专利名称：用于监视系统的发射器及接收器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于经由诸如无线传输信道之类的传输信道而进行诸如视频监视数据之类的数据的传输的发射器。该发射器用于从数据源接收数据流，并且包括处理装置和连在该处理装置上的本地存储装置，该处理装置连在带宽检测器上，该带宽检测器用于检测传输信道的瞬时可用带宽，该处理装置用于选择并直接发射与所检测到的可用带宽相对应的数据流的第一部分。本发明还涉及一种用于经由传输信道接收所述数据流的接收器，该接收器包括接收器处理装置和连接到该接收器处理装置的接收器存储装置。本发明还涉及一种监视系统，其包括至少一个根据本发明的发射器和至少一个根据本发明的接收器。
背景技术：
US专利申请公开US-A1-2001/0056579描述了这样一种用在安全系统中的传输系统。这篇文献描述了一种监视摄像机系统，其包括至少一个包括用于检测声音或移动的传感器的摄像机单元、用于检测网络通信量的通信量检测器以及用于存储视频数据的存储器。在检测到声音或移动并且所测量到的通信量超过了预定参考水平的情况下，仅仅将监视数据的一部分(例如仅仅是声音)发射到显示终端或数据存储终端。从而，如果在具有在参考水平之上的通信量的时段期间出现警报，那么重要事件的视频和/或声音数据可能丢失。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种鲁棒并且可靠的监视系统(的部分)。该系统应当保证所有源数据最终都被存储以用于之后的分析或检查。而且，该系统应当能够提供基本实时监视的级别，即使是在通讯信道恶劣的情况下。
根据本发明，根据如上所规定的权利要求1的前序，提供了一种发射器，其中，处理装置还用于在将数据流的第二部分存储在本地存储装置中，该第二部分是由来自数据流的剩余数据构成的，并且处理装置还用于在随后足够的传输信道带宽可用的时候，及时地取回并发射数据流的第二部分。
这就可以在所有数据都已经从发射器发射以后获得完整的原始数据流。这在监视应用中是特别有利的，在监视应用中，所记录的数据流随后可能用于进一步的分析或证据。
在本发明的实施例中，数据流是视频数据流，数据流的第一部分是具有图像质量比来自数据源的数据流的图像质量要低的帧的视频流。通过使用较低的图像质量，更少的比特被发射，这可以适应传输信道的实际可用带宽，但是，尽管如此，图像流还是提供了对于监视的目的来说足够的景物总览(scenery overview)。必需带宽可以使用因数1-100来缩减。在视频数据流包括JPEG编码图像(例如，JPEG2000)，并且数据流的第一部分包括JPEG编码图像的一个或更多的级别的时候，其特别有利。JPEG编码提供了压缩编码层，并且可以受益于分层的图像质量。即使是最低的图像层也提供了完全的景物总览，并且每一个附加的层都提高了该景物总览的质量。
在更进一步的实施例中，数据流是视频数据流，并且数据流的第一部分是具有比来自数据源的数据流的帧速率要低的帧速率的视频流。这也可以在监视应用中发射完全的景物总览，虽然是以比较低的图像频率进行发射。必需带宽可以使用因数1-40来缩减，而与图像质量按比例降低相结合，可以实现1-4000之间的可能的带宽降低因数，提供了对于传输信道带宽中断或变化的非常好的抵抗力。
在更进一步的实施例中，该处理装置用于将来自数据源的当前数据流与所取得的该数据流的第二部分进行多路复用。这样，在传输信道的可用带宽允许的时候，将本地存储的数据加入到现场(live)数据流，一旦足够的带宽是可用的就实现正常的全质量监视。
根据本发明更进一步的方面，提供了一种根据权利要求6的前序的接收器，其中接收器处理装置用于将由发射器通过传输信道发射的该数据流的第一部分存储在接收器存储装置中，以及在接收到该数据流的第二部分的时候，就从接收器存储装置中取回该数据流的第一部分，合并第一部分和第二部分以获得该数据流，并存储该数据流。
有利的是，该接收器与根据本发明的发射器协作使用。在传输信道上可用带宽不足的时候，发射器会发射比较少数据，该数据被接收器存储。一旦传输信道带宽允许发射更多的数据，就将所接收的(历史)数据与已经存储的数据合并，得到完整的原始数据流，并将其存储在接收器存储装置中。完整的数据流可以用于以后更进一步的分析或用作证据。
