CN202475648U

CN202475648U - 一种基于3g网络的移动高清视频监控设备

Info

Publication number: CN202475648U
Application number: CN2012200000737U
Authority: CN
Inventors: 张克海; 赵玉峰; 赵洪斌; 唐海玲
Original assignee: LUOYANG PUTIAN COMMUNICATION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: LUOYANG PUTIAN COMMUNICATION TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-01-01
Filing date: 2012-01-01
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2022-01-01

Abstract

本实用新型涉及无线网络高清视频监控技术领域，公开一种基于3G网络的视频监控设备，包括：终端设备、服务器端设备，所述服务器端设备通过IP网络接入互联网，接收3G网络传输来的监控视频传输终端设备发送的视频数据流；所述终端设备包括：无线通讯模块和视频处理模块，无线通讯模块通过接口与视频处理模块连接，视频处理模块通过IEEE1394接口、SDI接口或HDMI接口的任意一种接口与摄像机连接实现视频数据采集。本实用新型通过绑定不同制式下多个无线信道并行均衡传输，实时传输视频监控的移动高清图像。有效扩展了数据的传输带宽，实时动态调整各个信道的数据传输速率。解决了移动状态下的实时监控问题。

Description

一种基于3G网络的移动高清视频监控设备

技术领域

本实用新型涉及无线网络高清视频监控技术领域，尤其适合通过TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000的任意一种制式的3G网络或同时使用多种制式的3G网络实时传输图像的一种基于3G网络的移动高清视频监控设备。

背景技术

目前，随着2008年10月3G牌照的正式发放，中国移动、中国联通、中国电信三大运营商的3G网络开始大规模建设。目前三家运营商的网络已在全国绝大数地区做到了全覆盖，3G业务在全国积极推广。3G网络与2G网络最大的区别就在于3G网络能提供高速的无线数据接入。3G的高速数据接入及其便携性、移动性的特点较之有线宽带给用户使用带来了极大的方便性和灵活性。在一些特殊的应用场合是有线宽带不可替代的。

高清移动视频监控就是利用3G传输网络实时地将现场的监控图像传输到控制中心，可以再分发广播到宽带网络。监控图像的传输要求实时性和低延时的特点，还需要提供清晰的图像，对传输网络来说就是要求提供高的传输带宽来满足视频数据传输的需要。对无压缩的标清图像，传输带宽约为20Mbps，无压缩的高清图像，传输带宽约为100Mbps。采用目前最高压缩比的H.264算法，标清的图像压缩后所需的传输带宽为2Mbps左右，而高清的传输带宽约需8Mbps。因为高清移动视频监控的实时性和高带宽的要求，目前常用的传输方式是光纤和微波电路。

采用H.264图像压缩后的标清图像的传输带宽在2Mbps左右，而3G网络的上行传输带宽WCDMA的可达5.76Mbps、CDMA2000可达1.8Mps，已可以满足这个要求，TD-SCDMA网络的上行带宽要小一些，为384Kbps。采用3G网络传输标清的实时视频，在理论上式可行的，未来随着3G向LTE的平滑演进，无线网络的数据带宽可达几十Mbps，用来传输高清实时视频也将成为现实。

发明内容

针对上述单个无线网络终端无法实时传输大业务量数据的技术难题，本实用新型提供一种基于3G网络的移动高清视频监控设备，能够绑定不同制式下的多个无线信道并行均衡传输，解决了移动状态下的实时监控问题。

为实现如上所述的发明目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于3G网络的视频监控设备，包括：终端设备、服务器端设备，所述服务器端设备通过IP网络接入互联网，接收3G网络传输来的监控视频传输终端设备发送的视频数据流；所述终端设备包括：无线通讯模块和视频处理模块，无线通讯模块通过接口与视频处理模块连接，视频处理模块通过IEEE1394接口、SDI接口或HDMI接口的任意一种接口与摄像机连接实现视频数据采集。

一种基于3G网络的视频监控设备，无线通讯模块与视频处理模块连接接口为PCI-E接口。

一种基于3G网络的视频监控设备，无线通讯模块包括：3G网络接入模块、USB交换装置，所述USB交换装置分别与6个3G网络接入模块相连，所述USB交换装置由USB热插拔控制电路、USB交换接口电路、USB供电电路、电源转换电路和PCI-E接口构成，所述PCI-E接口与视频处理模块相连。

