压缩技术实现无线传输实时视频画面、无线遥控图象质量、任意选择监控目标的方法及装置。具体是：从视频通道来的视频信号经过图象采集端转化为数据流，由实时压缩编解码芯片进行小波压缩编码，由蓝牙模块发送到对应设备的蓝牙模块中，经实时压缩编解码芯片解压和视频输出编码器编码后恢复成视频模拟信号，由监视器显示。监控者可通过控制面板控制云台的转动、摄像头(机)的参数。创造性和新颖性在于用无线、脱机压缩等技术，有效地解决了某些时候视频实时传输困难的问题；实用性在于成本低、体积小、安装灵活方便，可组成监控、对讲、可视等网络系统。

Description

基于蓝牙技术的实时传输压缩图象与视频的方法及装置

技术领域    本发明属于图象通信领域。

本发明涉及无线通信和视频压缩技术，尤其涉及使用蓝牙无线传输技术以解决图象与视频通信网络中终端设备之间图象与视频信息的无线传输问题。

本发明提供一种基于蓝牙无线传输压缩图象与视频的方法及装置，特别是提供一种安装灵活、使用方便的实时的无线图象与视频监控装置或者对讲装置、可视电话装置以及由这些装置组成的系统网络和散射网。

背景技术    随着信息化时代的到来，信息网络系统逐步进入了人类生活的方方面面，视频信息作为一种主要的信息载体，得到越来越广泛的应用，而现有的图象与视频传输技术一般采用专用线缆的布线方式，对于一些视频信息量大的系统(例如监控系统、可视电话等)，必须采用微机系统以先压缩后传输的方式进行视频信息的传输，这种方式的缺陷在于：1造价高，2维护困难，3扩充性差，4灵活应用性差。而本发明的系统装置采用图象压缩技术进行图象视频的压缩处理和蓝牙技术进行无线传输，使该装置具有以下特点：1兼容性好，2灵活性高，3开放性好，4维护方便，5技术先进，6可靠性好等特点，能满足监控系统、对讲系统、可视电话系统等应用中，对图象与视频质量和无线传输技术的要求。

发明内容    本发明的主要目的在于利用蓝牙技术和脱机压缩技术提供一种可无线传输实时图象与视频信号、无线遥控图象质量、任意选择监控目标的方法及装置。其创造性在于本发明提供的这种无线的、脱机压缩的、实时的视频信息，有效的解决了现有传输网络中有些时候视频实时传输困难的问题；其新颖性在于本发明将蓝牙无线传输技术和脱机压缩技术有效的结合起来了，解决了网络建设过程中，某些地方布线困难的局面；其实用性在于本发明的装置能够批量生产、成本低、体积小、安装灵活方便，应用面广。本发明的第一实施例是点对点的监控装置，该监控装置有一主控显示面板201，使用者可操纵该显示面板来监控和监听被监测的场景，监控者通过控制面板201上的操作键，控制云台装置101来调整画面的角度和控制画面的细节，以达到最佳的图象效果；在本发明第二实施例中通信双方在可视条件下进行通话，同样可通过控制云台装置101来调整画面的角度和控制画面的细节，达到最佳的图象效果；在本发明的第三实施例中，由第一实施例和第二实施例中的装置组成系统网络和散射网，这样组成的系统网络不仅保留了原有网络的特点。而且还具有可经常变更监控点和增减监控点等其他优势。

附图说明

            图1是点对点结构的基本框图             图2是视频采集和数据处理子系统

            图3是视频回放和面板控制子系统             图8(1)是监控网

            图4是无线微网传输子系统                   图8(2)是对讲系统、可视电话系统

            图5是远程云台遥控子系统                   图8(3)是微网

            图6是语音传输子系统                       图8(4)是散射网

            图7是双向可视、对讲装置附图符号说明    102/202  DSP控制芯片                      101  云台和摄像头(机)

