使用反向adsl调制解调器的实时远端监测系统和方法

专利名称：使用反向adsl调制解调器的实时远端监测系统和方法
技术领域：
本发明涉及远端监测系统和远端监测方法，尤其是，涉及这样一种远端监测系统和远端监测方法，其能够通过使用异步数字用户线(ADSL)调制解调器而不用专用线路反向压缩/传送视频/音频数据而实现实时监测。
传统的远端监测方法的其中一种是将监测摄像机用于拍摄监测的图像数据，图像数据被存储在相应区域的专用的存储装置中，并在发生事件时用于分析。然而，因为它没有能力实时监测远端目标，所以这一方法实用性低。
另一种传统的远端监测方法是使用综合业务数字网(ISDN)。然而，ISDN在高速和实时传送大量数据，比如传送监测图像数据方面容量低。因此，取代它们使用的另一种方法是通过使用MJPEG或H.261方式压缩监测的图像数据的方法。
然而，以上描述的传统的远端监测方法，尽管传送的是用MJPEG或H.261方式压缩的数据，因为监测图像数据量远远超过ISDN的传送能力，造成图像质量恶化的问题。
另一种可用的常规远端监测方法是利用专用线的方法，使用专用线具有比ISDN方法更大的容量。其中，在发送之前，利用MJPEG或H.261压缩监测的图像数据。
然而，使用专用线也造成高额的使用费和由于在每一个监测区域安装一个新线路使利用率低的问题。
同时，以上每一种传统的方法遇到一个问题，那就是当监测自动出纳机(ATM)时，不论是否有使用者存在，由于监测的图像数据的存储或传送使数据量都会增加。因此，传统的方法具有的缺点是要求存储装置有很大的容量，以便如果需要就在存储装置中延长记录时间。而且，传统的方法考虑到监测的图像数据量，只使用一台朝向前向的摄像机，从而不能跟踪和识别戴帽子或罩子的非法接近和使用ATM的使用者。
因此，本发明的目的是提供实时远端监测系统及方法，它能够通过使用反向ADSL压缩/传送视频/音频数据实现实时远端监测。
具体地说，本发明的目的是提供一种远端监测系统及方法，它能够通过把多个监测图像数据或监测音频数据压缩编码为比特流，为每一个图像数据产生操作检测信号，并在反向上使用ADSL压缩/传送视频/音频数据实现实时远端监测。
为了达到以上的目的，按照本发明的一个方面，提供一种使用反向ADSL调制解调器的实时远端监测系统，包括监测装置，用于监测要监测的目标设施；远端监测数据处理装置，用于按照每一信道根据由监测装置获得的监测数据监测运动，以便将监测数据压缩编码和以比特流传送，并产生关于已经检测的监测数据的检测信号；反向安装的第一ADSL调制/解调装置，用于调制从远端监测数据处理装置输入的数据，以便以比向下信道高的传送速度使之向上传输到网络，并解调以比向上信道低的传输速率从网络传来的数据，以便将其传送到远端监测数据处理装置；反向安装的第二ADSL调制/解调装置，用于解调以比向下信道高的传输速率从第一ADSL调制/解调装置传来的数据，以便传送到接收用户，并调制从接收用户传来的数据，以便以比向上信道低的传输速率将其向下传送到第一ADSL调制/解调装置。
为了达到以上的目的，按照本发明的另一个方面，还提供一种使用反向ADSL调制解调器的实时远端监测方法，包括以下步骤a)通过监测要监测的目标设施，获得监测数据；b)按照每一信道根据已经获得的监测数据来检测运动，监测数据被压缩编码并以比特流发送，并产生关于已经检测的每一个监测数据的检测信号；和c)通过使用反向安装的ADSL调制解调器以高于向下信道的传输速率调制监测数据和检测信号，以便传送到网络，和解调以低于向上信道的传输速率从网络传送的数据，以便实现远端监测。
通过下面结合附图的详细描述，会使本发明的以上的和其它目的，特点和改进将会更明显，其中附

图1A和1B是表示安装ADSL调制解调器的传统方式的示意图；附图2A和2B是表示按照本发明的一个实例的安装ADSL调制解调器的方式的示意图；附图3是表示按照本发明的使用反向ADSL调制解调器的实时远端监测系统的结构框图；附图4是表示本发明的一个实施例的用作远端监测图像数据处理装置的具有运动检测功能的运动图像专家组-2(MPEG-2)视频编码器的示意图；附图5是表示附图4中的具有运动检测功能的MPEG-2视频编码器的详细结构方框图；附图6是表示按照本发明的一个实施例关于运动的信息输出的时间关系图；附图7是表示本发明的多路转换的视频输入信号的一个屏幕的结构框图；和附图8是表示本发明的运动检测部件的详细结构的框图。