一种基于3G网络的视频监控设备，视频处理模块，包括: 视频编码的处理器CPU、内存SDRAM、电子硬盘、视频编码时钟电路、视频编码复位电路、外围接口，所述处理器单元CPU为Intel Core2 DUO T7500 1.2GHz双核移动CPU；所述内存SDRAM为用于缓存视频数据和进行视频数据的编解码运算的高容量内存，容量2GB-8GB，总线速率为800MHz；电子硬盘为容量16GB-32GB。

一种基于3G网络的视频监控设备，所述外围接口包括视频采集接口和调试接口，视频采集接口通过BNC接口接入复合视频信号CVBS，或视频采集接口通过IEEE1394接口接入原始数字视频信号；调试接口用于设备的调试和程序加载为RS232接口，或为Ethernet接口。

一种基于3G网络的视频监控设备，所述终端设备的3G网络接入模块电路包括TD-SCDMA接入模块电路、WCDMA接入模块电路、CDMA2000接入模块电路。

一种基于3G网络的视频监控设备，所述终端设备3G网络接入模块具有6个3G接入模块电路与相应的3G网络连接。

一种基于3G网络的视频监控设备，所述服务器端设备接入运营商的宽带网络，服务器端接口方式为速率支持10M/100M/1000M自适应的以太网电连接口。

由于采用如上所述的技术方案，本实用新型具有如下优越性：

一种基于3G网络的移动高清视频监控设备，通过绑定不同制式下多个无线信道并行均衡传输，如TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000的任意一种制式的3G网络或同时使用多种制式的3G网络实时传输视频监控的移动高清图像。解决了移动状态下的实时监控问题。

本实用新型的核心技术在于它能够组合多个不同制式的3G无线网卡，将多个不可靠的、低速的链路组合成一条可靠传输的宽带上行链路来实时传输动态的监控图像。产品创新点有：

1、设备采用了多制式多信道捆绑技术有效扩展了数据的传输带宽，支持多达6个任意制式的无线信道的混合绑定；

2、设备采用广域时延均衡技术，专有的均衡算法，实时动态调整各个信道的数据传输速率；

3、采用H．264超低码流视频压缩技术，低网络带宽占用，视频传输的绝对时延控制在3s以内，视频质量达到Full D1标准。

附图说明

图1为本实用新型的结构原理框图；

图2为本实用新型的工作示意图；

图3为本实用新型的设备原理框图。

具体实施方式

如图1、2、3所示：一种基于3G网络的视频监控设备，包括：终端设备、服务器端设备，所述服务器端设备通过IP网络接入互联网，接收3G网络传输来的监控视频传输终端设备发送的视频数据流；所述终端设备包括：无线通讯模块和视频处理模块，无线通讯模块通过接口与视频处理模块连接，视频处理模块通过IEEE1394接口、SDI接口或HDMI接口的任意一种接口与摄像机连接实现视频数据采集。

所述无线通讯模块与视频处理模块连接接口为PCI-E接口。

无线通讯模块包括：3G网络接入模块、USB交换装置，所述USB交换装置分别与6个3G网络接入模块相连，所述USB交换装置由USB热插拔控制电路、USB交换接口电路、USB供电电路、电源转换电路和PCI-E接口构成，所述PCI-E接口与视频处理模块相连。

所述视频处理模块，包括: 视频编码的处理器CPU、内存SDRAM、电子硬盘、视频编码时钟电路、视频编码复位电路、外围接口，所述处理器单元CPU为Intel Core2 DUO T7500 1.2GHz双核移动CPU；所述内存SDRAM为用于缓存视频数据和进行视频数据的编解码运算的高容量内存，容量2GB-8GB，总线速率为800MHz；电子硬盘为容量16GB-32GB。所述外围接口包括视频采集接口和调试接口，视频采集接口通过BNC接口接入复合视频信号CVBS，或视频采集接口通过IEEE1394接口接入原始数字视频信号；调试接口用于设备的调试和程序加载为RS232接口，或为Ethernet接口。