            103/203  实时压缩编解码芯片               104  视频输入解码器

            106/206  蓝牙模块                         201  控制面板

            107/207  耳麦                             204  视频输出编码器

            108/208  功放                             205  显示器

            109/209  蓝牙天线

            110/210  数据寄存器

            111/211  语音编/解码器

具体实施方式    本发明的第一实施例为点对点的监控装置，参阅图1，主要是基于实时压缩编解码芯片103/203芯片和蓝牙模块106/206，并结合TI公司的DSP控制芯片TMS320C542 102/202以及符合CCIR标准的相关视频采集器SAA7111 104和视频输出编码器204实现的一种脱机的视频压缩无线传输和监控系统，以完成图像质量的实时处理和数据流量的自适应控制。

本发明由主设备和从设备构成，主设备由显示控制面板201、DSP控制芯片202、编/解码实时压缩芯片203，视频输出编码器204、显示器205、数据寄存器210、耳麦(选件)207、语音编/解码器111/211、蓝牙传输模块206、功放208、蓝牙天线209等器件组成。从设备由云台和摄像头(机)(选件)101、耳麦(选件)107、DSP控制芯片102、实时压缩编解码芯片103，视频输入解码器104、数据寄存器110、蓝牙模块106、功放108、蓝牙天线109等器件组成。其中102和202、103和203、106和206、107和207、108和208、109和209、110和210、111和211等分别是相同的一种器件，只是在主、从设备中担充当不同的角色。

从一个摄像头(机)101的视频通道来的原始PAL制式(720×576、25帧/秒)视频信号经过视频输入解码器SAA711 104转化为CCIR-656格式(8位27MHz)的数据流，再通过实时压缩编解码芯片103进行小波压缩编码。DSP控制芯片102从实时压缩编解码芯片103中读出图像数据并且在数据寄存器110中缓存，加上一些多通道的标志信息数据后，DSP控制芯片102通过通信串行接口以及相关接口电路，控制蓝牙模块106发送压缩编码过的图像数据流，经蓝牙天线109送到对应设备的蓝牙模块206中，得到相应的图像数据流，由DSP控制芯片202从串行接口接收该数据，先在数据寄存器210中缓存，然后根据不同通道的数据申请，将压缩视频数据发送给各路的实时压缩编解码芯片203进行解压。实时压缩编解码芯片203恢复出的数据流以CCIR-656标准格式发送给视频输出编码器204，经解码转化为视频模拟信号，由监视器205显示，供监控中心的操作者观察和控制；监控中心的操作者可以通过控制面板201和DSP控制芯片202，用蓝牙模块206中的空闲信道向安装摄像头(机)的云台101发送数据和指令，控制云台的上下左右转动、光圈调整、快门控制、变焦与对焦等操作，达到调整画面的角度和控制画面的细节，获得最佳的图象效果。这种方法及装置可用在所有需要视频监控的系统中。

在第一实施例中，可以将总电路分成五个子系统，它们分别是视频采集和数据处理子系统、视频回放和面板控制子系统、无线微网传输子系统、远程云台遥控子系统以及语音传输子系统。视频采集和数据处理子系统主要负责各个通道视频数据的采集和压缩以及系统参数的管理控制。视频回放和面板控制子系统主要负责视频的再现和控制面板的操作管理。无线微网传输子系统主要负责多通道视频压缩数据和监控命令、语音信息的无线传输。远程云台遥控子系统主要负责由主控台通过蓝牙模块在无线传输中的空闲信道向安装摄像头(机)的云台发送数据和指令，控制云台的上下左右转动、光圈调整、快门控制、变焦与对焦等操作，以实现图象的质量控制和目标追踪。语音传输子系统主要负责语音的传输。

