CN1933595A - 家庭内视频监控系统及基于手机的视频采集传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及家庭内视频监控系统，包括多媒体家庭网关、手机和连接于所述网关输出端的监视器，手机通过摄像头进行连续的视频拍摄，将每n秒内采集到的视频数据实时压缩并作为一个视频文件存储到手机内共享数据缓冲区，同时，手机通过其蓝牙接口将共享数据缓冲区中的视频文件发送到多媒体家庭网关，每发送完一个视频文件立即从共享数据缓冲区删除该视频文件，多媒体家庭网关将接收到的视频数据解压缩后通过监视器显示。本发明充分利用了现有家庭内信息设备，大大降低了监控系统的成本。手机和多媒体家庭网关通过蓝牙通讯，不需进行布线，可灵活地变换监控位置。

Description

家庭内视频监控系统及基于手机的视频采集传输方法

技术领域

本发明涉及视频采集、压缩和无线传输的系统和方法，特别是通过手机进行视频采集，并使用蓝牙协议实时传输视频数据，以多媒体家庭网关为监控中心的视频采集传输系统。

背景技术

数字家庭的概念在上世纪90年代初期被提出，广义地讲，它是在家庭内部建立起以家庭网关为中心的，融合家庭控制网络和多媒体信息网络于一体的家庭信息化平台。数字家庭的核心因素是：“数字”和“网络”的概念。其中“数字”主要体现在3C终端的日益集成化。如：手机更加强调拍照、音乐、游戏和移动电视等增值功能；升级到3G支持更高的带宽，将更加强调网络应用，使用ARM9CPU，使用Symbian，Linux，WinCE等智能操作系统，具备更强的处理能力。

从网络技术的发展上说，无线网络技术正在变得越来越成熟。蓝牙(Bluetooth)技术是无线数据与语音通信的开放性全球规范，其实质内容是为固定设备或移动设备之间的通信环境建立通用的近距无线接口，蓝牙技术不仅使无线数据传输速率提高，而且由于它包含一套完整的加密和认证机制，因此还具有很强的安全性。另外蓝牙技术还具有很好的易使用性和兼容性，蓝牙技术自身特点决定了其特别适合在移动设备上使用。近年来，蓝牙设备的出货量稳步上升，主流手机也将蓝牙作为标配，蓝牙技术正在被广泛应用。同时蓝牙技术还具有成本低，低功耗，组网灵活，协议结构合理，可扩展性好等优势，决定了其非常适合在家庭网络环境中使用。

另一方面由于数字视频压缩技术的发展，适合低比特率的视频编码方案越来越成熟，如H.263，MPEG-4，H.264，使得在带宽受限的无线系统中的数字视频的实时传输成为可能。其中，MPEG-4国际标准和传统的MPEG-1、MPEG-2和H.263相比较，它在交互性、抗误码性和高效压缩上都具有巨大的优势。另外，它的产业化程度比H.264高。

在数字家庭网络的业务中，家庭安防，家庭监控业务具有很好的市场推广价值和社会经济效益。由于家庭内美观和方便的需要，无线网络是家庭网络的首选。但是现在的无线视频监控系统，基本都是采用专用的摄像头或者网络摄像机，采用有线网络，如Internet；或者无线广域网，如GPRS，CDMA或者正在推广中的3G网络，进行传输，成本较高，耗费的资源较多，体积庞大，不够灵活，并且需要添置专为视频监控而用的专用设备，因此不太适合在家庭环境下使用。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种灵活、小巧、成本很低、充分利用现有家庭内信息设备的家庭内视频监控系统，该系统通过手机进行视频采集，并使用蓝牙协议将视频数据实时传输到多媒体家庭网关，再通过监视器进行视频监控。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种数字视频数据在带宽受限的无线网络中的实时传输方法。

为了解决上述第一个技术问题，本发明家庭内视频监控系统包括带有蓝牙接口的多媒体家庭网关、监视器和至少一台带有摄像头和蓝牙接口的手机，多媒体家庭网关输出端接监视器输入端，所述手机和多媒体家庭网关通过蓝牙接口通讯；所述手机通过摄像头进行连续的视频拍摄，将每n秒内采集到的视频数据实时压缩并作为一个视频文件存储到手机内共享数据缓冲区，同时，手机通过其蓝牙接口将共享数据缓冲区中的视频文件发送到多媒体家庭网关，每发送完一个视频文件立即从共享数据缓冲区删除该视频文件，多媒体家庭网关将接收到的视频数据解压缩后通过监视器显示。

为了解决上述第二个技术问题，本发明基于手机的视频采集传输方法包括带有摄像头和蓝牙接口的手机，手机上的摄像头进行连续的视频拍摄，将每n秒内采集到的视频数据实时压缩并作为一个视频文件存储到手机内共享数据缓冲区；同时，手机通过其蓝牙接口将共享数据缓冲区中的视频文件发送到视频接收装置，每发送完一个视频文件立即从共享数据缓冲区删除该视频文件。