在更进一步的实施例中，接收器还包括连接到接收器处理装置的显示器，该接收器处理装置还用于在接收的时候显示该数据流的第一部分。这就可以将所接收的数据流用于实时监视，即使是在低于传输信道的正常可用带宽的情况下。
在更进一步的实施例中，该接收器处理装置可以用于将可用传输带宽信号发射到发射器的带宽检测器。例如，可以从所接收的数据流(比特误差率、所接收信号强度、信噪比等等)中来确定传输信道上的可用带宽。其可以使用相同的传输信道，或分离的传输或控制信道来从接收器发射到发射器。
根据该发明更进一步的方面，提供了一种根据权利要求9的前序的监视系统，包括根据本发明的至少一个发射器和至少一个接收器。这就可以在单个接收站，或多个接收站上监控建筑物或隔离场所上的多个监视站点。该接收站可以是固定的站点，或移动的站点，例如，警卫车。
在更进一步的实施例中，该监视系统还包括中央控制器，该中央控制器用于控制用于所述至少一个发射器中每一个的传输信道的可用带宽。这就可以为监视系统提供灵活的操作模式，其中，各别的监视站点可以给予不同的优先权、用于每一发射器的不同的数据退化(data degradation)方法等等，例如入口门监视站点可给予比屋顶监视站点更高的优先权，从而使得在带宽退化的情况下来自入口门的实时景物与来自屋顶的实时景物相比具有较高的质量。
最后，本发明涉及一种用于借助于使用额定带宽的传输信道来将数据流从至少一个数据源发射到数据接收方的方法，该方法包括确定传输信道的瞬时可用带宽，在瞬时可用带宽小于额定带宽的时候将数据流分成第一部分和第二部分，第一部分具有在所确定的瞬时可用带宽之下的必需带宽，并且通过传输信道发射第一部分并在数据接收方存储第一部分，在至少一个数据源中存储第二部分，以及，在瞬时可用带宽大于额定带宽的时候，取回第二部分，通过传输信道发射第二部分，并在数据接收方上取回第一部分来合并第一部分和第二部分，以获得原始数据流。
本方法提供了与上述监视系统类、发射器和接收器实施例类似的优点。在本方法的实施例中数据流可以是视频数据，并且该数据流的第一部分是具有图像质量比来自数据源的数据流的图像质量要低的帧的视频流。该视频流可以包括JPEG编码图像(例如JPEG2000)，则数据流的第一部分就包括JPEG编码图像的一个或更多的层。在更进一步的实施例中，数据流是视频数据流，该数据流的第一部分是具有比来自数据源的数据流的帧速率要低的帧速率的视频流。该方法可以包括将来自数据源的当前数据流与所取回的该数据流的第二部分进行多路复用。而且，该方法还可以包括在接收的时候就显示数据流的第一部分。
现在将参考附图，仅仅通过举例的方式，来说明该发明的实施例，其中相应的参考标记表示相应的部分，其中图1示出了根据本发明的实施例的发射器的示意图；图2示出了根据本发明的实施例的接收器的示意图；图3示出了根据本发明的实施例的监视系统的示意图；以及图4示出了根据本发明的实施例的监视系统和移动检查单元的示意图。
具体实施例方式
图1示意性地示出了所提出的发射器1。在正常工作模式中，发射器1以额定带宽将包括例如数字监视数据的数据流从监视站点6经由传输信道2发射到远程监控站点。发射器1包括发射器处理装置5，其从监视站点接收数据流，并经由传输信道2发射经过处理的数据。而且，发射器1包括连接到处理装置5的存储装置7，用于存储和取回数据。发射器处理装置5可以包括例如数字处理电路、模拟处理电路或两者的组合。存储装置7可以包括任何类型的大容量数据存储器，例如但并不受限于，磁盘存储器或光盘存储器、或电子元件，例如RAM、PROM等等。此外，发射器1包括带宽检测器4，带宽检测器4提供了传输信道2的瞬时可用带宽。发射器1还可以包括用于执行其它发射器类型的功能的其它元件，所述功能例如RF信号处理，但是对于本发明的详细论述来说不认为这些是重要的。
监视站点6可以包括已知的监视摄像机(或许具有音频能力)，该监视摄像机输出数字数据流。传输信道2可以是，例如，空气(无线链路的情况)或光学传输纤维。该数据流包括，例如，在监视站点6由监视摄像机捕获的图像和音频数据，以及能够实现传输系统的监视和配置的控制信息。该控制信息由发射器处理装置5加入到数据流。