以下分别就每子系统的主要电路进行说明：1.视频采集和数据处理子系统

该子系统的基本框图参阅图2，该子系统主要完成各个通道视频数据的采集和压缩以及系统参数的管理控制。它主要包括视频输入解码器和实时压缩编解码芯片两个功能模块，DSP控制芯片102通过视频输入解码器104的I²C总线进行通信，控制视频采集过程的各种处理，完成不同制式视频数据的采集，输出CCIR-656标准数据流。实时压缩编解码芯片103在DSP控制芯片102的控制下，接收来自视频输入解码器104的视频数据流，进行数据的小波变换压缩和编码，最后形成压缩数据流，设置一些通道标志的信息码，最后再把压缩数据放在DSP控制芯片102的数据寄存器110上。利用DSP控制芯片DSP 102片外的数据寄存器110的存贮空间缓存图像压缩数据，解决图像在传输的时候发生数据读空和数据阻塞的情况，另外，协调不同子系统之间的同步。2.视频回放和面板控制子系统

视频回放和面板控制子系统参阅图3，该子系统主要完成视频压缩数据的解码、全视频回放功能和控制面板的操作管理功能，它主要包括实时压缩编解码芯片103/203和控制面板201。实时压缩编解码芯片103/203完成压缩/解压、视频数据流的解码以及全视频信号的编码，而控制面板201完成面板上按键命令的解释和远程控制。实时压缩编解码芯片203在DSP控制芯片202的控制下接收压缩数据流，解码后输出CCIR-601标准格式的数据，同时DSP控制芯片202通过视频输出编码器204的2-Wire串口微处理器接口(与I²C总线兼容)控制视频输出编码器204输出不同的全视频信号。DSP控制芯片202通过相应的接口电路，管理主控台上控制面板中不同的功能键，进行一些系统参数的设置，实现对视频采集前端的远程控制功能，其操作命令由DSP控制芯片202解释，其中一部分命令经过无线传输与各个通道上的DSP控制芯片进行通信，另一部分命令直接由DSP控制芯片202执行。在DSP控制芯片202中将控制命令分成三大类，分别是：视频视觉特性和压缩性能参数的设置命令；无线传输微网的管理命令以及视频回放端控制命令：第一类操作命令包括图像亮度、对比度、饱和度的调节命令和其它调节命令；第二类命令是调节图像帧速率和小波处理效果的命令，由DSP控制芯片202直接设置实时压缩编解码芯片203的相关寄存器来实现；第三类是控制云台和镜头的命令，用以获得监控区域的图象并获得最佳的效果。在DSP控制芯片202的命令中，一部分通过视频输出编码器的2-Wire串口微处理器接口进行操作，另一部分作为嵌入式微处理器的命令控制无线传输微网的通信。3.无线微网传输子系统

无线微网传输子系统参阅图4，无线微网传输子系统是根据蓝牙核心协议和蓝牙无线接口而设计的一种无线传输方式，它选用全球公用的2.4GHz工科医频段，并采用跳频扩频技术和GFSK调制技术，实际有效速率为723kb/s，发送功率1mW，传输距离一般为10M，增大发射功率后，可达100M。在本发明实施例中，两个设备间的通信由运行在蓝牙链路层协议之上的TCP/IP控制，TCP/IP可以支持实时传送协议，能确保视频分组的正确同步。双方设备中的蓝牙模块106/206负责设备的发现、服务类型的发现、鉴权、链路的连接管理。DSP控制芯片102将压缩后图象数据流和语音信息送功率放大器108放大，最后由蓝牙天线109发出，送到对应的另一个具有蓝牙天线209和蓝牙模块206的主设备中，经该设备中的蓝牙模块206和DSP控制芯片202、实时压缩编解码芯片203、视频输出编码器204等处理后，由显示器205显示。该子系统主要包括：蓝牙天线109/209、2.45GHz功放108/208、蓝牙模块106/206、DSP控制芯片102/202、接口电路以及一些辅助电路。蓝牙模块106/206主要完成设备的发现、服务类型的发现、鉴权和链路的连接、管理。4.远程云台遥控子系统

远程云台遥控子系统参阅图5，由DSP控制芯片102/202、蓝牙模块106/206、蓝牙天线109/209等组成，主要由主设备的控制面板201产生控制信号，经DSP控制芯片202解释，由蓝牙模块206和蓝牙天线209送入无线信道，进入另一端的蓝牙天线109和蓝牙模块106中，经DSP控制芯片102解释，向安装摄象头(机)的云台发送数据和指令，控制云台的上下左右转动、光圈调整、快门控制、变焦与对焦等操作，以实现图象的质量控制和目标追踪。5.语音传输子系统

