专利名称：基于可见光无线通信的音视频点播系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种无线通信音视频点播系统，特别涉及一种基于可见光无线通信的音视频点播系统和方法。
背景技术：
目前移动互联网飞速发展，基于各种手持终端的移动多媒体业务，对蜂窝移动通信网络的信息传输能力提出了越来越高的要求。向用户进行无线高速多媒体信息传输，需要占用大量频谱、功率等无线传输资源，在热点地区将给蜂窝移动通信网络带来很大的负担。目前还没有很好的解决方案，能够不占用蜂窝移动通信网络的无线传输资源，为用户提供无线高速多媒体信息服务的方法。
发明内容
发明目的为了解决在基本不占用蜂窝移动通信网络无线传输资源的条件下，为用户提供无线实时音视频点播服务的问题，本发明提供一种基于可见光无线通信音视频点播系统和方法。技术方案本发明提供一种基于可见光无线通信的音视频点播系统，包括接入点、移动终端、点播控制模块和音视频数据库，所述接入点包括信息调制模块和发光二极管；所述移动终端包括光接收器、信息恢复模块、中央处理器、显示控制面板和蜂窝移动通信网络数据传输模块；所述点播控制模块通过有线网络将节目信息传递给信息调制系统，这里的节目信息包括点播菜单信息和音视频信息，信息调制模块将接收的节目信息转化成电信号控制发光二极管发出光信号，光接收器将接收的发光二极管发出的光信号通过信息恢复模块恢复出节目信息，并且将节目信息传递给中央处理器，中央处理器再将节目信息传递到显示控制面板，显示控制面板将节目选择信息通过中央处理器传递到蜂窝移动通信网络数据传输模块，蜂窝移动通信网络数据传输模块将节目选择信息通过蜂窝移动通信网络传递到有线网络，再通过有线网络传递到点播控制系统，点播控制模块与音视频数据库双向连接传输节目信息。其中，所述信息调制模块是将节目信息表或音视频资源经过数字处理转变成驱动发光二极管的电信号，为了更好的实现这一功能，此模块采用由现场可编程门阵列FPGA等元器件组成的电路，其连接关系为FPGA的输入端接收节目信息表或音视频资源，输出端连接第一电容Cl,第一电容Cl的另一端分别连接第一电阻Rl和第二电阻R2,第一电阻Rl的另一端接地，第二电阻R2的另一端分别连接第五电阻R5和第一集成运算放大器Ul的反相输入端，第五电阻R5的另一端分别与第六电阻R6和第一集成运算放大器Ul的输出端连接，第二电容C2、第三电阻R3和第四电阻R4的一端同时接在集成运算放大器Ul的同相输入端，其中第二电容C2和第四电阻R4另一端同时接地，第三电阻R3的另一端接电源正极Vcc，第六电阻R6的另一端与第三电容C3的一端连接，第三电容C3的另一端分别连接第七电阻R7、第八电阻R8和NPN型三极管的基极，其中第七电阻R7的另一端接电源正极Vcc，第八电阻R8的另一端接地，NPN型三极管的发射极接第九电阻R9，第九电阻R9的另一端接地，NPN型三极管的集电极接发光二极管12。所述光信息恢复模块22，主要将光信号转恢复成数字信号，再将数字信号进行处理恢复成节目信息表或音视频资源，为了实现这一功能，此模块采用的电路结构为光接收器(21)的 输出端分别连接第十电阻RlO和第四电容C4，第十电阻RlO的另一端接偏置电压Vbias，第四电容C4的另一端与第六电容C6、第十三电阻R13和第二集成运算放大器U3的反相输入端连接，第六电容C6和第十三电阻R13的另一端同时与第十四电阻R14的一端和第二集成运算放大器U3的输出端连接，第二集成运算放大器U3的同相输入端连接有第十一电阻R11、第十二电阻R12和第五电容C5的一端，其中第十二电阻R12和第五电容C5的另一端接地，第十一电阻Rll的另一端接电源正极Vcc，电阻R14的另一端连接第七电容C7，第七电容C7的另一端同时连接第三集成运算放大器U4的反相输入端、第九电容C9和第十七电阻R17的一端，第九电容C9和第十七电阻R17的另一端同时接有第十八电阻R18的一端和第三集成运算放大器U4的输出端，第三集成运算放大器U4的同相输入端连接第八电容C8、第十五电阻R15和第十六电阻R16的一端,其中第十五电阻R15的另一端接电源正极Vcc,第八电容C8和第十六电阻R16的另一端接地；第十八电阻R18的另一端接第十电容ClO的一端，其另一端接模数转换器ADC，转换器ADC的输出端接现场可编程门阵列的输入端。