以下参照附图进行描述本发明的一个优选实施例。在以下的描述中公知的功能或结构将不再详细描述，因为它们将在不必要的细节上使本发明不清晰。
附图1A和1B是表示安装ADSL调制解调器的传统的方式的示意图。
附图1A和1B显示，在传统的技术下，一个ADSL调制解调器12安装在远端终端11上，远端终端安装在要监测的目标设施上，一个ADSL调制解调器13安装在中心局14，当假设从远端终端11到中心局14为向上方向和相反的方向为向下方向时，在向上传输带宽和向下传输带宽最大传输速率分别是384千位/秒和8兆位/秒。
因此，ADSL的传统的技术在用于在向上传输带宽上具有少量数据和在向下传输带宽上具有大量数据的服务时是非常有效的。然而，对于在向上传输带宽上具有大量数据和在向下传输带宽上具有少量数据的服务上是不实用的。
附图2A和2B是表示按照本发明的一个实施例的安装ADSL调制解调器的方式的示意图。
参照附图2A和2B，一个ADSL调制解调器22安装在远端终端21上，远端终端安装在要监测的目标设施上，一个ADSL调制解调器23安装在中心局24，当假设从远端终端21到中心局24为向上方向和相反的方向为向下方向时，在向上传输带宽和向下传输带宽上分别具有8兆位/秒和384千位/秒的最大传输速率。
这意味着，本发明是通过与传统的方法相反的方向上安装ADSL，来利用ADSL技术为在向上传输带宽上具有大量数据和在向下传输带宽上具有少量数据的系统服务，也就是，交换使用在传统方法中的ADSL的向上/向下传输带宽相。
附图3是表示按照本发明的在使用反向ADSL调制解调器的实时远端监测系统的结构框图。
参照附图3，本发明的实时远端监测系统包括ATM31，其为要监测的目标；多个监测摄像机32，其安装用于远端拍摄ATM31的违法使用者(做坏事的使用者)，在ATM31的前面方向，侧面方向，底部方向或者从远处有效监测通过戴很低的帽子或罩子或以弯腰的位置接近ATM31的非法的使用者；话筒33，或者安装在多个监测摄像机的每一个上或者为获得话音或声音分别安装；远端监测图像数据处理器34，用于按照每个信道检测由多个监测摄像机32拍摄的多个监测图像数据中的运动，以便或者通过在MPEG-2比特流中的监测图像数据进行压缩编码或者通过按单个方式检测由多个话筒33获得的监测音频信号的存在，将监测音频信号与监测视频信号一起压缩编码和传送，并产生关于已经检测的每一个监测数据的检测信号；电话调制解调器35，用于调制/解调ATM31和安装ATM31的银行之间发送/接收的往来数据；反向安装的第一ADSL调制解调器36，用于以8兆位/秒的最大速率把从远端监测图像处理器34和电话调制解调器35输入的数据调制和向上传输，并以384千位/秒的最大速率把从第二ADSL调制解调器37发出的数据解调和传送到远端监测图像处理器33和电话调制解调器35；和反向安装的第二ADSL调制解调器37，用于解调从第一ADSL调制解调器36通过电话线以8兆位/秒的最大速率传来的数据，以便传送到接收用户，并把从接收用户以最大速率为384千位/秒传来的数据调制和向下传输到第一ADSL调制解调器36。
这里，话筒33和有关的监测音频数据处理步骤是本发明使用的附加部分，但当要监测的目标设施安装在嘈杂的区域时，它们就不必要了。
电话调制解调器35也是本发明的附加部分，当要监测的目标设施不是ATM而是外墙时，这部分就不必要。
本发明有多种应用，不仅能监测以上提到的ATM，而且能够监测包括公司和工厂的建筑物内部，在交通拥挤的地区，灾害多发区比如桥梁、堤坝或河流，废物收集区，和要监测的建筑物的外面，比如停车场等。
可以安装四个或更多的监测摄像机32。四个监测信道中的3三个可以用作监测信道，而留下的一个信道可以用作互联网线路。