语音传输子系统参阅图6，主要由耳麦107/207、语音编解码器111/211、蓝牙模块106/206等电路组成，按照蓝牙协议中语音通话的规则进行通话。链路建立采用的方式是基于电话的信令。语音编解码器111/211既可以是脉冲编码调制(PCM)也可用连续可变斜率增量(CVSD)调制。蓝牙模块106/206利用同步控制接口连接和断开语音通路。以下介绍几个具体模块：

实时压缩编解码芯片103/203芯片是美国ANALOG DEVICES公司生产的一种利用小波算法对视频图像进行实时压缩/解压缩处理的、编码/解码的、低功耗的、单片的、数据处理模块，该模块不仅集成了视频编/解码算法，还提供了数据压缩效果的实时调节手段，它具有精确的压缩倍数和比特率控制能力，能实时地对包括PAL和NTSC在内的视频信号进行压缩和解压缩，该芯片当图像在被压缩四倍时，可在视觉上产生同无压缩时一样的效果，在不同的应用场合下，可根据不同的图像质量要求选择不同的压缩倍数、数据输出速率。

实时压缩编解码芯片103/203外部只需要普通的16位地址的DRAM，用来存贮小波变换的中间数据。实时压缩编解码芯片103/203内部由多个功能块组成，下面主要介绍其中一些重要功能块的作用：数字视频输入输出端口：主要用于提供实时非压缩视频接口以支持不同的视频信号格式；DRAM处理器用于控制外部DRAM的读写及更新；

小波变换核：对图像进行小波变换时使用内部缓冲器；变换缓冲区：提供小波变换核所需要的缓冲区，并用来提供足够大的空间以存储小波变换后的数据；可编程量化器：用来量化小波系数，量化系数可以由外部的DSP进行控制；游程编码器和哈夫曼编码器：可分别执行游程编码和哈夫曼编码。

实时压缩编解码芯片103/203是为实时视频应用而设计的。它所支持的最大图像数据为每场720×288，所能达到最大码速率为13.5MHz。数据经过实时压缩编解码芯片103/203时有两条路径，编码路径中的数据经过小波变换后送至自适应量化器进行量化，然后送至编码器进行编码输出即得到压缩数据，通过I/O接口送给DSP处理。解码路径的数据传输过程则相反。

实时压缩编解码芯片103/203的内部控制器包含三类。第一类用于设置实时压缩编解码芯片103/203的工作状态，这些状态包括图像编码状态、图像解码状态以及图像处理制式等等。第二类能提供每帧图像的统计信息，它们都是只读寄存器，提供的统计信息包括亮度的最大值、最小值、总和以及每帧图像的压缩数据量等等。第三类是数据编码压缩的控制寄存器，实时压缩编解码芯片内部的FIFO用于控制图像压缩的读写操作，并能给出FIFO全空、部分满和全满信号。

实时压缩编解码芯片103/203是作为DSP控制芯片的I/O端口设备连接在其地址数据线上，所以通过这个I/O接口，DSP控制芯片既可以读写实时压缩编解码芯片的内部控制寄存器，又可以向实时压缩编解码芯片读写图像压缩数据。

视频输入解码器104是飞利浦公司生产的一种多功能视频输入解码处理器，通过I²C总线与DSP处理器接口，内部包含两路模拟处理通道，能够实现视频源的选择、抗混迭滤波、模数变换、自动嵌位、自动增益控制、时钟产生、多制式解码及亮度、对比度和饱和度控制。它的内部结构功能如下：

模拟输入处理及控制：通过I²C总线对视频输入解码器104中的地址为02的寄存器MODE2、MODE1、MODE0三个控制位置相应的值，选择特定的模式进行工作。其工作模式可分为两类，共8种。●  色度信号处理和输出格式。●  亮度信号处理、时钟插入及同步分离。

