CN201039131Y - 基于第三代移动通信网的视音频采集和多路绑定传输装置 - Google Patents

Abstract

一种基于第三代移动通信网的视音频采集和多路绑定传输装置，该装置的控制电路是由CPU及其外围器件：硬盘、内部存储器、网卡、显示器、键盘、麦克、扬声器和输出/输入接口所组成的PC工控机；其中CPU外围器件还包括有：用于进行双向语音通信的公共无线网络的语音通信模块、用于接收移动摄像机和/或其它移动终端发送的图像信息的无线网状网MESH接收处理模块和用于与3G基站进行无线通信的多个公共无线网络的路由模块，所述硬盘内存储有对所接收的图像视频和音频信号进行处理和多路传输绑定控制的应用软件。该装置用于在突发事件或重大活动时，提供高清晰、实时的现场移动视音频数据和通信交互，满足城市管理对无固定场所现场情况的实时捕捉和通信需求。

Description

基于第三代移动通信网的视音频采集和多路绑定传输装置

技术领域

本实用新型涉及一种结构新型的图像和声音的视音频信息监测和传送设备，确切地说，涉及一种基于第三代移动通信网的视音频数据采集和多路绑定传输装置，属于计算机应用和多媒体信息处理与传输设备的技术领域。

背景技术

随着现代社会的发展，在城市交通、公安、消防、医疗现场或其它公共场合建设对各种突发事件或重大活动进行监控和指挥的控制调度中心已经成为大城市的一项基础设施。为了能够对城市的各种大型活动或应急事件进行监控和指挥调度，经常需要到现场采集、获取各种图像的视音频信息，并及时地将相关视音频数据远程传输到控制调度中心。由于距离远，或者是架设线缆比较困难和难以即时实现，因此，在这种场合无法利用传统的有线通信方式进行通信。目前，普遍采用的技术是使用移动卫星通讯系统将现场采集的各种图像信息传输到控制调度中心。但是，车载卫星通信设备的造价异常昂贵，其售价通常在100～150万元之间，而且，通讯链路的使用费用也相当高(达20～30万元/年)，使得许多用户难以承受。如果利用微波技术架设专用传输信道，又存在着网络铺设成本高、传输设备昂贵、网络维护费用高和机动灵活性差等多种问题。同时，还存在树木和高楼等城市环境条件的限制因素，无法顺畅地完成数据的可靠传输。因此，如何尽快研发一种经济、实用、机动灵活的视音频信息的移动采集和传送装置就成为业内人士所关注的一项新课题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种基于第三代移动通信公共无线网络的视音频数据采集和多路绑定传输装置，该装置以标准工控机作为硬件主体，增设公共无线网络路由传输模块、语音通信模块、MESH接收处理模块和其它硬件，再辅以LINUX操作系统和相应的其它应用软件，组成一个能够移动采集和实时传输视、音频数据的机动设备，用于在各种突发事件或重大活动时，能够提供高清晰、实时的现场移动视音频数据和实时通信传输，以满足城市管理对无固定场所现场情况的实时捕捉和交互需求，并填补城市应急指挥、公安防暴指挥、消防现场指挥等领域相关设备的空白。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种基于第三代移动通信网的视音频数据采集和多路绑定传输装置，该装置包括机箱和位于机箱内的控制电路，所述控制电路是由中央处理器CPU及其外围器件：硬盘、内部存储器、网卡、显示器、键盘、麦克、扬声器和输出/输入接口所组成的PC工控机；其特征在于：所述控制电路的CPU外围器件还包括有：用于进行双向语音通信的公共无线网络的语音通信模块、用于接收移动摄像机和/或其它移动终端发送的图像信息的无线网状网MESH接收处理模块和用于与第三代移动通信基站进行无线通信的多个无线3G路由模块，所述硬盘内存储有对所接收的图像视频和音频信号进行处理和多路传输绑定控制的应用软件。

所述公共无线网络的语音通信模块是通过PC工控机的串口与主机进行信息交互的GSM语音通信模块，所述MESH接收处理模块和各个公共无线网络的路由模块分别通过各自的网线连接至主机的网卡，与主机实现信息交互，其中公共无线网络的路由模块是无线3G路由模块。

所述装置的机箱安装在机动车上，该装置还包括固装在该机动车上的摄像机，该摄像机的输出端与该装置用作视频输入接口的USB接口或1394接口相连接。

所述装置进一步包括通过无线网状网MESH接收处理模块与其进行通信连接的多个移动摄像机和/或其它移动终端：手机、数字信号助理PDA、或笔记本电脑，这些移动摄像机和移动终端都能够单独地在该装置周围分别采集图像信息，并传输到该装置，其最大传输距离是2000米。