而且，当监测摄像机32远离远端监测图像处理器34时，由监测摄像机32拍摄的监测图像数据可以被多路转换并传送到远端监测图像数据处理器34。
向下信道(信道方向为从中心局到ATM信道)可以用于控制监测摄像机32或用于在监测人的控制下通过附加安装一个输出装置比如扬声器(在图中未示出)警告非法使用者。也可能使用已有的电话调制解调器35象电话一样用于紧急呼叫，同时允许数据通过向上/向下信道发送/接收以输入到ATM31或从ATM31输出，以便执行现有的电话调制解调器35的功能。
在这里省略本发明的方法的操作，因为它与参照附图3描述的操作是相同的。
附图4是表示用作根据本发明的一个实施例的远端监测图像数据处理装置的具有运动检测功能的运动图像专家组-2(MPEG-2)视频编码器的示意图。
参照附图4，从摄像机输入的视频输入信号400被多路转换至少一个信道至四个或更多的信道，并且以单一的视频输入信号400或分别的方式输入到MPEG-2编码器401。具有运动检测功能的MPEG-2视频编码器401在监测运动的同时编码和压缩视频信号，以便输出压缩图像数据的MPEG-2比特流402和相应于每个信道的运动检测信号403。
附图5是表示具有附图4中的运动检测功能的MPEG-2视频编码器的详细结构方框图。
参照附图5，按照本发明的MPEG-2编码器包括IP偏移部件512，用于比较视频输入520；帧存贮器509，用于存储IP偏移数据；存储器513，用于存储MPEG-2编码器所需的数据；运动估算和补偿部件(ME/MC)503，用于消除按照时间顺序的冗余量(chronological redundant)；时钟发生器511，用于产生用在MPEG-2编码器中的各种不同的时钟；运动检测器504，用于通过接收从ME/MC部件503和时钟发生器511输出的时钟522检测运动；模式控制器502，用于控制MPEG-2视频编码器所需的数据信号；离散余弦变换编码器500，用于消除图像的特定冗余量；可变长度编码器501，用于对由离散余弦变换编码器500产生的数据进行可变长度编码；主机接口510，用于接收数据信号、地址信号等并输出MPEG-2视频编码器所需的信号；运动补偿部件(MC)505，用于对运动进行补偿；420滤波器506，用于对数据滤波；速率/填充(rate/stuff)控制器507，用于控制MPEG-2视频编码器所需的速率和填充；和信道控制器508，用于控制MPEG-2视频编码器的信道。
除了运动检测器504从外，以上所有构成的卫分已经在有关的技术中是公知的。因此，在这里将不对它们详细描述。
以下是具有运动检测功能的MPEG-2视频编码器的运动检测的过程的描述。
ME/MC503通过搜索与输入图像最相似图像根据先前的帧编码当前帧图像并且提取位置信息，即运动矢量(mot_vec)521，来压缩图象。mot_vec521输入到运动检测器504。运动检测器504接收用作运动估算？和补偿的时钟和mot_vec521，并如果检测到任何运动，输出运动检测信号(ACT_CH)523。这意味着，如果根据输入图象没有检测到运动，则mot_vec521具有“0”值，但如果根据输入图象检测到任何运动，则mot_vec521将具有大于“0”的值，从而获得关于一个运动的信息。运动检测器504获得当前被编码的宏块(microblock)的位置信息，并检测当前屏幕存在运动的部分。
附图6是表示按照本发明的一个实施例的关于运动的信息输出的间时关系图。
参照附图6，按照本发明的运动检测器使用的时钟是画面时钟(pick)601和组成pick601的宏块时钟(mbck)602。特别是，mbck602是用于为运动估算和补偿时钟(meck)604以维持时间的输出点和在ME/MC 503的中的mot_vec521同步的时钟。复位信号603是复位运动检测器使用的计数器的信号。假定从ME/MC 503输出的mot_vec605至少在从meck 604来的256个时钟(27兆赫)期间内有效。例如，当输入国家电视系统委员会格式(NTSC)(720×480)的图像时，有效数据由对应于每画面45×30的1350个宏块(16×16)组成。