它的主要特点有以下几点：◆  可编程选择四路视频输入中的一路或两路组成不同的工作模式，在其内部有两路模拟视

频信号处理通道，可进行静态增益或自动增益控制，两路8位的模数转换。◆  可对芯片编程进行白电平控制、抗混迭滤波、梳状滤波。◆  能实现行场同步信号的自动检测和分离，并且行同步信号的起始位置与结束位置均可根

据需要进行编程控制，片内产生的时钟通过数字PLL锁定行同步。◆  场频50Hz和60Hz自动检测，并自动在PAL和NTSC之间自动切换，还能对不同输入制

式的亮度和色度信号进行处理，可实现亮度、色度和饱和度的片内控制。◆  通过I²C总线设置寄存器，可方便使用不同格式的数字图象数据输出格式。◆  实时控制和状态输出电路。◆  可以提取视频信号中的第21行文字信息。

视频输出编码器204是ANALOG DEVICES公司生产的一种视频输出编码处理器。是把数字CCIR-601/656的4：2：28Bit或16Bit分量视频数据转化成一个标准的模拟基带电视信号的集成数字视频编码器。4：2：2YUV视频数据被分成两个时分象素码率，分开处理，加上一些必要的转化模块，可以同时输出Y/C，RGB，YUV格式的模拟复合信号，也支持PAL和NTSC平方象素操作。输出的视频帧与进来的数据时间参数代码保持同步，选择编码器可以接收水平、垂直和场同步信号，在主模式下可以调整它们的脉冲宽度和位置。该编码器只需一个用于标准操作的27MHz时钟，也可以在NTSC下采用24.5454MHz或者在PAL平方象素操作下采用29.5MHz。所有这些时钟都是在片产生。四个10Bit DACs可以同时输出以下三种格式：

1、视频复合信号和RGB视频；2、视频复合信号和YUV视频；3、两个视频复合信号、LUMA和CHROMA(Y/C)信号。而且每一个DAC需要的时候可以单独关掉电源。

它的主要特点有以下几点：●  高质量10-Bit视频DAC，积分        ●  欧洲SCART输出(RGB+CVBS/LUMA)

非线性少于1LSB                   ●  CCIR-656 4：2：28Bit并行输入格式●  只需27MHz时钟                    ●  4：2：216Bit并行输入格式●  80dB视频SNR                      ●  全视频输出驱动或者低信号驱动●  32-Bit直接数字颜色子带合成器         能力●  CVBS复合量                       ●  可编程的多种视频输出，Luma滤波●  S-Video(Y/C)分量                     器，垂直黑电平间隔，子带频率和相位●  YUV和RGB分量                         以及LNMA延时●  每个DAC独立的开/关控制            ●  支持少数标题，具有文字电视插入端口●  集成子带外部视频源的锁定          ●  2-Wire串口微处理器接口(与I²C兼●  完全在片视频时钟生成器                容)

DSP控制芯片102/202是TI公司的一种集数据处理和通信功能于一体的高速微处理器TMS320C542，采用它一方面对实时压缩编解码芯片103/203、数据寄存器110/210、外围控制单片机和通信接口进行管理，另一方面还要对实时压缩编解码芯片103/203的图象压缩效果进行调节，对数据速率实时控制，还作为控制数据采集的微处理，和作为无线微网的嵌入式微处理器，它是整个系统的核心部分，它决定系统的可行性和可靠性。

本发明的第二个实施例是把设备做成双向可视、对讲装置，参阅图7，通信双方可以全双工地进行图象与视频、语音的实时传输，这种装置可广泛用在对讲系统、可视电话、视频会议等方面。原理和操作为第一实施例的从设备和主设备的组合。

本发明的第三个实施例是用第一实施例的点对点设备进行组网，可组成监控网，参阅图8(1)；组成可视电话网参阅图8(2)；或者根据蓝牙的特性组成多个从设备的微网参阅8(3)；由于蓝牙协议既支持点到点也支持点到多点的连接，根据需要它可以建立若干个微网，并且还可以连在一起形成“散射网”参阅8(4)，最多可以支持256个蓝牙设备，