此电路主要将光信号转换成数字信号。本发明支持多个接入点共同工作，所以接入点至少有一个。为了方便用户的操作和使用，显示操作面板优选触摸式显示屏。本发明还涉及一种音视频点播的开见光无线通信方法，步骤I :将接入点(I)安装在为用户提供服务的位置；步骤2 :通过自动或手动的方式，在点播控制模块(3)中设置接入点(I)的位置信息；步骤3 :根据步骤2中接入点(I)的位置信息，点播控制模块(3)通过有线网络，向接入点(I)发送点播菜单信息；步骤4 :接入点(I)中的信息调制模块(11)和发光二极管(12)将接入点(I)收到点播菜单信息转换成光信号，发送出；步骤5 :移动终端(2)中的光接收器(21)和信息恢复模块(22)从接收的光信号中恢复出接入点(I)发送的点播菜单信息；步骤6 :移动终端(2)中，中央处理器(23)将收到的点播菜单信息显示在显示控制面板(24)上；步骤7 :中央处理器(23)根据用户的选择，通过蜂窝移动通信网络数据传输模块
(25)，将用户选择的节目发送给蜂窝移动通信网络，用户的选择通过蜂窝移动通信网络传到有限网络最后到达点播控制模块(3)；步骤8 :点播控制系统(3)根据用户的选择，从音视频数据库(4)中调取视频文件，通过有线网络，发送至用户所在接入点(I)；步骤9 :接入点(I)将收到的音视频信息转换成光信号，发送出去；步骤10 :移动终端(2)从接收的光信号中恢复出音视频信息，通过中央处理器
(23)传输到显示控制面板(24)上。有益效果本发明利用可见光无线通信替代传统的射频通信，在热点区域为用户提供无线高速多媒体信息服务，节省了蜂窝移动通信系统的无线传输资源，增强了用户使用移动互联网业务的体验。同时，本发明使用的可见光无线通信技术还具有频谱免许可、材料绿色环保、对人体安全、无电磁干扰、保密性好、可在照明的同时通信以及系统复杂度低等优点。
图I是本发明的模块结构示意图；图2是接入点中信息调制系统和发光二极管的电路原理图；图3是移动终端中光接收器和信息恢复系统的电路原理图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的技术方案作进一步解释。如图I所示，基于可见光无线通信的音视频点播系统，包括接入点I、移动终端2、点播控制模块3和音视频数据库4，所述接入点I由信息调制模块11和发光二极管LED12连接组成，所述移动终端2由光接收器21、信息恢复模块22、中央处理器23、显示控制面板24和蜂窝移动通信网络数据传输模块25连接组成。接入点I安装在需要为用户提供服务的固定位置，安装后，通过自动或手动的方式，在点播控制模块3中设置其位置信息。根据此位置信息，点播控制模块3通过有线网络，向该接入点I发送点播菜单信息。系统支持多个接入点1，安装在不同的位置。点播控制模块3可向不同接入点I发送不同的点播菜单信息。接入点I收到点播菜单信息后，其中的信息调制模块11和发光二极管LED 12将此信息调制在可见光上，发送出去。移动终端2中的光接收器21和信息恢复模块22从接收的可见光中恢复出接入点I发送的点播菜单信息。移动终端2中，中央处理器23将收到的点播菜单信息发送到显示控制面板24上。用户从点播菜单中选择想要接收的音视频节目，中央处理器23根据用户的选择，通过蜂窝移动通信网络数据传输模块25，通过短信或移动数据业务的方式，将用户的选择发送给蜂窝移动通信网络。用户的选择经蜂窝移动通信网络传递到有线网络，再通过有线网络到达点播控制模块3。点播控制模块3根据用户的选择，从音视频数据库4中调取相应的文件，通过有线网络，发送至用户所在接入点I。接入点I将收到的音视频信息调制在可见光上，发送出去。移动终端2从接收的可见光中恢复出音视频信息，通过显示控制面板24呈现给用户。接入点I中的信息调制模块11和发光二极管LED12的电路原理图如图2所示。发光二极管采用型号为LE Uff S2LN的芯片，其在350mA电流下发出的光通量为4501m，视角为140度最优。图2中，输入信号首先由现场可编程门阵列(FPGA)进行数字处理，FPGA芯片型号为XC5VLX50T。数字处理包括信道编码、调制和组帧等步骤。这里采用维特比编码和OOK调制。FPGA输出的数字信号直接输入后续电路。