所述移动摄像机或其它移动终端的数量总数不超过8个，所述无线3G路由模块的数量是1～8个。

所述中央处理器CPU的配置要求是不低于P41.8G，推荐配置是P43.0或更高规格；内部存储器的配置要求是不低于DDR512M，推荐配置是1G或更高规格；硬盘的配置要求是不低于40G/7200转，推荐配置160G/10000转或更高规格；GSM语音通信模块的信号带宽为200～3400Hz，采用ITU-TG·711音频信号标准，8kHz取样，8比特量化，传输速率为64Kbps，其音频质量相当于手机音质；无线3G路由模块是美国友讯网络公司市售产品，MESH无线接收处理模块是北京诺弗尔网络通信有限公司定制产品。

所述装置的操作系统是Linux；所述硬盘内存储的应用软件包括：接收图像信号的视频信号采集控制模块，将接收的图像视频信号送往显示器的显示控制模块，采用FFMPEG编解码库集中的MPEG-4 AVC标准对视频数据进行编码压缩处理的视频信号压缩处理模块，对各路视频数据分别按照设定规格进行整合处理的整合控制模块，以及将所选中的视频信号进行拆分处理、并与其相应的音频信号合成、再选择相应路径和速率进行传输发送的传输控制模块。

所述装置与控制调度中心之间的通信传输采用实时传输协议RTP或实时传输控制协议RTCP，以便实现网络数据丢失后的补偿功能。

本实用新型是一种基于第三代移动通信网的视音频数据采集和多路绑定传输装置，其硬件架构主体是在LINUX操作系统下运行的标准PC工控机，再增设实现双向语音通讯功能的GSM语音模块，接收移动摄像机发送的图像信息的无线网状网MESH接收处理模块，以及在现有的公共无线移动网络运行、实现数据绑定传输的无线3G路由模块，再藉由特定开发的各种应用软件，组成一个能够移动采集和实时监控、传输视、音频数据的机动设备，用于在各种突发事件或重大活动时，能提供高清晰、实时、动态的现场移动视音频数据和实时通信传输。

该装置结构新颖、简单，制造容易，维护使用方便，所增设的通信模块和语音模块均是第三代移动通信网络的现有技术模块，工作可靠，作为一种集成视频会议、远程监控等功能于一体的视频通信装置，设有多路无线3G传输信道，并兼容MESH通道和其它良好的外界接口，采用各类传统的音、视频采集设备(包括摄像头，DV和麦克等)，能够及时、准确地采集到现场的各类信息，再使用先进的图像实时压缩编码技术和多媒体技术对所采集的图像数据进行处理和显示，然后选择合适的网络和相应的不同传输速率，将视音频信息传送至指挥调度中心；其中的多路无线3G通信路由模块能将分割后的图像数据经由这些不同模块分别传输发送到无线数据业务网络，再由指挥调度中心的远程计算机对这些数据进行有序合并，实现多路数据绑定传输功能，提高传输效率。该装置能自动适应不同网络的传输带宽并具有数据缓冲功能，可以确保媒体播放时的流畅性。而且，网络条件正在逐步成熟，覆盖地域广阔，传输成本低廉，能够显著降低通讯费用，再者，设备升级简单，具有很好的推广应用前景。

附图说明

图1是本实用新型的控制电路的电原理方框图。

图2是基于公共无线网络的视音频信息指挥调度系统的布局结构示意和本实用新型在该系统中的安装位置及作用示意图。

图3是本实用新型的工作原理或信号处理流程示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细描述。

参见图1和图2，本实用新型是一种基于公共无线网络的移动视音频数据采集和多路绑定传输装置，该装置硬件主体是运行于Linux操作系统的标准PC工控机，在其控制电路中，设有中央处理器(CPU)1以及通过总线与其连接的各个外围器件：内部存储器2、硬盘3、GSM语音通信模块4、多个无线3G路由模块5、网卡6、显示器7、键盘8、麦克和扬声器9、输出/输入接口10和MESH接收处理模块11。其中GSM语音通信模块4通过该PC工控主机的串口与主机进行信息交互，MESH接收处理模块11和多个无线3G路由模块5分别通过各自的网线连接至主机的网卡6，与主机实现信息交互。在硬盘3内存储有对所接收的图像视频和音频信号进行处理和传输控制的各种应用软件：接收图像信号的视频信号采集控制模块，将接收的图像视频信号送往显示器的显示控制模块，采用FFMPEG编解码库集中的MPEG-4标准协议对视频数据进行编码压缩处理的视频信号压缩处理模块，对各路视频数据分别按照设定规格进行整合的整合控制模块，以及将所选中的视频信号进行拆分处理、并与其相应的音频信号合成、再选择相应路径和速率进行传输发送的传输控制模块。

