专利名称：高分辨率视频网络控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种计算机应用网络系统，特别是计算机局域网与高分辨率视频传输相结合的高分辨率视频网络控制系统。
在保安监控领域，目前大多数是将模拟摄像头的模拟视频信号传输到多路视频切换器，经切换后再传输到监视器或计算机的图像采集装置，由于单台计算机或少数几台计算机的处理能力有限，不能对每一路视频信号进行实时处理，所以这种系统多数不具有智能或只能有很低的智能。智能保安系统通常需要对每一路视频信号进行单独的实时处理，所以合理的结构是对每一路视频信号都使用一台专门的计算机进行处理；对于要求重点保护的场所通常需要在一定范围内安装多台带有图像传感器的智能监测子系统，而操作者则是在一个远离监测现场的控制室内进行操作或观察，这就需要将所有监测子系统的视频显示信号传输到控制室里并由操作者通过网络对每一个子系统进行操作控制或观察。
在医学、生物学、农学、林学、材料学、地质学等学科的教学中，广泛使用光学显微镜观察微观结构的形态。学生使用光学显微镜观察时，其视场通常只能为学生本人看到，教师只有让学生暂停观察才能看到其光学显微镜视场的内容，这样不利于教师对单个、部分或全体学生的光学显微镜观察进行实时双向的互动指导。
为解决这一难题，现有的一些技术是在学生光学显微镜上加装模拟CCD摄像头摄取学生光学显微镜视场的图像，通过模拟TV视频传输线将学生光学显微镜视场图像的模拟TV视频信号传输到多路视频切换器，经切换后再传输到教师计算机的图像采集装置，经教师计算机VGA输出端口传输到视频投影仪投影显示，以部分实现教师对单个、部分或全体学生的光学显微镜观察进行实时双向的互动指导。当学生光学显微镜的观察视场与CCD摄像头的成像平面不一致(即不齐焦)时(这在使用不同倍率的物镜时很难避免)，教师计算机显示器和视频投影仪投影显示的光学显微镜视场图像就模糊不清，影响教师对学生光学显微镜观察的指导，否则，学生只能通过一边观察视频投影仪投影显示的光学显微镜视场图像，一边调节光学显微镜聚焦旋钮，使投影显示的光学显微镜视场图像聚焦清晰，方能完成与教师的互动交流。当众多学生需要互动聚焦时，就会出现调节受阻的局面，互动交流的效果就大打折扣。
另一方面，现有的一些技术(如有名的Netmeeting等)较好地解决了网上活动图像的传输问题，但由于当前网络带宽的限制，这些技术所传输的活动图像都只限于较低分辨率(如320×240)的视频图像，而且不能做到真正的实时传输。特别是利用这些技术将高分辨率图像传感器的实时活动图像信号由一台计算机传输到另一台计算机时会遇到严重的丢帧和滞后，这严重阻碍智能保安实时监控和显微形态学科实时互动教学等的实现。
本发明采用了计算机局域网和高分辨率视频总线传输相结合的实施方案，高分辨率视频信号经高分辨率视频总线传输到每一台计算机，同时利用局域网控制各计算机接收或发送高分辨率视频信号。由于控制信号的传输只占用极少的网络带宽，目前的局域网已经能充分满足实时传输控制信号的要求；高分辨率视频信号由于采用高分辨率视频总线传输，在某台处于发送状态的计算机发出视频信号的同时所有处于接收状态的计算机屏幕都能同步地接收到该信号，这就实现了高分辨率视频信号的实时传输。利用这项技术，高分辨率图像传感器的实时活动图像信号的传输与广播问题得到了很好的解决，不会出现任何丢帧或滞后，图像显示质量和效果得到了充分的保证。
本发明所述系统由一套控制子系统和若干受控子系统构成，由通用计算机局域网和高分辨率视频传输网连通。所述的高分辨率视频是指分辨率不低于800×600的计算机显示信号。局域网完成控制命令的传输，高分辨率视频传输网实现图像的实时传输，两个网络协调工作实现高分辨率视频信号的定点实时传输。控制子系统控制整个系统的运行，可将控制子系统中的图像画面经高分辨率视频传输网实时播放给每一套受控子系统或部分指定的受控子系统、可以监视或接管每一套受控子系统的运行和操作、可以将某一套受控子系统的图像画面实时播放给全体或部分指定的受控子系统、在控制子系统和受控子系统上可以对同一图像画面进行同时操作实现控制与受控之间的实时互动。
