专利名称：远程无线视频监视方法与系统的制作方法
背景技术：
诸如配用全运动视频的监视应用，要求传递大量数据。在必须在数据传输系统内传递大量数据时，设法减少对该系统的性能要求的努力得出了各种数据压缩方法，如可以压缩视频或图表数据以占用更小空间，然后发射压缩的数据，而且因数据被压缩成更少的信息位，要发射的位更少，故在一定程度上减轻了数据传输系统的负符。然而，对可被压缩的数据程度有一些限制。过去，压缩对系统提出的计算内务操作有时要花过长时间来完成。压缩的数据必须在传输系统另一端的目的地被解压缩才能使用，这对系统提出了附加的计算内务操作。虽然可用软件作压缩与解压缩，但在某些应用诸如每秒实时全移动30帧视频中，这种操作速度限制了这类技术的实用性。若应用专用硬件，则在要求小尺寸与超小型化的应用中，压缩与解压缩所需的附加硬件限制了使用，而在另一些场合，这种附加硬件的成本又行不通。
把实时视频信号从远地传输到基地，通常采用两种方法之一微波或卫星。与这些方法关联的设备极昂贵，且有很大限制，卫星技术作远程传输所需的大量设备，要求把设备装在带构成整体所必要的卫星抛物面天线的卡车里，接收自视频摄像机的信号向卫星发射，然后射向基地作广播。虽然对大事件诸如从单一地点作长时间传输的运动会而言，与卫星传输有关的费用是无可非议的，但对大多数监视应用来说，卫星传输所需的大量设备与复杂的技术极为昂贵，是不切实际的。
微波传输技术虽然克服了卫星技术的某些限制，但其本身有若干额外的限制。微波传输系统的费用不大，设备较少，利用普通微波系统，得到的视频信号由车载发射天线以微波频率从远地发送到基地天线作广播。
用这种技术将车载天线对准基地天线遇到了困难，发射天线与基地天线间的障碍物也会妨碍信号通过。在一地点获取短小视频片段、传输该信号、移到另一地点、传输、移动等方面，配置上的局限性也阻碍了微波传输系统的应用。传输还受制于车辆与被摄地点的接近性。
尽管蜂窝技术已发展到能让蜂窝电话发送话音消息与数据，诸如从一地到另一地的传真和计算机文件传输，但该技术还未用于发送优质的视频信号。
无线LAN系统中的现有技术包括各种红外(IR)和射频(RF)系统。现有技术的IR系统缺乏传输每秒全运动30帧视频的带宽、光学元件或协议；现有技术的RF系统则受制于数据速率小于10Mbit/s的频谱或被设计成静止安装与交流电操作。
因此，为了捕获远地的实时质量视频并把它传输到基地，本领域需要一种高便携性、成本有效的方法与设备。还要求将来自远地的视频信号通过基地设备经计算机网络、陆地线路或其它网络再传输到不同地域的从多用户。
发明内容
本发明的目的是提供一种为捕获全色全运动的音/视频信号，以因特网协议(IP)格式把该信号数字化和压缩为数字化数据文件，并在微波频率范围内用小型便于隐藏的遥控远地单元发送该信号的方法与装置。
远地单元包括生成、数据化与压缩视频信号，存贮数字化与压缩的数据文件，并在微波频率范围内传输该数据文件的装置。远地单元还在传输前把数据文件先存贮到存贮设备诸如硬盘驱动器，供以后在播放单元上检索收看。
在一较佳实施例中，音/视频信号从远地视频摄像机输入远地单元。
基地单元是一组合式微波收发机与便携个人计算机，有一个或多个计算机网络接口。装在基地单元硬盘驱动器上的计算机软件，令其把输入信号捕获到基地单元内的视频播放机软件，以在基地单元视频显示器上观看。
装在远地单元场可编程门阵列(FPGA)上的软件序列，对贮存在系统硬驱动器上的数据自动编目，或接收从基地单元计算机终端输入的用户指令。
附图简介
图1是本发明一实施例中无线传输视频数据系统的框图。
图2是图1系统的远地单元的框图。
图3是图1系统的基地单元的框图。
较佳实施例的详细描述如下详述，本发明利用微波传输功能可远地采集每秒全运动30帧(FPS)视频。
如图1所示，本发明的系统包括用于捕获与无线传输视频数据的远地单元10、位于数英里以外接收视频数据的基地单元12和用一个或多个计算机网络16接至基地单元12用于全球观看和/或下载该视频数据的多个监视站14。
如图2所示，远地单元10包括至少一台模拟视频摄像机18；接收和处理来自摄像机18的模拟数据的视频电路板20；把数据发射到基地单元12的微波收发单元22；微波收发机22的天线24；硬盘驱动单元36；和操作摄像机、视频电路板、微波收发机与远地单元硬驱器的电池电源28。