Ul为型号为0PA2674的集成运算放大器，Ul及其外围电路构成匹配、滤波及放大电路，对FPGA的输出信号进行匹配、滤波和放大；U2为型号为C1971的三极管，U2及其外围电路构成LED的驱动电路。此电路是将点播菜单信息和视频文件转换成电信号，并用此电信号控制驱动发光二极管12的电流的大小，从而改变发光二极管12的发光强度。在将信息转换成合适的电信号过程中所采用的调制技术包含但不限于开关键控(00K)、脉冲幅度调制(PAM)、脉冲位置调制(PAM)、正交频分复用(OFDM)和码分多址(CDMA)。系统可选择对传输的信息进行加密，包括在点播控制模块3中进行加密、在信息调制模块11中进行加密和在点播控制模块3和信息调制模块11中都进行加密。移动终端2中的光接收器21和信息恢复模块22的电路原理图如图3所示。光接收器21采用型号为SH1203的PD，其典型转换时间为5ns。图3中，U3和U4都为型号为0PA657的集成运算放大器，U3和U4及其外围电路构成两级滤波放大电路，对H)输出的电流信号进行放大和滤波，然后由模数转换器(ADC)进行采样和量化，得到数字信号。ADC芯片的型号为AD9215，采样速率65MHz，量化精度10比特。ADC输出的数字信号由FPGA进行处理，进行同步、解帧、解调和信道译码等操作，得到输出信号。FPGA芯片型号为XC5VLX50T。此电路主要将光信号恢复成点播菜单信息和视频文件。移动终端2接收接入点I发来的信息。其中光接收器21将收到的光强度转换为电流大小。光接收器21可以采用光电二极管(PD)、雪崩光电二极管(APD)、光敏三极管、电 荷耦合器件(CCD)或太阳能板。信息恢复模块22接收光接收器21的输出电流，从中恢复出接入点I发送的信息，并传送给中央处理器23进行处理。当收到点播菜单信息时，将在显示控制面板24上显示点播菜单。当收到音视频信息时，通过显示控制面板24播放。移动终端2中的中央处理器23采用ARM 2440，用户界面24采用触摸显示屏，蜂窝移动通信网络数据传输模块25采用MC52i实现。
权利要求
1.基于可见光无线通信的音视频点播系统，包括接入点(I)、移动终端(2)、点播控制模块(3)和音视频数据库(4)，其特征在于所述接入点(I)包括信息调制模块(11)和发光二极管(12);所述移动终端(2)包括光接收器(21)、信息恢复模块(22)、中央处理器(23)、显示控制面板(24)和蜂窝移动通信网络数据传输模块(25);所述点播控制模块(3)通过有线网络将节目信息传递给信息调制模块(11)，信息调制模块(11)将接收的节目信息转化成电信号控制发光二极管(12)发出光信号，光接收器(21)将接收的发光二极管(12)发出的光信号通过信息恢复模块(22)恢复成节目信息，并且将节目信息传递给中央处理器(23)，中央处理器(23)再将节目信息传递到显示控制面板(24)，显示控制面板(24)将节目选择信息通过中央处理器(23)传递到蜂窝移动通信网络数据传输模块(25)，蜂窝移动通信网络数据传输模块(25)将节目选择信息通过蜂窝移动通信网络传递到有线网络，再通过有线网络传递到点播控制模块(3)，点播控制模块(3)与音视频数据库(4)双向连接传输节目信息。
2.根据权利要求I所述的基于可见光无线通信的音视频点播系统，其特征在于所述信息调制模块(11)包括现场可编程门阵列FPGA，现场可编程门阵列FPGA的输出端连接第一电容Cl,第一电容Cl的另一端分别连接第一电阻Rl和第二电阻R2,第一电阻Rl的另一端接地，第二电阻R2的另一端分别连接第五电阻R5和第一集成运算放大器Ul的反相输入端，第五电阻R5的另一端分别与第六电阻R6和第一集成运算放大器Ul的输出端连接，第二电容C2、第三电阻R3和第四电阻R4的一端同时接在集成运算放大器Ul的同相输入端，其中第二电容C2和第四电阻R4另一端同时接地，第三电阻R3的另一端接电源正极Vcc，第六电阻R6的另一端与第三电容C3的一端连接，第三电容C3的另一端分别连接第七电阻R7、第八电阻R8和NPN型三极管的基极，其中第七电阻R7的另一端接电源正极Vcc，第八电阻R8的另一端接地，NPN型三极管的发射极接第九电阻R9，第九电阻R9的另一端接地，NPN型三极管的集电极接发光二极管LED (12)。