附图7是表示按照本发明的多路转换的视频输入信号的一个屏幕的结构框图。
附图7是当一根信号输入线多路转换最大数量为四个信道数据的屏幕结构图。
当基于如附图6所示的运动时间关系提取从检测到运动的一个宏块的位置时，屏幕结构变得与附图7相同。如果只使用一个信道，则占用整个屏幕。对于大小是NTSC的1/4的一个信道，通过使用偏移功能使显示处于屏幕中央。
附图8是表示按照本发明的运动检测部件的详细结构的框图。
根据附图8，运动检测器504包括水平计数器805和水平比较器806，用于在一个宏块内部获得水平位置；垂直计数器807和垂直比较器808，用于在一个宏块内部获得垂直位置；第一“或”门811，用于通过使用从ME/MC 503输出的运动矢量值801来检测运动并输出运动检测信号(motion_detected)802；“与”处理器809，对自水平计数器805和水平比较器806输出的信号，自垂直计数器807和垂直比较器808输出的信号，以及自第一个“或”门811输出的运动检测信号执行“与”运算；和，第二个“或”门810，对自“与”处理器809输出的每个信号执行“或”运算，以检测全部信道内的运动。
下面描述按照上面所构成的本发明地运动检测器的操作。
输入一个大于“0”的运动矢量值801意味着检测到一个运动。因此，运动检测信号802输入“与”处理器809。此时，由水平计数器805和垂直计数器807计算得来的系数由水平比较器806和垂直比较器808比较以确定所检测到运动的位置。确切说，通过将整个屏幕分为四部分，确定所检测的运动宏块的位置。换句话说，对于数量为45×30的全部宏块，屏幕在水平方向上左边的一部分代表第0～第21宏块，与此同时屏幕在水平方向上右边的一部分代表第23～第44宏块。第22宏块居于屏幕左右两部分的中间。在垂直方向上的屏幕的上部代表第0～第14宏块，与此同时在垂直方向上屏幕的下部代表第15～第29宏块。
因此，通过水平计数器805确定的系数和通过水平比较器806比较此系数可以检测出运动的水平位置在屏幕的左部、右部或中部。通过垂直计数器807确定的系数和通过垂直比较器808比较此系数可以检测出运动的垂直位置在屏幕的上部或下部。由于检测到的水平和垂直位置的信号和motion_detected信号802在“与”处理器809中共存，对应于每个信道的屏幕上的运动能被独立地检测并按照“与”处理器809的结果输出。
此外，如附图8所示，当检测到从屏幕的1/4分区检测到运动时，检测到运动的屏幕或者信道，输出信道[1]812的警告信号；当从屏幕的2/4分区检测到运动时，输出信道[2]813警告信号；当从屏幕的3/4分区检测到运动时，输出信道[3]814的警告信号；当从屏幕的4/4分区检测到运动时，输出信道[4]815的警告信号。所有从“或”处理器809输出的信号都输入到第二个“或”门810。因此，如果从任何信道检测到运动，都会从信道
816输出警告信号。
如上所述，本发明提供了通过把位流中的多个监测图像数据或音频音频数据压缩编码为数据流来执行实时远端监测的效果，为每一个图像数据产生运动检测信号，并用反向安装的ADSL调制解调器来压缩/传送视频或视频/音频数据。
本发明提供了另一个用接收用户的存储装置来急剧减少记录时间的效果，因为运动检测信号在分开的方式的产生和发送。
本发明另外具有的优点是，当系统是用有MPEG-2解码功能的接收用户的计算机构成时，用低成本而不需安装另外的装置实现远端监测系统的。
尽管为了说明的目的已经公开了本发明的优选实施例，但是不脱离开在伴随的权利要求中公开的发明的范围和精神的条件下，本领域的技术人员会认识到能进行各种修改、增加和置换。
权利要求
1．一种使用反向ADSL调制解调器的实时远端监测系统，包含监测装置，用于监测要监测的目标设施；远端监测数据处理装置，用于按照每一个信道根据利用监测装置获得的监测数据而监测运动，以便将监测数据压缩编码并以比特流传送，并根据已经被检测的监测数据产生监测信号；反向安装的第一ADSL调制/解调装置，用于调制从远端监测数据处理装置输入的数据，以便以高于向下信道传输速率向上发送到网络，并解调以低于向上信道的传输速率从网络传来的数据，以便传送到远端监测数据处理装置；反向安装的第二ADSL调制/解调装置，用于解调以高于向下信道传输速率从第一ADSL调制/解调装置传来的数据，以便传送到接收用户，并调制从接收用户传来的数据，以便以低于向上信道的传输速率向下传送到第一ADSL调制/解调装置。