控制子系统通过图像传感器获得活动的实物图像(如光学显微镜镜下图像、实物展台图像)或音视频播放源的图像信号，由计算机的图像信号输入端口(即高速数据接口或图像采集设备)将活动图像数据传至计算机内存并可由计算机存储或显示出来、同时也可经高分辨率视频传输网传输给受控子系统；通过计算机局域网控制子系统可以控制所有受控子系统的运行模式，使受控子系统显示屏幕的显示内容与控制子系统一致或与另外被指定作为示范的某受控子系统一致，也可在受控子系统上自主操作显示操作者感兴趣的内容。在受控子系统中通过图像传感器获得活动的实物图像(如光学显微镜镜下图像)信号，由计算机的图像信号输入端口(即高速数据接口或图像采集设备)将活动图像数据传至计算机内存并可由计算机存储或显示出来、同时在控制子系统的控制下也可经高分辨率视频传输网传输给控制子系统或其它受控子系统；通过计算机局域网受控子系统接受控制子系统的控制而改变其运行模式，受控子系统显示屏幕的显示内容可与控制子系统一致或与另外被指定作为示范的某受控子系统一致，在控制子系统没有对受控子系统进行控制时在此受控子系统上操作者可进行自主操作。
本系统中的网络交换机或集线器可与连接internet网的服务器相连通，实现广域网上的远程访问。
图1高分辨率视频网络控制系统结构框2互动式高分辨率视频网络控制系统结构框3智能保安监控系统图4实时互动形态教学网络系统下面结合两个实施例和两个具体应用示例对本发明的结构组成、工作过程以及具体应用作进一步的阐述。
实施例1如图1所示，完整高分辨率视频网络控制系统由一套控制子系统A和至少一套受控子系统B构成，所有受控子系统均包括具有局域网网络连接端口的计算机1、高分辨率视频网络传输控制器2，控制子系统A还包括计算机显示器3，受控子系统B还包括图像传感器4和光学成像设备5，完整的高分辨率视频网络控制系统还包括高分辨率视频网络传输总线6和至少一台局域网网络交换机或集线器7；所述的高分辨率视频网络传输控制器2的视频输入端口与所述计算机1的显示输出端口连接，控制子系统A中的计算机显示器3的视频输入端口与所述的高分辨率视频网络传输控制器2的视频输出端口连接；受控子系统B中，所述计算机1具有图像信号输入端口，所述的图像传感器4的感光面连接到所述光学成像设备5的成像光路上，所述的图像传感器4的图像信号输出端口与受控子系统B中的所述计算机1的图像信号输入端口连接；控制子系统A和所有受控子系统B的高分辨率视频网络传输控制器2由高分辨率视频网络传输总线6连接构成高分辨率视频网络，用以实时传输高分辨率视频信号；全部所述计算机1与所述局域网网络交换机或集线器7连接构成一个计算机局域网络，用以交换数据或传输控制信号；所述的受控子系统B的计算机1的图像信号输入端口是指所述计算机1的高速数据接口(如USB、IEEE1394或CameraLink接口)或图像采集设备及其输入端口，所述的图像传感器4是具有数字图像信号输出端口(如USB、IEEE1394或Camera Link输出端口)的数字式图像传感器或是具有模拟图像信号输出端口的模拟式图像传感器，所述的计算机1的高速数据接口连接到所述的数字式图像传感器的输出端口，所述的计算机1的图像采集设备的输入端口连接到所述的模拟式图像传感器的输出端口；所述的光学成像设备5是指任何现有技术中的以光学原理实现成像的设备。
实施例2如图2所示，完整互动式高分辨率视频网络控制系统由一套控制子系统A1和至少一套受控子系统B1组成，它们均包括具有局域网网络连接端口和图像信号输入端口的计算机1、高分辨率视频网络传输控制器2、计算机显示器3、图像传感器4和光学成像设备5，控制子系统A1还包括音视频播放源8，完整的互动式高分辨率视频网络控制系统还包括高分辨率视频网络传输总线6和至少一台局域网网络交换机或集线器7；所述的计算机显示器3的视频输入端口与所述的高分辨率视频网络传输控制器2的视频输出端口连接，所述的高分辨率视频网络传输控制器2的视频输入端口与所述计算机1的显示输出端口连接，所述的图像传感器4的感光面连接到所述光学成像设备5的成像光路上，所述的图像传感器4的图像信号输出端口与所述计算机1的图像信号输入端口连接；所述的高分辨率视频网络传输控制器2由高分辨率视频网络传输总线6连接构成高分辨率视频网络，用以实时传输高分辨率视频信号，所述的计算机1与所述局域网网络交换机或集线器7连接构成一个计算机局域网络，用以交换数据或传输控制信号，控制子系统A1的计算机1的图像信号输入端口与音视频播放源8的视频输出端口连接；所述的计算机1的图像信号输入端口是指所述计算机的高速数据接口或图像采集设备及其输入端口，所述的图像传感器是具有数字图像信号输出端口的数字式图像传感器或是具有模拟图像信号输出端口的模拟式图像传感器，所述的计算机1的高速数据接口连接到所述的数字式图像传感器的输出端口，所述的计算机1的图像采集设备的输入端口连接到所述的模拟式图像传感器的输出端口；所述的光学成像设备5是指任何现有技术中的以光学原理实现成像的设备。