本家庭内视频监控系统采用手机进行视频采集，采用家庭现有的多媒体家庭网关和电视机进行视频监控，充分利用了现有家庭内信息设备，大大降低了监控系统的成本。手机和多媒体家庭网关通过蓝牙通讯，不需进行布线，可灵活地变换监控位置。

附图说明

图1为本家庭内视频监控系统的系统结构框图；

图2为手机和多媒体家庭网关之间采用蓝牙OBEX协议/OPP应用框架传输视频文件流程图。

具体实施方式

如图1所示，本家庭内视频监控系统包括带有蓝牙接口的多媒体家庭网关、监视器和至少一台带有摄像头和蓝牙接口的手机，多媒体家庭网关输出端接监视器输入端，所述手机和多媒体家庭网关通过蓝牙接口通讯；所述手机通过摄像头进行连续的视频拍摄，将每n秒内采集到的视频数据实时压缩并作为一个视频文件存储到手机内共享数据缓冲区，同时，手机通过其蓝牙接口将共享数据缓冲区中的视频文件发送到多媒体家庭网关，每发送完一个视频文件立即从共享数据缓冲区删除该视频文件，多媒体家庭网关将接收到的视频数据解压缩后通过监视器显示。

本实施例中采用的手机是Nokia N70智能手机，带有摄像头，内置MPEG-4编解码芯片和内置蓝牙芯片，Symbian 8.1a操作系统。也可以选用别的智能手机，只要带有摄像头，MPEG-4编解码芯片，支持蓝牙功能即可。

在Nokia N70手机的Symbian平台上，使用NOKIA公司免费提供的SDK开发了视频监控软件。该视频监控软件包括两个功能模块：一是实现连续的视频采集，实时压缩，压缩标准采用MPEG-4的简单档次，并将每2.5s的视频数据存储为MP4格式文件，视频图像分辨率为QCIF(176*144)，帧率15fps，码率64kpbs。二是使用蓝牙OPP(对象推)服务实时的将视频数据传输到多媒体家庭网关。

视频监控软件的两个功能分别由VREX进程和Btobex进程完成，两个进程之间的数据传递通过共享数据缓冲区——磁盘文件方式(MP4文件)实现。其中VREX进程实现连续不断的视频拍摄，并把每2.5秒的视频数据采用MPEG-4标准的简单档次工具集进行压缩，并把压缩后的数据存储为MP4格式的文件，大小为20几KB。Btobex进程连续不断地将共享数据缓冲区中的文件使用蓝牙OPP应用框架发送到多媒体家庭网关，并且每发送完一个包含2.5秒视频数据的视频文件即删除。两个任务同时运行，如同大多数的智能手机一样，NokiaN70手机支持同一时刻多任务的运行方式。两个进程的程序架构都采用Symbian的视图架构，VREX应用程序包括：VRexAppUi，VRexView，VRexEngine，VideoRecorderAdapter等关键类。Btobex应用程序包括：BtobexAppUi，BtobexView，BtobexEngine，CObjectExchangeClient，CObjectExchangeServer等关键类。

手机和多媒体家庭网关之间通过蓝牙接口传输视频文件，蓝牙传输采用蓝牙OBEX协议/OPP应用框架。

蓝牙协议卷2中的OPP协议子集定义了客户端和服务器端的角色，使用OBEX协议在两个设备问进行面向连接的会话，在一个已有的会话中交换数据对象，使用一系列的数据包来进行文件的传输，发送方和接收方通信的基本数据包格式如下：

字节0	字节1，2	字节3以后的数据
			操作码	整个通信数据包的长度	通讯的数据

执行流程如下：

1)、由发送方向接收文件的接收方进行连接请求

发送方需要使用的操作码为Connect，在OBEX协议中对Connect数据包格式作如下规定：

字节0	字节1、2	字节3	字节4	字节5、6	字节7
						Connect操作码(0x80)	Connect数据包的总长度	OBEX协议的版本(目前为1.0，16进制表示为0x10)	保留未用，设为0	最大可处理的OBEX包长度	其它的数据包(可选)

服务端根据连接的请求向客户端做出响应：

字节0	字节1、2	字节3	字节4	字节5、6	字节7
						响应的操作码	响应数据包的总长度	OBEX协议的版本(目前为1.0，16进制表示为0x10)	保留未用，设为0	最大可处理的OBEX包长度	其它的数据包(可选)

如果接收方允许连接，响应的操作码会为Success(0xA0)，其它的响应操作码均被认为连接失败。

2)、发送方向接收方发送数据

发送方通过put和Final_Put这两个操作将传输的数据信息向接收方发送。

发送方的Put/Final_Put使用格式：

字节0	字节1，2	字节三以后的数据
			Put操作码(0x02)Final_Put操作码(0x82)	整个通信数据包的长度	通讯的数据(由其它的例如name/length/body/end_of_body等数据包构成)