一种基于3G网络的视频监控方法，其步骤如下：

1）、把摄像机采集到的图像，经视频压缩编码，通过现有的3种制式的3G网络，绑定多个无线信道同时传输，将压缩后的视频数据传送给控制中心的视频接收服务器；

2）、视频接收服务器与互联网连接，配置公网IP地址，实现数据的接收，数据包的重组，音频和视频数据的解压缩处理，恢复出原始的视频流，输出到监视器并储存成文件；

3）、对于核心的视频传输设备，采用通用的3G上网数据卡为无线信道的物理载体，以通用的双核移动CPU为主处理器，采用多信道捆绑实现多个无线信道的捆绑来满足高清视频监控的带宽需求，采用信道均衡技术来补偿各个信道的传输时延，采用视频压缩技术来降低带宽需求，采用软件压缩的技术以降低成本，采用低功耗的移动CPU以降低能耗；

4）、视频监控系统，包括:系统的操作系统、系统的应用模块，所述系统的应用模块包括:数据卡的驱动模块、无线信道绑定的链路层协议处理模块、信道的均衡处理算法模块、无线接入认证模块、RTP/UDP流媒体处理模块、音视频编码模块、用户接口GUI模块、管理监视模块；

a.所述操作系统采用多任务的嵌入式Windows Embedded Standard操作系统，负责任务的调度、事件管理、中断处理，该操作系统兼容Windwos的所有应用程序，系统的软件模块可以直接在WinXP等操作系统上进行开发和调试，然后直接嵌入到设备上，调试维护非常方便。

b.数据卡驱动模块是根据不同的数据卡，在安装其驱动时，来调配硬件中断资源、内存分配和软件的存储区域，保证各个数据卡模块能够协同工作，避免资源的相互冲突。

c.接入认证模块是完成运营商的接入认证，通过与最多6个无线接入模块的驱动关联，建立6个并联的虚连接，每个虚连接独立发起认证，经过接入认证后建立与相应运营商的3G无线网络连接。

d.无线信道管理模块, 包括协议处理和均衡算法，通过向接收端的服务器发送信道绑定链路协议控制帧TCF，协商带宽、时延等信息，建立并确认链路，并为每个链路分配相应的端口ID，供上层程序使用，根据带宽、时延、参数、信号强度等参数，经过均衡算法得到调整各个链路发送队列的均衡因子EQ，调整向发送数列放置数据的速率，以达到时延平滑的要求。

e.RTP/UDP处理模块主要完成完成音频和视频的编码后的发送和接收控制。音视频的编码类型在系统工作前通过配置完成。接收端和发送端配置一致。另外该模块还完成数据的拆包处理，将压缩后的数据拆分成等长的数据块，封装到RTP的载荷中。控制信息则通过UDP来传输。

f. 媒体编码模块为音/视频编码模块，音频和视频的编码是通过软件来实现的，即软压缩技术，支持的音频格式有AAC-HE，MP3，WMA，支持的视频格式有H.264和WM9。编码软件模块将通过IEEE1394接口接收的原始数字视频数据和数字音频数据通过相应的压缩算法完成数据压缩，并实现音频和视频的同步。

g.监视管理模块负责相关模块的状态监视和告警处理，本地的音视频的实时监视就是由本模块将图像和音频实现在本地的显示屏上，同时该模块还负责信道的信号强度检测，各个数据接入模块的状态检测、故障告警，摄像机的工作状态、电源的工作状态等显示。

所述视频处理模块主要用于视频数据的接收、编码，通过PCI-E接口传送给无线通讯模块，无线通讯模块将编码的数据USB接口与6个无线3G网络接入模块完成多个无线信道绑定的链路层协议的处理，以及实现信道均衡算法，同时提供设备的各种调试、监控接口，实现设备自身状态的检测和管理。所述终端设备的3G网络接入模块电路包括TD-SCDMA接入模块电路、WCDMA接入模块电路、CDMA2000接入模块电路。所述终端设备3G网络接入模块具有6个3G接入模块电路与相应的3G网络连接。所述服务器端设备接入运营商的宽带网络，服务器端接口方式为速率支持10M/100M/1000M自适应的以太网电连接口。

本发明的通信实现过程如下图所示，把摄像机采集到的图像，经视频压缩编码，通过现有的3种制式的3G网络，绑定多个无线信道同时传输，将压缩后的视频数据传送给控制中心的视频接收服务器。