本发明可适用于实时网络智能保安监控、形态互动教学或环境监控等领域；实现这些应用只需要在图像传感器上加装不同的光学成像设备如光学显微镜、摄像镜头、照相镜头、宏观镜头及望远镜等等。
应用示例1图3是智能保安监控系统的一个应用示例。在这个系统中，控制子系统没有连接图像传感器，它主要完成对各受控子系统的操作、控制与观察；受控子系统没有连接显示器，以节约系统成本，受控子系统以宏观摄像镜头作为光学成像设备并安装在图像传感器上。通过局域网，在控制子系统上可以指定任何一个受控子系统作为监视、控制的对象并控制该对象中的高分辨率视频网络传输控制器发送该受控系统的计算机显示视频信号，同时控制子系统则通过自身的高分辨率视频网络传输控制器接收高分辨率视频信号，这样在控制子系统上就能观察到受控子系统的显示画面从而监视其运行状况；通过局域网，在控制子系统上还能通过键盘或鼠标操纵被选定的受控子系统的计算机，从而实现远程操控的目的。
应用示例2图4是实时互动形态教学网络系统的一个应用示例。在这个系统中，教师子系统就是控制子系统，学生子系统就是受控子系统。所有子系统均以光学显微镜作为光学成像设备，图像传感器接收光学显微镜镜下的实物微观图像。所有学生子系统均采用USB接口的数字式图像传感器，经学生子系统中计算机的USB接口将图像数据传至内存用于显示或存储；教师子系统的计算机内部安装有两路输入的图像采集卡(即图像采集设备)对模拟式图像传感器或视频录放机输出的视频信号进行采集，并将数据存入内存用于显示或存储。当教师需要向全体学生播放活动或静止画面时，教师子系统就通过高分辨率视频网络传输控制器发送该系统的计算机显示视频信号，通过局域网，在教师子系统上控制所有学生子系统中的高分辨率视频网络传输控制器接收高分辨率视频信号，这样教师子系统的画面就能够在所有学生子系统中显示出来；如果在教师子系统上只控制了部分被选定的学生子系统中的高分辨率视频网络传输控制器接收高分辨率视频信号，教师子系统的画面就只能在这些被选定的学生子系统中显示出来，这就实现了将教师子系统的画面播放给全体或部分或单个学生子系统的功能。当教师需要监控学生子系统时或者需要和学生进行互动交流时，通过局域网，在教师子系统上可以选定一个学生子系统作为监控对象并控制该对象中的高分辨率视频网络传输控制器发送该学生子系统的计算机显示视频信号，同时教师子系统则通过自身的高分辨率视频网络传输控制器接收高分辨率视频信号，这样在教师子系统上就能观察到学生子系统的显示画面，同时教师还能利用教师子系统上的键盘或鼠标通过计算机局域网操纵被选定的学生子系统的计算机，在教师操作的同时学生也能操作这一学生子系统的计算机，这样就实现了教师和学生在同一画面上的互动交流。
权利要求
1.由一套控制子系统A和至少一套受控子系统B构成的高分辨率视频网络控制系统，其特征在于所述的控制子系统A和受控子系统B均包括具有局域网网络连接端口的计算机1、高分辨率视频网络传输控制器2，控制子系统A包括计算机显示器3，受控子系统B包括图像传感器4和光学成像设备5，完整的高分辨率视频网络控制系统还包括高分辨率视频网络传输总线6和至少一台局域网网络交换机或集线器7。
2.根据权利要求1所述的高分辨率视频网络控制系统，其特征在于控制子系统A和受控子系统B中，所述的高分辨率视频网络传输控制器2的视频输入端口与所述计算机1的显示输出端口连接，控制子系统A中的计算机显示器3的视频输入端口与所述的高分辨率视频网络传输控制器2的视频输出端口连接；受控子系统B中，所述计算机1具有图像信号输入端口，所述的图像传感器4的感光面连接到所述光学成像设备5的成像光路上，所述的图像传感器4的图像信号输出端口与受控子系统B中的所述计算机1的图像信号输入端口连接；控制子系统A和所有受控子系统B的高分辨率视频网络传输控制器2由高分辨率视频网络传输总线6连接构成高分辨率视频网络，用以实时传输高分辨率视频信号；全部所述计算机1与所述局域网网络交换机或集线器7连接构成一个计算机局域网络，用以交换数据或传输控制信号。