当最后一次传输对象的数据时要使用Final_Put告知接收方这是最后一个数据包了，以便接收方根据接收到的数据进行处理，例如将接收到的文件存盘。

接收方的响应格式：

字节0	字节1，2	字节三以后的数据
			响应操作码典型的有两个值：Success操作码(0xA0)Continue操作码(0x90)	整个通信数据包的长度	通讯的数据(由其它的例如name/body等数据包构成)

如果接收方成功收到put操作的数据，应该返回Continue开始的响应信息，告知发送方继续发送，在成功收到Final_Put发送的数据后，应返回Success响应信息，告知发送方整个对象都接收完成。发送方每发送一个数据分组出去后，都要等到接收到返回分组后，根据返回的分组的信息，构建下一个分组。由于rfcomm层是模拟串口电缆，因此是链路是比较可靠的，在实验中极少出现丢分组或出错现象。

3)、发送方关闭连接

发送方在最后应以Disconnect信息明确结束连接。

发送方格式：

字节0	字节1，2	字节三以后的数据
			Disconnect操作码	整个通信数据包的长度	可选的通讯的数据(由其它的数据包构成)

接收方响应：

字节0	字节1，2	字节三以后的数据
			Success操作码(0xA0)服务不可用操作码(0xD3)	整个通信数据包的长度	可选的通讯的数据(由其它的数据包构成)

当成功断开时，接收方会发送Success信息。否则，如果发送方的disconnect操作包含错误信息(例如一个错误的连接ID)时，会返加0xD3操作码。但并不能操作所有接收方的程序都实现这个响应的功能，也就是说，发送方并不能保证一定会得到响应信息，所以会设置定时器，在定时器超时后也自动认为连接已经断开。

家庭多媒体网关作为家庭网络的控制中心，可采用各种支持蓝牙协议栈底层协议的家庭多媒体网关。本实施例中的家庭多媒体网关采用的是PowPC045处理芯片，Linux操作系统，内核版本为2.6.16。使用Linux的优点在于在2.4.6以后的内核版本中都包含了BlueZ的蓝牙协议栈，只需要重编译内核，将BlueZ的模块编译进内核，然后在用户空间配置BlueZ的工具集，安装以下4个工具包：

· bluez-libs-2.25.tar.gz

· bluez-utils-2.25.tar.gz

· bluez-firmware-1.1.tar.gz

· bluez-hcidump-1.30.tar.gz

使得用户可以对内核中的蓝牙驱动程序进行启动和调度。

在内核提供的蓝牙rfcomm层的socket API上进行编程，实现OBEX协议层，完成OPP对象推蓝牙服务的协议栈配置。这一步是在开源项目OpenObex基础上修改代码，并使用GCC的交叉编译工具，将其移植到linux系统的嵌入式设备上(家庭网关)。程序流程图如图2所示。

家庭网关上实时的MPEG-4解码是通过软件实现，通过修改Xvid开源项目的程序，使用GCC交叉编译工具，移植到powerpc-linux的环境下。为节约嵌入式设备的系统资源，仅支持MPEG-4简单档次解码。将连接在多媒体家庭网关上的电视机作为显示设备，播放解码后的视频流。

本家庭内视频监控系统利用手机本身的视频采集压缩硬件以及蓝牙芯片，通过蓝牙OPP应用框架，将经过MPEG-4压缩的视频流实时地传输到多媒体家庭网关，并在其上解码，在连接到网关的电视机上播放。最大程度的降低了成本，用户不需要添置额外的设备，即可方便、灵活的实现家庭内视频监控，多媒体数据资料的无线传输。

Claims (2)

1、一种家庭内视频监控系统，其特征在于包括：带有蓝牙接口的多媒体家庭网关、监视器和至少一台带有摄像头和蓝牙接口的手机，多媒体家庭网关输出端接监视器输入端，所述手机和多媒体家庭网关通过蓝牙接口通讯；所述手机通过摄像头进行连续的视频拍摄，将每n秒内采集到的视频数据实时压缩并作为一个视频文件存储到手机内共享数据缓冲区，同时，手机通过其蓝牙接口将共享数据缓冲区中的视频文件发送到多媒体家庭网关，每发送完一个视频文件立即从共享数据缓冲区删除该视频文件，多媒体家庭网关将接收到的视频数据解压缩后通过监视器显示。

2、基于手机的视频采集传输方法，包括带有摄像头和蓝牙接口的手机，其特征在于：手机上的摄像头进行连续的视频拍摄，将每n秒内采集到的视频数据实时压缩并作为一个视频文件存储到手机内共享数据缓冲区；同时，手机通过其蓝牙接口将共享数据缓冲区中的视频文件发送到视频接收装置，每发送完一个视频文件立即从共享数据缓冲区删除该视频文件。

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