视频摄像机在提到的本发明若干目的中，设置了视频图像传输系统用于连续可靠地监视一个或若干地点。若被监视地点不止一个，即使这些地点相互远离并与中央站远离，本系统也能从基站同时监视所有的地点。为此，该系统配备了电路板一级的超小型视频摄像机18，诸如电荷耦合器件(CCD)摄像机、金属氧化物半导体(CMOS)摄像机或其它本领域已知的观察或检查设备。
在本发明一较佳形式中，摄像机是一种尺寸特别小的“电路板级”摄像机。摄像机的小尺寸有利于本发明成像模块的应用与功能。
较佳地，镜头是一种流行的25mm“唇膏”镜头，但使用50mm的消色差场镜头显然也能得到期望的视场(4.5mm×6.00mm)。较佳地，摄像机装在视频电路板上。
若要遥控摄像机，本发明系统允许用在基地单元的用户或与基地单元网络上通信的其它计算机终端发送控制输入，对远地视频摄像机调节随动摄影、倾斜、移动镜头和聚焦设定(PTZ)。索尼电子公司供应的一系列摄像机，具有与标准PTZ驱动器兼容的工业标准遥控PTZ软件。一台可用于本发明的这类摄像机是索尼EVID30C型，它具有如下特性视频信号NTSC制图像传感器1/3”IT彩色CCD有效像素768(H)×492(v)水平分辨度460电视线垂直分辨度；350电视线镜头X12倍变焦镜头，～f＝5.4～64.8mm，F1.8～F2.7水平视角4.4°(电视端)～48.8°(宽端)垂直视角3.2°(电视端)～37.6°(宽端)最短被摄物距离10mm(宽端)，800mm(电视端)最小照明7勒克斯(F1.8)照明范围7～100,000勒克斯自动曝光自动光圈，AGC快门速度1/60～1/10,000(VISCA&#8482；控制)增益自动/手动(VISCA&#8482；控制)白平衡TTL自动跟踪/一推保持，室内预置，室外预置(VISCA控制)信噪比大于48dB随动摄影/倾斜水平±100°(最大速度80°/秒)，垂直±25°(最大速度50°/秒)视频输出RCA管脚插孔，1Vp-p，75欧姆不平衡式S视频输出4管脚，最小DIN音频输出RCA管脚插孔(单耳)，额定输出327mV，输出阻抗小于2.2千欧姆控制端子RS232C，8脚最小DIN，9600bps，数据8位，停止1位话筒输入端子小插孔(单耳)(直径3.5)，额定输入0.775mV，DC3V，用于低阻抗话筒，输入阻抗大于10K欧姆功率端子DC IN13.5V(ELAJ统一极性型)电源要求DC12～14V功耗11瓦工作温度0～40℃
贮藏温度-20～60℃尺寸(宽/高/长(W/H/D))摄像机142×109×164mm重量摄像机1200克视频电路板一台或多台视频摄像机18较佳地位于或贴近远地单元10的视频电路板20。视频电路板20对三台摄像机备有视频、音频输入功能的输入端，对每台摄像机备有PTZ控制功能的RS232输出端，三个视频输入为NTSC或PAL制式，还为IDE硬驱器备有输出措施和功能，以在本机存贮视频数据供以后检索收看。
视频电路板还包括视频编译码器芯片30，用于获取音/视频信号，把它转换成计算机数据文件，并将其压缩；对视频电路板元件的操作作网基遥控的FPGA32；和把视频数据转换成IP格式并对FPGA32接收进入的网基控制指令的以太网收发机34。视频电路板的以太网收发机34接RJ-45连接器，后者经5e级扭绞对电缆36接至微波收发单元22上的另一RJ-45连接器。
视频编译码器视频编译码芯片30包括视频编码器与译码器芯片，具有把输入模拟视频转换到IP基协议的算法。
适合本发明的编译码器包括西格姆设计公司(Sigma Designs)的EM8470系列MPEG-4译码器，可译码MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4。MPEG指“运动图片专家组”，已开发了音视频压缩/解压缩子程序标准草案。适合的还有流式机器公司(StreamMachine)的CS92288(SM2288)MPEG-2视频编译码器，是单芯片MPEG-2Main Level@Main Profile音视频编译码器。
以太网收发机1990年以来，IEEE(电气电子工程师协会公司)标准802.3i-1990规定的有线局域网迅速成为卓越的有线网标准。该网络通常称为10BASE-T以太网，10BASE-T是一缩写，代表10Mb/s、基带传输和扭绞对布线。本发明中，两个10BASE-T应用软件可构成一个应用由扭绞对布线连接的交错连接收发机的“网络”。
本领域已知，以太网收发机34包括-10BASE-T媒体相关接口，可用接标准接口连接器的扭绞对电缆36与无线收发机22通信。