3.根据权利要求1和权利要求2所述的高分辨率视频网络控制系统，其特征是所述的受控子系统B的计算机1的图像信号输入端口是指所述计算机1的高速数据接口或图像采集设备及其输入端口，所述的图像传感器4是具有数字图像信号输出端口的数字式图像传感器或是具有模拟图像信号输出端口的模拟式图像传感器，所述的计算机1的高速数据接口连接到所述的数字式图像传感器的输出端口，所述的计算机1的图像采集设备的输入端口连接到所述的模拟式图像传感器的输出端口；所述的光学成像设备5是指任何现有技术中的以光学原理实现成像的设备。
4.由一套控制子系统A1和至少一套受控子系统B1构成的互动式高分辨率视频网络控制系统，其特征在于所述的控制子系统A1和受控子系统B1均包括具有局域网网络连接端口和图像信号输入端口的计算机1、高分辨率视频网络传输控制器2、计算机显示器3、图像传感器4和光学成像设备5，控制子系统A1还包括音视频播放源8，完整的互动式高分辨率视频网络控制系统还包括高分辨率视频网络传输总线6和至少一台局域网网络交换机或集线器7。
5.根据权利要求4所述的互动式高分辨率视频网络控制系统，其特征在于全部所述的计算机显示器3的视频输入端口与所述的高分辨率视频网络传输控制器2的视频输出端口连接，所述的高分辨率视频网络传输控制器2的视频输入端口与所述计算机1的显示输出端口连接，所述的图像传感器4的感光面连接到所述光学成像设备5的成像光路上，所述的图像传感器4的图像信号输出端口与所述计算机1的图像信号输入端口连接，所述的高分辨率视频网络传输控制器2由高分辨率视频网络传输总线6连接构成高分辨率视频网络，用以时传输高分辨率视频信号，所述的计算机1与所述局域网网络交换机或集线器7连接构成一个计算机局域网络，用以交换数据或传输控制信号，控制子系统A1的计算机1的图像信号输入端口与音视频播放源8的视频输出端口连接。
6.根据权利要求4和权利要求5所述的互动式高分辨率视频网络控制系统，其特征是所述的计算机1的图像信号输入端口是指所述计算机的高速数据接口或图像采集设备及其输入端口，所述的图像传感器4是具有数字图像信号输出端口的数字式图像传感器或是具有模拟图像信号输出端口的模拟式图像传感器，所述的计算机1的高速数据接口连接到所述的数字式图像传感器的输出端口，所述的计算机1的图像采集设备的输入端口连接到所述的模拟式图像传感器的输出端口；所述的光学成像设备5是指任何现有技术中的以光学原理实现成像的设备。
7.根据权利要求2、5所述的高分辨率视频网络控制系统和互动式高分辨率视频网络控制系统，其特征是所述的高分辨率视频信号是指分辨率不低于800×600的计算机显示信号；所述的高分辨率视频网络传输控制器2分内置式和外置式两种，用于实时传输和控制所述的高分辨率视频信号，本系统使用其中任意一种；内置式的高分辨率视频网络传输控制器直接插入所述计算机的总线插槽内，外置式的高分辨率视频网络传输控制器则置于计算机主机箱之外。
8.根据权利要求3、6所述的高分辨率视频网络控制系统和互动式高分辨率视频网络控制系统，其特征在于所述的计算机1的高速数据接口是指现有技术中的USB、IEEE1394或Camera Link接口之一；所述的计算机1的图像采集设备是任何一种对模拟TV视频信号进行模数转换的现有技术中的设备。
全文摘要
本发明公开了一种由一套控制子系统和至少一套受控子系统构成的高分辨率视频网络控制系统以及由此而引伸出的互动式高分辨率视频网络控制系统。采用计算机局域网和高分辨率视频传输网相结合的实施方案，协调完成控制命令的传输和高分辨率视频信号的定点实时传输；所有子系统均可通过图像传感器获得实物活动图像并实时传送到被指定的其它子系统中。经控制子系统控制，可以实施高分辨率图像画面的定点广播、监视或接管受控子系统的运行和操作、示范某一受控子系统的图像画面、实现控制和受控子系统之间的实时互动。本发明解决了高分辨率实时活动图象传输和网络带宽之间的矛盾，满足了基于高分辨率图象的实时监控与互动教学的需求。
文档编号G06F15/16GK1581136SQ03140178
公开日2005年2月16日 申请日期2003年8月15日 优先权日2003年8月15日
发明者夏志坚, 夏潮涌 申请人:夏志坚, 夏潮涌