以上所述仅为本发明较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (10)

1、一种基于蓝牙技术的实时传输压缩图象与视频的装置，包括一个主设备和一个从设备，主设备包括控制面板、显示器、DSP控制芯片、实时压缩编解码芯片、视频解码模块、耳麦、语音编/解码、数据寄存器、蓝牙模块、蓝牙天线及相关的通信接口。从设备包括一个可控制的云台和视频摄像头(机)、视频输入解码器、DSP控制芯片、实时压缩编解码芯片、耳麦、语音编/解码器、数据寄存器、蓝牙模块、功放、蓝牙天线及相关的通信接口。主从设备之间，彼此按照蓝牙协议进行数据交换。

2、一种基于蓝牙技术的实时传输压缩图象与视频的装置，包括控制面板、可控制的云台和视频摄像头(机)、显示器、DSP控制芯片、实时压缩编解码芯片、视频输入解码器、视频输出编码器、耳麦、语音编/解码器、数据寄存器、蓝牙模块、功放、蓝牙天线及相关的通信接口。两个设备之间，彼此按照蓝牙协议进行数据交换。

3、如权利1所述的基于蓝牙技术的实时传输压缩图象与视频的方法及装置，依照蓝牙协议来接收和发送图像数据。

4、如权利1所述的基于蓝牙技术的实时传输压缩图象与视频的方法及装置，通过蓝牙无线传输方式控制云台和视频摄像机(头)的操作命令，达到控制图象质量和选择监控目标的特性。

5、如权利1所述的基于蓝牙技术的实时传输压缩图象与视频的方法及装置，其图象与视频的实时压缩/解压、编码/解码，使用一种具有小波变换的高压缩比算法、压缩率可控、根据传送的容量自动决定压缩比的双向复合的压缩解压处理器，达到自适应控制的特性。

6、如权利1所述的基于蓝牙技术的实时传输压缩图象与视频的装置，通过耳麦、语音编码/解码器，依照蓝牙语音传输协议，实现语音的监听、对讲等特性。

7、如权利1所述的基于蓝牙技术的实时传输压缩图象与视频的方法及装置，根据需要可组成系统、网络。

8、一种基于蓝牙技术的实时传输压缩图象与视频的方法，该方法包含以下步骤：

(a)由摄像头(机)摄取原始的PAL制式(720×576、25帧/秒)视频信号

(b)视频信号经过视频输入解码器转化为CCIR-656格式(8位27MHz)的数据流

(c)数据流通过实时压缩编解码芯片进行小波压缩编码。

(d)从实时压缩编解码芯片中读出图像数据

(e)在数据寄存器中缓存

(f)加上一些多通道的标志信息数据

(g)DSP控制芯片通过通信串行接口以及相关接口电路，控制蓝牙模块发送压缩编码过的图像数据流

(h)由蓝牙模块、功放、蓝牙天线将数据送到对应设备的蓝牙模块中

(i)由DSP控制芯片从串行接口接收该数据

(j)将压缩视频数据发送给各路的实时压缩编解码芯片进行解压

(k)实时压缩编解码芯片恢复出的数据流以CCIR-656标准格式发送给视频输出编码器

(l)经视频解码模块解码转化为视频模拟信号，由监视器显示

(m)监控中心的操作者通过控制面板和DSP控制芯片，利用蓝牙模块中的空闲信道向安装摄像头(机)的云台发送数据和指令，控制云台的上下左右转动、光圈调整、快门控制、变焦与对焦等操作，达到调整画面的角度和控制画面的细节，获得最佳的图象效果和任意选择监控目标

(n)监控中心的操作者，通过耳麦监听监控场景的语音和与对方通话。

9、如权利8所述的基于蓝牙实时传输压缩图象与视频的方法，两个设备之间，彼此按照蓝牙协议进行数据交换。

10、如权利8所述的基于蓝牙实时传输压缩图象与视频的方法，两个设备之间，彼此按照蓝牙协议进行控制命令的交换。

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