视频接收服务器与互联网连接，配置公网IP地址，实现数据的接收，数据包的重组，音频和视频数据的解压缩处理，恢复出原始的视频流，输出到监视器并储存成文件。

对于核心的视频传输设备，在充分考虑3G网络的现状和今后的发展，以及当前存在的问题，我们使用通用的3G上网数据卡为无线信道的物理载体，以通用的Intel 双核移动CPU （Intel Core2 DUO T7500 1.2GHz）为主处理器，采用多信道捆绑实现多个无线信道的捆绑来满足高清视频监控的带宽需求，采用信道均衡技术来补偿各个信道的传输时延，采用视频压缩技术来降低带宽需求，采用软件压缩的技术以降低成本，采用低功耗的移动CPU以降低能耗。

本发明的两个大模块——无线通讯模块和视频处理模块，无线通讯模块是一个独立的硬件模块，主要完成与无线网络的空口连接，并通过PCI-E接口与视频处理模块进行通信，完成视频业务数据和控制数据的传输。视频处理模块是本设备的核心，主要完成视频数据的接收、编码，通过USB接口传送给无线通讯模块，并完成多个无线信道绑定的链路层协议的处理以及实现信道均衡算法，同时提供设备的各种调试、监控接口，实现设备自身状态的检测和管理。

无线通讯模块，3G接入模块，通过USB接口与设备相连，实现与相应的无线网络的连接，3G接入模块的制式可以根据实际的情况进行配置，本设备没有任何限制，为缩短研发周期，一般使用第三方的通用3G接入模块。因为设备使用嵌入式的Windows Embedded Standard操作系统，主流的3G接入模块的都可与系统兼容使用。

视频处理模块，设备的核心部分，包括处理器单元，内存，电子硬盘及外围接口。根据系统的需求，综合成本因素选用用了Intel公司的双核移动处理器Intel Core2 Duo T7500 作为主处理器，前端总线800MHz，二级缓存2MB，仅35W的功耗非常适合便携式产品的应用。系统使用总线速率800MHz的内存，容量2GB，高容量的内存主要是用来缓存视频数据和进行视频数据的编解码运算。系统使用的存储设备是固态电子硬盘，容量16GB。电子硬盘相比普通硬盘具有功耗低，可靠性高的特点，系统运行时，程序在内存中运行，不对电子硬盘进行写操作，保证了系统的可靠性。外围接口包括视频采集接口和调试接口，可以通过BNC接口接入CVBS（复合视频信号）或通过IEEE1394接口接入原始数字视频信号。设备的调试和程序加载使用RS232或Ethernet接口。

系统软件，系统软件是在嵌入式Windows Embedded Standard操作系统的基础上进行开发的应用层软件，软件模块主要包括嵌入式Windows Embedded Standard操作系统、数据卡的驱动软件模块、无线信道绑定的链路层协议处理模块、信道的均衡处理算法模块、无线接入认证模块、RTP/UDP流媒体处理模块、音视频编码模块、用户接口GUI模块、管理监视模块。

系统软件模块的介绍如下：

操作系统模块，系统采用多任务的嵌入式Windows Embedded Standard为操作系统，负责任务的调度、事件管理、中断处理等，该操作系统兼容Windwos的所有应用程序，系统的软件模块可以直接在WinXP等操作系统上进行开发和调试，然后直接嵌入到设备上，调试维护非常方便。

数据卡驱动模块，数据卡驱动模块就是根据不同的数据卡，在安装其驱动时，来调配硬件中断资源、内存分配和软件的存储区域，保证各个数据卡模块能够协同工作，避免资源的相互冲突。

接入认证模块，本发明提供最多6个无线接入模块的接入，接入认证软件模块就是完成运营商的接入认证，通过与最多6个无线接入模块的驱动关联，建立6个并联的虚连接，每个虚连接独立发起认证，经过接入认证后建立与相应运营商的3G无线网络连接。

无线信道管理模块，包括协议处理和均衡算法，通过向接收端的服务器发送信道绑定链路协议控制帧TCF，协商带宽、时延等信息，建立并确认链路，并为每个链路分配相应的端口ID，供上层程序使用，根据带宽、时延、参数、信号强度等参数，经过均衡算法得到调整各个链路发送队列的均衡因子EQ，调整向发送数列放置数据的速率，以达到时延平滑的要求。