2．如权利要求1所述的实时远端监测系统，进一步包括连接在要监测的目标设施上的电话调制/解调装置和第一ADSL调制/解调装置，用于调制/解调在要监测的目标设施和接收用户的装置之间发送/接收的往来数据。
3．如权利要求1所述的实时远端监测系统，其中，该往来数据在要监测的目标设施和接收用户的装置之间通过向上/向下信道中的任一个发送/接收。
4．如权利要求1所述的实时远端监测系统，其中，向上/向下信道中的任一个用作唯一的互联网线路，和其他的信道作为监测信道。
5．如权利要求1所述的实时远端监测系统，进一步包括警告装置，用于在根据使用向上/向下信道中的任一个作为控制信道的接收用户的控制下，警告目标设施的非法使用者。
6．如权利要求5所述的实时远端监测系统，其中，监测装置包括多个监测摄像机，用于通过拍摄要监测的目标设施来获得监测图像。
7．如权利要求6所述的实时远端监测系统，其中，监测装置进一步包括话筒，用于获得关于要监测的目标设施的环境的监测音频数据。
8．如权利要求5所述的实时远端监测系统，其中，远端监测数据处理装置包括存储装置，用于保存输入视频数据；运动估算和补偿装置，用于消除按时间顺序的冗余量；时钟产生装置，用于产生不同的时钟；运动检测装置，用于通过接收从运动估算和补偿部件和时钟产生装置输出的运动矢量来检测运动；控制和编码装置，用于控制和编码视频数据。
9．如权利要求8所述的实时远端监测系统，其中，运动检测装置通过使用从运动估算和补偿装置输出的运动矢量大小来检测运动，并通过使用关于宏块的位置信息来检测运动的位置。
10．如权利要求8所述的实时远端监测系统，其中，运动检测装置包括运动检测部件，用于通过使用从运动估算和补偿装置输出的运动矢量大小来检测运动，并输出运动检测信号；水平位置检测部件，用于在一个宏块中获得水平位置；垂直位置检测部件，用于在一个宏块中获得垂直位置；第一检测部件，用于通过对从运动检测部件、水平位置检测部件和垂直位置检测部件输出的信号执行“与”运算，以分开方式检测在每个信道中运动；和第二检测部件，用于通过对从第一检测装置输出的每一个信号执行“或”运算，检测在全部信道中的运动。
11．一种使用反向ADSL调制解调器的实时远端监测方法，包含以下步骤a)通过监测要监测的目标设施获得监测数据；b)按照每个信道根据已经获得的监测数据检测运动，压缩编码的监测数据以便以比特流传输，并根据每个已经检测的监测数据产生检测信号；和c)通过以高于向下信道传输速率使用反向安装的ADSL调制解调器来调制监测数据和检测信号，以便传送到网络，并以低于向上信道的传输速率来解调从网络传来的数据，以便实现远端监测。
12．如权利要求11所述的实时远端监测方法，其中步骤b)中的运动检测包括以下步骤b1)从运动估算和补偿部件输出获得运动矢量大小；b2)确认获得的运动矢量大小是否大于预先确定的临界值；b3)通过比较水平计数器的计数器系数获得运动的水平位置，和通过比较垂直计数器的计数器系数获得运动的垂直位置；和b4)以分开方式检测每一个的信道中运动的存在，并输出其结果。
全文摘要
公开一种使用反向ADSL的实时远端监测系统和方法。该系统包括监测目标设施的监测装置;远端监测数据处理装置,按照每一信道根据由监测装置获得的监测数据监测运动;反向安装的第一ADSL调制/解调装置,用于调制从远端监测数据处理装置输入的数据;反向安装的第二ADSL调制/解调装置,用于解调以高于向下信道传输速率从第一ADSL调制/解调装置传来的数据,以便传送到接收用户,并调制从接收用户传来的数据。
文档编号G08B13/196GK1309482SQ0111082
公开日2001年8月22日 申请日期2001年1月5日 优先权日2000年2月12日
发明者高钟锡 申请人:韩国电气通信公社