微波收发单元微波收发单元22包括类似于在视频电路板中使用的以太网收发机38、微波收发机40和内部阵列式微波天线24。以太网收发机22和微波收发机40可在若干市售的无线桥路之一的内部阵列组合件中见到，这种无线桥路工作于FCC批准的U-NII波段，例如在一方向以5.3GHz和在另一方向以5.8GHz同时用一条信道提供全双工通信。应用IEEE标准10BASE-T以太网的这些无线强度调制的二进制编码数据收发机，为本发明系统提供了高容量传输，包括10/100以太网的IP(和全双工或半双工LAN支持)，用整体平板天线的工作距离达4英里，用抛物面天线工作距离达7英里。
无线微波收发机40和以太网收发机38通过IP输入端用FPGA通信控制器42控制。
本领域已知，以太网收发机38包括-10BASE-T媒体相关接口，可用接标准接口连接器的扭绞对电缆36与无线收发机通信。无线收发机40应用的数据速率为10兆字节，调制类型为DFSK或4FSK。如本领域已知，FSK代表频移键控。如在美国，邮局标准顾问组采纳了频移键控(FSK)的调制处理(对寻呼机)。适用于本发明的市售产品包括普罗克西姆公司(Proxim)制造的Stratum100无线无线电系统，提供100Mbps全双工；和西方多路通信公司(Western Multiplex)制造的LynxDC-3无线桥路，它工作于免许可证的5.3/5.8GHZU-NII波段，全双工容量为155Mbps，传输距离达到7英里/11公里。
电池电源电池电源28较佳地包括一块6伏的凝胶池(gel cell)型电池，它能操纵摄像机、视频电路板、微波收发机和盘驱器长达8小时。在环境光照充足的环境中使用时，可对该电源增设一太阳电池阵列，以延长电池寿命。
网基控制器微波收发单元22和视频电路板20二者都可通过场可编程门阵列32与42(FPGA)作IP寻址。两个FPGA都包括多个可配置的逻辑块(CLB)，每块都有一可配置的逻辑元件(CLE)和一关联的功能块。
FPGA的设计周期较短，通过逻辑合并减少了成本，再编程灵活。FPGA的性能与规格已为本领域熟悉。
有些类型的FPGA用包括查表(LUT)的可编程逻辑块网络实现，LUT用来执行用户编程的LUT输入的逻辑功能，具体LUT的输入端数取决于FPGA结构。
例如，可以响应于与列关联的三个输入信号生成每列的相加与进位信号。下面表1归纳了响应于三类输入信号A、B、C而生成的和及进位信号。
表1
在本发明较佳实施例中，编程包括与电路板上硬件/固件互作用的任一“网络应用浏览器”软件的标准布局。FPGA用人工编制或开发/设计应用程序编制的C码编码。如本领域所知，编程代码包括诸如FFT、FIR、IIR、Reed-Solomon等变换的算法，把模拟信号(此时为波形)转换成二进制格式。
基地单元信号收集点如图3所示，基地单元12用作数据收集点，包括与远地单元10的微波收发单元22类似的微波天线44、微波收发机46与以太网收发机48以及台式个人计算机50。
基地单元台式个人计算机50安装了通信软件和一个或多个计算机接口，用于经公共因特网或IP基虚拟保密网发送的数据，接口设置成接收远地单元发送的数据文件。
基地单元台式个人计算机50用作播放单元，它是捕获的视频与输出信号的主控之间的接口。复合的数据文件一被存贮在该播放单元的联网硬盘驱动器上，该数据文件或是保持存贮供以后使用，或是经公共因特网或虚拟保密网被检索与发送。需要时，还可在基地单元编辑存贮的数据文件。
在该较佳实施例中，基地单元配用的便携个人计算机50具有486DX-2/66主板、10英寸等离子体显示器、210MB笔记本硬盘驱动器、MS DOS Ver.6.2操作系统、微软PTM.视窗TM.Ver.3.1、微软RTM.视窗视频、视窗的Procom Plus.RTM、转球式总线鼠标、高速串行端口。远地单元也具有多达四个网络接口的能力。
另外，基地单元12还可配备未图示的视频和/或音频信号压缩与解压缩电路和算法(未示出)，通过网络链路16发送音频与视频。一个已知的压缩标准是“运动图片电子学组(MPEG)”；也可适当利用其它标准压缩算法的优点。基地单元12可以包括解压缩电路与算法(未示出)，在收到压缩的视频/音频信号时用来生成供显示的非压缩信号。
把基地单元12与网络16相连的通信链路52，可以是任一种能传输本领域已知的全运动视频到网络16的常规链接设施，诸如扭绞对、光纤设施或卫星链路。