该装置的机箱安装在机动车上，该机动车上还固装有摄像机(参见图2)，该摄像机的输出端与该装置用作视频输入接口的USB接口或1394接口相连接。此外，该装置还设有分别独立地在该装置周围采集图像信息的多个移动摄像机和/或手机、PDA、笔记本电脑等移动终端，这些移动摄像机或移动终端通过宽带无线网状网MESH网络与主机内的MESH接收处理模块进行通信连接，并将其摄取的图像信息传输回来，其最大传输距离是2000米。然后将视音频信号经由第三代移动通信无线网络(例如TD-SCDMA网络)、基站和专线/公网转送至指挥调度中心。

本实用新型的中央处理器CPU的配置要求是不低于P41.8G，推荐配置是P43.0或更高规格；内部存储器的配置要求是不低于DDR512M，推荐配置是1G或更高规格；硬盘的配置要求是不低于40G/7200转，推荐配置160G/10000转或更高规格；GSM语音通信模块、无线3G路由模块和MESH接收处理模块都是公共无线网络的市售通用标准模块。

参见图3，介绍本实用新型的工作原理或信号处理流程：

首先是本地视频采集设备采集本地的视频数据A1、移动摄像机或其它移动终端分别采集的视频数据传回本地B1和语音采集C1三者输入数据，这三者可以同时输入，也可以各自分别输入。其中B1最多可以同时支持4路移动摄像机或其它移动终端并行输入，最大传输距离2000米。接着，分别进入A2、B2、C2：由GSM语音模块直接完成的语音处理过程C2比较简单。A2是由视频采集卡或USB接口接收刚才A1所采集到的数据，并将其放入内存中，以待处理。B2是由MESH接收模块将移动设备采集到的数据放入内存中，以待处理。A3和B3都是对视频数据进行编码压缩处理，主要通过FFMPEG编解码库集中的H264模块对视频数据进行编码压缩处理，使得视频数据能够以25k～2Mbps的传输速率范围进行传输，达到512Kbps的传输速率，实现DVD的播放质量；两者的工作原理基本相同，其区别只是参数可能稍有不同。A4是显示本地的视频数据，即通过显示器来观看本地采集的视频数据，这里的图像数据没有经过压缩处理。B4是对本地采集的视频数据和各个移动终端所采集到的视频数据，经由数据整合处理模块进行数据的拆包整合处理：将采集到的数据按照设定大小(<512k)拆分成多个数据包，准备发送。B5是由主机对多路无线通信路由模块进行空闲状态的选择，准备将分割后的图像数据包经由各个不同路由模块分别发送到无线数据业务网络中，以便由指挥调度中心的远程计算机对这些数据进行有序合并，实现多路数据绑定传输功能，并提高传输效率。B6是将采集到的视频数据与音频数据合成后进入传输发送阶段。由于网络的不稳定，即使对网络流量进行了有效控制，仍然会因为某一时间段内，需要传输的网络数据超过了无线网络实际所能承受的流量，所以本实用新型与指挥调度中心之间的通信采用实时传输协议RTP(IETF RFC-1889)和实时传输控制协议RTCP(IETF RFC-1890)，能够实现网络数据缺失后的自动补偿功能，可以保证在最短时间内判断出网络数据是否发生缺失，并及时进行补偿传输。因此，本实用新型与指挥调度中心之间的网络层物理模型是建立在多路无线3G路由设备绑定工作模式上。这样，能够克服各个设备之间的性能差异，以及网络通信条件的差别，对每个输入设备和无线路由模块进行监控，实时地根据无线网络条件的变化调整路由模块的带宽，达到最优化的数据发送量。

在指挥调度中心的数据接收缓冲区采用水桶结构，即提供一个视频数据的基本缓冲区，当数据溢出缓冲区的时候开始播放，当数据低于缓冲区的最底限时，进行数据缓冲。这样处理的特点是：可以保证视频数据播放时候的稳定性，可以对网络传输过来已经乱序的数据重新排列后再播放，以及让发生丢失的视频数据进行缓冲，准备接收后续的补充数据，以保证视频播放的质量。