RTP/UDP处理模块，该模块主要完成完成音频和视频的编码后的发送和接收控制。音视频的编码类型在系统工作前通过配置完成。接收端和发送端配置一致。另外该模块还完成数据的拆包处理，将压缩后的数据拆分成等长的数据块，封装到RTP的载荷中。控制信息则通过UDP来传输。

媒体（音/视频）编码模块，本发明的音频和视频的编码是通过软件来实现的，即软压缩技术，支持的音频格式有AAC-HE，MP3，WMA，支持的视频格式有H.264和WM9。编码软件模块将通过IEEE1394接口接收的原始数字视频数据和数字音频数据通过相应的压缩算法完成数据压缩，并实现音频和视频的同步。监视管理模块，监视管理模块负责相关模块的状态监视和告警处理，本地的音视频的实时监视就是由本模块将图像和音频实现在本地的显示屏上，同时该模块还负责信道的信号强度检测，各个数据接入模块的状态检测、故障告警，摄像机的工作状态、电源的工作状态等显示。

Claims

1.一种基于3G网络的视频监控设备，其特征在于：包括：终端设备、服务器端设备，所述服务器端设备通过IP网络接入互联网，接收3G网络传输来的监控视频传输终端设备发送的视频数据流；所述终端设备包括：无线通讯模块和视频处理模块，无线通讯模块通过接口与视频处理模块连接，视频处理模块通过IEEE1394接口、SDI接口或HDMI接口的任意一种接口与摄像机连接实现视频数据采集。

2.根据权利要求1所述的一种基于3G网络的视频监控设备，其特征在于：无线通讯模块与视频处理模块连接接口为PCI-E接口。

3.根据权利要求1所述的一种基于3G网络的视频监控设备，其特征在于：无线通讯模块包括：3G网络接入模块、USB交换装置，所述USB交换装置分别与6个3G网络接入模块相连，所述USB交换装置由USB热插拔控制电路、USB交换接口电路、USB供电电路、电源转换电路和PCI-E接口构成，所述PCI-E接口与视频处理模块相连。

4.一种基于3G网络的视频监控设备，视频处理模块，其特征在于：包括: 视频编码的处理器CPU、内存SDRAM、电子硬盘、视频编码时钟电路、视频编码复位电路、外围接口，所述处理器单元CPU为Intel Core2 DUO T7500 1.2GHz双核移动CPU；所述内存SDRAM为用于缓存视频数据和进行视频数据的编解码运算的高容量内存，容量2GB-8GB，总线速率为800MHz；电子硬盘为容量16GB-32GB。

5.根据权利要求1所述的一种基于3G网络的视频监控设备，其特征在于：所述外围接口包括视频采集接口和调试接口，视频采集接口通过BNC接口接入复合视频信号CVBS，或视频采集接口通过IEEE1394接口接入原始数字视频信号；调试接口用于设备的调试和程序加载为RS232接口，或为Ethernet接口。

6.根据权利要求1所述的一种基于3G网络的视频监控设备，其特征在于：视频处理模块主要用于视频数据的接收、编码，通过PCI-E接口传送给无线通讯模块，无线通讯模块将编码的数据USB接口与6个无线3G网络接入模块完成多个无线信道绑定的链路层协议的处理，以及实现信道均衡算法，同时提供设备的各种调试、监控接口，实现设备自身状态的检测和管理；视频传输的时延控制在3s以内，视频压缩采用超低码流H．264技术。

7.根据权利要求1所述的一种基于3G网络的视频监控设备，其特征在于：所述终端设备的3G网络接入模块电路包括TD-SCDMA接入模块电路、WCDMA接入模块电路、CDMA2000接入模块电路。

8.根据权利要求1所述的一种基于3G网络的视频监控设备，其特征在于：所述终端设备3G网络接入模块采用6个任意制式的无线信道的3G接入模块电路与相应的3G网络连接，扩展了数据的传输带宽。

9.根据权利要求1所述的一种基于3G网络的视频监控设备，其特征在于：所述服务器端设备接入运营商的宽带网络，服务器端接口方式为速率支持10M/100M/1000M自适应的以太网电连接口。