如果有由于例如非法事件或无线电干扰所导致的带宽限制，则带宽检测器4就检测到传输信道2的瞬时带宽降低以致其带宽不足以传送来自监视站点6的全部监视数据。在这种受限制的工作模式中，发射器处理装置5用于以根据受限制的带宽而降低了的分辨率和/或帧速率来将监视数据提供给发射器1并在本地存储介质7中存储该监视数据的剩余部分。在恢复工作模式中，即在传输信道的带宽从暂时的限制中恢复之后，发射器处理装置5从本地存储装置7中取回先前存储的数据，将它与来自监视站点6的监视数据进行多路复用，并将二者都发射到传输信道2。
图2示出了与发射器1协同使用的接收器3的示意图。接收器3可以安置得远离发射器1，该距离取决于发射器1和接收器3的能力。接收器3包括接收器处理装置8和本地存储介质9，例如硬盘驱动器或半导体存储器，例如RAM(随机存取存储器)。在正常操作模式下，接收器处理装置8接收来自发射器1的数据流并将其存储在本地存储介质9中，该数据流可以从本地存储介质9直接取回，以用于实时查看或在以后的时间来查看所记录的事件。在受限制的带宽的情况下，接收器8就相应于传输信道2的可用带宽，以降低的帧速率和/或分辨率来接收来自发射器1的数据流，并将其存储在接收器存储装置9中。该数据能够直接地取回以用于降低质量的监视数据的实时查看。在恢复的情况下，传输介质2的容量恢复，并且接收器3接收存储在该发射器的存储内存7中的先前捕获的数据和来自监视站点6的监视数据。接收器处理装置8在接收器存储介质中存储监视数据，并将先前捕获的监视数据与在带宽限制期间所存储的接收器存储装置7中的相应数据合并。注意，在恢复的情况下点对点传输系统的带宽理想的应当是超过正常情况中使用的额定信号带宽，从而能够发射附加的(历史)数据。
带宽检测器4可以实现为软件网络管理单元，其存在于监视系统的发射器1和接收器3中的每一个中。每一个单元都知道监视系统中的网络带宽需求以及每一个传输信道2的带宽能力。当实际可用带宽由于外部或内部事件而改变的时候，检测到上述改变的软件网络管理单元将该情况用信号通知发射器处理装置5，从而转换到受限制的工作模式(或开始恢复模式或正常工作模式)。所述改变信息将逐步(ripple)传送到其它软件网络管理单元，从而可以使得其它发射器1也转换到不同的工作模式。
在本发明的有利实施例中，在暂时限制带宽的时候，被调节以使数据流适应可用带宽的监视数据的参数是可由用户来控制的。例如，该系统可以这样配置在限制带宽的情况下，帧速率保持不变(例如，每秒5帧)，但是每一图像的质量(例如，分辨率)降低，以便使数据带宽适应可用带宽。将图像帧以较差的质量传送给接收器3。在传输信道2的带宽恢复之后，传送剩余的图像信息，在接收器3中将每一个差质量的图像帧重建为全质量的图像帧。通过使用这种方法，数据传送的比特率可以用高达l00的因数来进行调整，例如，在来自监视站点6的数据流包括，或将其处理为包括JPEG图像数据的时候。已知的JPEG压缩格式是一种分层压缩的方案的实例，其中图像的质量逐层得到增强。在发射和显示所述分层数据的仅仅一个或更多的比较低的层的时候，可以观看来自监视站点6的完整景物，尽管是以较低质量的图像进行观看。对于包括视频数据的数据流，本发明的优选实施例与可以用于分层压缩的JPEG2000视频压缩法紧密协作地工作。JPEG2000的迭代算法可以发射不同质量的图像(并因此存储该图像的剩余)作为其迭代压缩方法的一部分。
另一个降低比特率的实例是降低帧速率，而维持每一图像帧的质量。通过使用这种方法，能够通过将帧速率从每秒5帧降低到每秒l帧来使用因数5来降低比特率，导致在发射器存储介质7中存储80％的数据。再一次，来自监视站点6的完整景物可以得到监控，但是是采用了较差的瞬时分辨率(较少的每秒帧)。剩余的80％在传输信道的带宽恢复之后发射。所存储的数据由，例如图像帧1、2、3、4、6、7、8、9、11、12、13、14、……、等等组成，而所发射的数据则包括帧0、5、10、15、……、等等。在带宽恢复之后，将这些在前的帧插入到在接收器端处的已经传送的数据流中，以产生具有原始质量的完整数据流。显然，这两种机制可以结合来提供宽范围的必需的传输带宽以及在带宽恢复之后恢复监视数据的原始质量的可能性。