摄像机操作的遥控本系统设计成能跟踪被摄体并遥控整个系统所有的摄像机操作变量，诸如变焦距、焦点、光圈、视场内被摄体位置、快门速度，即使远地单元与监视站的距离超过几英里也如此。本发明能遥控PTZ摄像机，包括从基地单元12或监视地点14的用户终端调节远地视频摄像机18的随动摄影、倾斜、变焦距与焦点设定。终端可以配备本领域已知的计算机鼠标、键盘、数据处理器与存储器(未示出)。用户可用计算机鼠标等计算机输入设备向处理器输入选择，包括选择多台位于不同地点的视频发送设备；用户可点击各种地点与类型的选择、其它自动上托视窗的选择，并以已知方式点击成在各远地传输设备视场内控制随动摄影、倾斜、旋转与变焦距。为控制视频摄像机，终端的处理器/服务器监视和扫描着鼠标或其它用户输入。
用户指令从PC上的数字接口通过微波数据流以Sony格式送到远地单元，在这里以RS232格式示出。摄像机控制器里的Sony摄像机驱动器操纵伺服电机，实现左转、右转、上斜、下斜和光圈控制。
由前述可见，摄像机镜头控制设备也可部分或全部处于微处理器驱动的基地单元控制之下。可设置各种算法来全面控制变焦距、焦点与光圈以及其它摄像机图像变量，为镜头系统提供期望的位置变化与位置变化速率，如控制一个位置到另一位置的变焦、焦点与光圈功能的会聚速度，一起工作于特定应用所需的最平稳的性能。
虽然已图示和描述了本发明诸实施例及其较佳实施方法，但本领域技术人员显然明白，本发明包括各种修正与变化而不违背发明的精神和范围。此外应理解，所述诸较佳实施例的各个方面可全部或部分互换或分离，而前述说明只作示例，并不限制且不打算限制本发明的范围，特征和/或变化。
权利要求
1.一种对某一地点提供远程无线视频监视的方法，其特征在于，所述方法包括步骤用微型模拟视频摄像机产生代表该地点图像的模拟电信号把模拟信号转换成数字电信号并形成IP格式；用第一以太网收发机通过扭绞线对发送IP格式的视频数据；用第二以太网收发机通过扭绞线对接收IP格式的视频数据；向基地单元无线发送含IP格式数据的微波信号；在基地单元接收来自远地单元的IP格式数据微波信号；通过计算机网络向用户终端发送IP格式数据；用视频播放机把IP格式数据转换成数字视频信号；和在用户终端处监视器上显示数字视频信号。
2.权利要求1所述的方法，其特征在于，所述IP格式包括TCP/IP。
3.权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微波传输频率为5.0～6.0GHz。
4.权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤在基地单元输入随动摄影、倾斜与变焦距控制指令，控制摄像机操作。
5.权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤应用该地点附设的摄像机，选择诸摄像机产生的视频数据。
6.权利要求5所述的方法，其特征在于，用对基地单元的输入选择视频数据。
7.权利要求1所述的方法，其特征在于，计算机网络是因特网。
8.一种对网络上多台计算机终端提供某一地点的无线视频监视数据的系统，其特征在于，所述系统包括至少一台摄像机，用于产生包含代表该地点图像的视频数据的电磁信号把电磁信号的视频数据转换成IP格式的装置；通过扭绞线对发送IP格式视频数据的第一以太网收发机；通过扭绞线对接收IP格式视频数据的第二以太网收发机向基地单元无线发送第二以太网收发机输出的视频数据的装置；在基地单元接收和译码无线视频数据传输的装置；和通过网络把视频数据从基地单元发送到多台计算机终端的装置。
9.权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统还包括在远地单元存贮视频数据的装置。
10.权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统还包括按基地单元的输入控制摄像机的装置。
全文摘要
揭示一种利用TCP/IP联网协议对视频数据作微波传输来无线视频监视远程地点的系统与方法。系统包括的远地单元(10)具有一台或多台模拟摄像机，用扭绞线对连接的以太网收发机联接至微波收发机的视频编译码器。包括另一微波收发机和联至计算机的以太网收发机的基地单元(12)接收微波传输。基地单元计算机接一个或多个计算机网络(16)，可将视频数据传输到网络上多台计算机终端。
文档编号G08B13/196GK1643928SQ03807185
公开日2005年7月20日 申请日期2003年2月25日 优先权日2002年2月25日
发明者R·D·维因斯泰恩 申请人:森脱勒斯股份有限公司