本实用新型已经试制成功了实验设备，该用于性能试验的实施例设备能够完成的主要功能有：支持四路视音频数据的实时采集能力，并可完成与指挥调度中心的数据实时传输功能，提供视音频信息的实时录制和回放功能，提供指挥现场的移动终端设备无线高速接入功能，最多可支持现场6～8路移动终端分别独立的单兵侦查功能，并完成图像、声音、数据的移动传输功能。

下面分别是该试验设备与现有技术的“动中通”卫星设备和单路CDMA视频传输设备的两个技术数据比较表：

	“动中通”卫星设备	实施例设备
			视频质量	CIF(352×288)25桢/秒QCIF(176×144)30桢/秒	CIF(352×288)15桢/秒QCIF(176×144)30桢/秒
音频质量	6～40kbps	6～12kbps
			设备费用	约160万	8～10万
链路租用费	20～30万元/年	3000元/年
			设备稳定性	稳定	稳定
链路稳定性	稳定	网络运营商提供专项业务保障

	单路3G视频传输	本产品
			视频质量	CIF(352×288)无法达到QCIF(176×144)3桢/秒	CIF(352×288)15桢/秒QCIF(176×144)30桢/秒
音频质量	6～12kbps	6～12kbps
			设备费用	约3万	8～10万
链路租用费	1000元/年	3000元/年
			设备稳定性	不稳定	稳定
线路稳定性	无保障	网络运营商提供专项业务保障

实施例设备放置在机动车内，体积小巧，安装方便，抗震动，低功耗。其外接的磁性天线直接吸附固装在移动指挥车外，安装简单，无需维护。其能够同时支持4路视频输入，达到CIF视频质量，2～15帧/秒，移动传输效率为60公里/小时。租用通讯链路的费用约为300元/月。总之，本实用新型的各项性能指标达到了设计要求，实现了发明目的。

Claims (6)

1.一种基于第三代移动通信网的视音频数据采集和多路绑定传输装置，该装置包括机箱和位于机箱内的控制电路，所述控制电路是由中央处理器CPU及其外围器件：硬盘、内部存储器、网卡、显示器、键盘、麦克、扬声器和输出/输入接口所组成的PC工控机；其特征在于：所述控制电路的CPU外围器件还包括有：用于进行双向语音通信的公共无线网络的语音通信模块、用于接收移动摄像机和/或其它移动终端发送的图像信息的无线网状网MESH接收处理模块和用于与第三代移动通信基站进行无线通信的多个公共无线网络的路由模块。

2.根据权利要求1所述的视音频数据采集和多路绑定传输装置，其特征在于：所述公共无线网络的语音通信模块是通过PC工控机的串口与主机进行信息交互的GSM语音通信模块，所述MESH接收处理模块和各个公共无线网络的路由模块分别通过各自的网线连接至主机的网卡，与主机实现信息交互，其中公共无线网络的路由模块是无线3G路由模块。

3.根据权利要求1所述的视音频数据采集和多路绑定传输装置，其特征在于：所述装置的机箱安装在机动车上，该装置还包括固装在该机动车上的摄像机，该摄像机的输出端与该装置用作视频输入接口的USB接口或1394接口相连接。

4.根据权利要求1所述的视音频数据采集和多路绑定传输装置，其特征在于：所述装置进一步包括通过无线网状网MESH接收处理模块与其进行通信连接的多个移动摄像机和/或其它移动终端：手机、数字信号助理PDA、或笔记本电脑，这些移动摄像机和移动终端都能够单独地在该装置周围分别采集图像信息，并传输到该装置，其最大传输距离是2000米。

5.根据权利要求2或4所述的视音频数据采集和多路绑定传输装置，其特征在于：所述移动摄像机或其它移动终端的数量总数不超过8个，所述无线3G路由模块的数量是1～8个。

6.根据权利要求1或2所述的视音频数据采集和多路绑定传输装置，其特征在于：所述中央处理器CPU的配置要求是不低于P4 1.8G，推荐配置是P4 3.0或更高规格；内部存储器的配置要求是不低于DDR 512M，推荐配置是1G或更高规格；硬盘的配置要求是不低于40G/7200转，推荐配置160G/10000转或更高规格；GSM语音通信模块的信号带宽为200～3400Hz，采用ITU-TG·711音频信号标准，8kHz取样，8比特量化，传输速率为64Kbps，其音频质量相当于手机音质。

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