在该发明更进一步的实施例中，传输信道2由在容量方面可以各自进行调节的多个数据流共享。例如，可以通过上述机制调节帧速率、分辨率、或二者。例如，能够根据预定的优先权级别，对从围墙、入口、停车场、屋顶等等得到的被捕获视频图像的六个数据流进行调节，预定的优先权级别是基于数据流中的每一个的重要性的。对于每一个流来说，定义或“压缩分布(compaction profile)”可以在该系统中进行预定义，这取决于每一个流的特征和重要性。在例如所有所提到的监视站点6发射它们的数据到单个接收器3的时候，接收器处理装置8可以用于使用相同的传输信道2或不同的通讯信道来控制所有监视站点6。例如在限制带宽的情况下，屋顶的视频流可以使用因数1000来降低(结合了帧速率和质量)，而入口的视频流仅使用因数4(仅仅是质量)来降低，因数4与和观察入口门(不遗漏任何正在发生的事件)关联的重要性有关系。
在本发明更进一步的实施例中，从发射器处理装置5发射的数据流包括有效荷载部分以及基本上更小的系统开销(overhead)部分，所述有效荷载部分具有例如由监视站点6中的摄像机捕获的声音和图像数据这样的监视数据，所述系统开销部分可以用于网络管理和例如用于确定质量的固定标识符，例如在传输信道2的BER(比特误差率)方面。
在本发明更进一步的实施例中，多个发射器一接收器对可以级联(cascade)，以便能够桥接监视站点与远程监控站点之间的特定传输距离。在这示范性的实施例中，中间的发射器1和接收器3常常是背对背(back-to-back)地连接的。在这种类型的配置中相似的机制会是有效的，在整个由级联发射器-接收器对构成的系统中维持定义/控制。
图3示意性地示出了根据本发明的监视系统的示范性实施例，包括星形配置的几个发射器1和单个接收器3。在这种配置中，从监视站点6到接收器3的数据流可以利用时分多路复用来管理，其中，传输时隙专用于不同的发射器1。时隙可以同步，以便来自发射器1的分组在接收器3上不会互相干扰。接收器处理装置8(参见图2)可以用于管理监视系统的不同要素，以及例如提供接口来方便监视系统的操作和管理。在本发明更进一步的实施例中，中央控制器11用于管理监视系统，例如设置不同数据流的优先级别、为不同发射器分配时隙、软件升级、数据流的编码等等，中央控制器11可以用来管理监视系统。注意，上述数据处理模式(即正常、限制及恢复模式)可以应用于每个发射器1与接收器3之间的数据流。使来自不同发射器1的数据流适应于瞬时可用带宽可以通过调整图像帧的分辨率或图像帧速率或其二者的结合来实现。此外，确定例如来自一个单个发射器1的数据流中不同数据流组(例如，来自围墙、屋顶、门等等)以及来自发射器1的不同数据流的重要性的优先级别可以由发射器处理装置5来进行分配和使用，以决定在暂时限制带宽的情况下，将哪一个数据流存储在发射器储存存储器7中和/或者要对哪一个数据流进行调整(在例如图像帧速率或帧分辨率方面)。
图4示意性地示出了本发明更进一步的示范性实施例，包括移动单元12，例如汽车。移动单元12包括处理装置8以及显示器10，用于接收和检查来自发射器1的数据流。根据在上述机制中的三种模式，来自发射器1的数据流可以包括来自监视站点6的完全帧速率和分辨率的数据，以及来自储存存储器7的一部分先前捕获的数据(即恢复模式)、来自监视站点6的完全帧速率和/或分辨率数据(即正常模式)、或者来自监视站点6的降低的帧速率和/或帧分辨率数据(即限制模式)。这个实施例允许警卫在监视下驾车到建筑物，并在进入该建筑物之前监控该建筑物内的各个摄像机。
在本发明更进一步的实施例中，建筑物内部的静态接收器3用于将已经记录的数据(历史视频流)发射给移动单元12。这可以例如用根据本发明的发射器1来实现。
尽管该发明的具体实施例已经在上面描述了，还是应当理解该发明可以不像上述那样来实践。上述实施例是该发明示范性实施例，而不是用来限制该发明的范围，该发明的范围在所附的权利要求中规定了。
权利要求
1.一种用于经由传输信道(2)进行数据传输的发射器(1)，所述发射器(1)用于接收来自数据源(6)的数据流，并且所述发射器(1)包括处理装置(5)和连接到所述处理装置的本地存储装置(7)，所述处理装置(5)连接到带宽检测器(4)，所述带宽检测器(4)用于检测所述传输信道(2)的瞬时可用带宽，所述处理装置(5)用于选择和直接发射与所检测到的可用带宽相对应的所述数据流的第一部分，其特征在于所述处理装置(5)还用于在所述本地存储装置(7)中存储所述数据流的第二部分，以及在随后所述传输信道(2)的足够带宽可用时及时取回和发射所述数据流的第二部分，其中所述第二部分是由所述数据流的剩余数据构成的。
2.如权利要求1所述的发射器(1)，其中，所述数据流是视频数据流，所述数据流的第一部分是具有其图像质量比来自所述数据源(6)的数据流的图像质量要低的帧的视频流。
3.如权利要求2所述的发射器(1)，其中，所述视频数据流包括JPEG编码图像，并且所述数据流的第一部分包括JPEG编码图像的一个或多个层。
4.如权利要求1至3中的任意一个所述的发射器(1)，其中，所述数据流是视频数据流，并且所述数据流的第一部分是具有比来自所述数据源(6)的数据流的帧速率更低的帧速率的视频流。
5.如在前权利要求中的任意一个所述的发射器(1)，其中，所述处理装置(5)用于将来自所述数据源(6)的当前数据流与所取回的所述数据流的第二部分进行多路复用。
6.一种用于经由传输信道(2)接收数据流的接收器(3)，所述接收器(3)包括接收器处理装置(8)和连接到所述接收器处理装置(8)的接收器存储装置(9)，其特征在于所述接收器处理装置(8)用于在所述接收器存储装置(9)中存储由根据权利要求1至5中的任意一个所述的发射器(1)通过传输信道(2)发射的数据流的第一部分，以及一旦接收到所述数据流的第二部分，就从所述接收器存储装置(9)取回所述数据流的第一部分，合并所述第一部分和所述第二部分以获得所述数据流，并存储所述数据流。
7.如权利要求6所述的接收器(3)，还包括连接到所述接收器处理装置(8)的显示器(10)，所述接收器处理装置(8)还用于一旦接收到就显示所述数据流的第一部分。
8.如权利要求6或7所述的接收器(3)，所述接收器处理装置(8)用于将可用传输带宽信号传送给所述发射器(1)的带宽检测器(4)。
9.监视系统，包括至少一个根据权利要求1至5中的任意一个所述的发射器(1)和至少一个根据权利要求6至8中的任意一个所述的接收器(3)。
10.如权利要求9所述的监视系统，其中所述监视系统还包括中央控制器(11)，所述中央控制器(11)用于控制所述至少一个发射器(1)中每一个的传输信道(2)的可用带宽。
11.一种用于借助于使用额定带宽的传输信道来将数据流从至少一个数据源发射到数据接收方的方法，所述方法包括确定所述传输信道的瞬时可用带宽；当所述瞬时可用带宽小于所述额定带宽时将所述数据流分成第一部分和第二部分，所述第一部分具有在所确定的瞬时可用带宽之下的必需带宽，以及通过所述传输信道发射所述第一部分并在所述数据接收方存储所述第一部分；在所述至少一个数据源中存储所述第二部分；以及当所述瞬时可用带宽大于所述额定带宽时取回所述第二部分；通过所述传输信道发射所述第二部分；在所述数据接收方，取回所述第一部分以合并所述第一部分和所述第二部分来获得所述原始数据流。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述数据流是视频数据流，所述数据流的第一部分是具有图像质量比来自所述数据源的数据流的图像质量更低的帧的视频流。
13.如权利要求12所述的方法，其中，所述视频数据流包括JPEG编码图像，并且所述数据流的第一部分包括JPEG编码图像的一个或多个层。
14.如权利要求11至13中的任意一个所述的方法，其中，所述数据流是视频数据流，并且所述数据流的第一部分是具有比来自数据源的数据流的帧速率更低的帧速率的视频流。
15.如权利要求11到14中的任意一个所述的方法，还包括将来自所述数据源的当前数据流与所取回的所述数据流的第二部分进行多路复用。
16.如权利要求11到15中的任意一个所述的方法，还包括一旦接收到就显示所述数据流的第一部分。
全文摘要
用于例如在监视系统中的数据传输的发射器(1)和接收器(3)。使用额定带宽将来自数据源(6)的数据流发射到数据接收方(3)。确定瞬时可用带宽，在瞬时可用带宽小于额定带宽的时候，将所述数据流分成第一部分和第二部分。发射第一部分并将其存储在数据接收方(3)上，而第二部分则存储在发射器(1)上。在瞬时可用带宽大于额定带宽的时候，取回并发射第二部分。在数据接收方(3)上，取回第一部分以合并第一部分和第二部分来获得原始数据流。
文档编号H04N7/18GK1954347SQ200480042993
公开日2007年4月25日 申请日期2004年3月11日 优先权日2004年3月11日
发明者约翰纳斯·斯滕斯玛, 马克·布卢门达尔 申请人:超声波设计控股公司