3.根据权利要求I所述的基于可见光无线通信的音视频点播系统，其特征在于所述信息恢复模块(22)包括第十电阻R10、第四电阻C4和第二集成运算放大器U3，第十电阻RlO的一端与第四电容C4连接，第十电阻RlO的另一端接偏置电压Vbias，第四电容C4的另一端与第六电容C6、第十三电阻R13和第二集成运算放大器U3的反相输入端连接，第六电容C6和第十三电阻R13的另一端同时与第十四电阻R14的一端和第二集成运算放大器U3的输出端连接,第二集成运算放大器U3的同相输入端连接有第^ 电阻R11、第十二电阻R12和第五电容C5的一端,其中第十二电阻R12和第五电容C5的另一端接地,第^ 电阻Rll的另一端接电源正极Vcc，电阻R14的另一端连接第七电容C7，第七电容C7的另一端同时连接第三集成运算放大器U4的反相输入端、第九电容C9和第十七电阻R17的一端，第九电容C9和第十七电阻R17的另一端同时接有第十八电阻R18的一端和第三集成运算放大器U4的输出端，第三集成运算放大器U4的同相输入端连接第八电容CS、第十五电阻R15和第十六电阻R16的一端,其中第十五电阻R15的另一端接电源正极Vcc,第八电容C8和第十六电阻R16的另一端接地；第十八电阻R18的另一端接第十电容ClO的一端,第十电容ClO的另一端接模数转换器ADC，模数转换器ADC的输出端接现场可编程门阵列FPGA的输入端。
4.根据权利要求I所述的基于可见光无线通信的音视频点播系统，其特征在于所述的接入点(I)有至少一个。
5.根据权利要求I所述的基于可见光无线通信的音视频点播系统，其特征在于所述显示控制面板(24)为触摸显示屏。
6.一种基于可见光无线通信的音视频点播方法，包括如下步骤 步骤I :将接入点(I)安装在为用户提供服务的位置； 步骤2 :通过自动或手动的方式，在点播控制模块(3)中设置接入点(I)的位置信息；步骤3 :根据步骤2中的接入点(I)的位置信息，点播控制模块(3)通过有线网络，向接入点(I)发送点播菜单信息； 步骤4 :接入点(I)中的信息调制模块(11)和发光二极管(12)将接入点(I)收到的点播菜单信息转换成光信号，发送给移动终端(2)； 步骤5 :移动终端(2)中的光接收器(21)和信息恢复模块(22)从接收的光信号中恢复出接入点(I)发送的点播菜单信息； 步骤6 :移动终端(2)中，中央处理器(23)将收到的点播菜单信息显示在显示控制面板(24)上； 步骤7 :中央处理器(23)根据用户的选择，通过蜂窝移动通信网络数据传输模块(25)，将用户的选择发送给蜂窝移动通信网络，用户的选择通过蜂窝移动通信网络传到有线网络最后到达点播控制模块(3)； 步骤8:点播控制系统(3)根据用户的选择，从音视频数据库(4)中调取音视频信息，通过有线网络，发送至接入点(I)； 步骤9 :接入点(I)将收到的音视频信息转换成光信号，发送给移动终端(2)； 步骤10 :移动终端(2)从接收的光信号中恢复出音视频信息，通过中央处理器(23)传输到显示控制面板(24)上。
7.根据权利要求6所述一种基于可见光无线通信的音视频点播方法，其特征在于所述信息调制模块(11)和发光二极管(12)将接入点(I)收到的点播菜单信息或音视频信息转换成光信号的方法为将点播菜单信息或音视频信息转换成电信号，并用该电信号控制驱动发光二极管(12)的电流大小，从而改变发光二极管(12)的发光强度。
8.根据权利要求6所述一种基于可见光无线通信的音视频点播方法，其特征在于所述步骤3中，接入点(I)的数量有多个，点播控制模块(3)通过有线网络，向不同接入点(I)分别发送点播菜单信息。
全文摘要
本发明公开了一种基于可见光无线通信的音视频点播系统，包括接入点、移动终端、点播控制模块和音视频数据库，所述接入点包括信息调制模块和发光二极管；所述移动终端包括光接收器、信息恢复模块、中央处理器、显示控制面板和蜂窝移动通信网络数据传输模块，其中所述信息调制模块的输出端接发光二极管；所述光接收器将接收的发光二极管的光信号通过信息恢复模块转换成数字信号，并且信息恢复模块将所述数字信号传递给中央处理器。本发明还公开了一种基于可见光无线通信的音视频点播方法。本发明利用可见光无线通信替代传统的射频通信，在热点区域为用户提供无线高速多媒体信息服务，节省了蜂窝移动通信系统的无线传输资源，在照明的同时进行通信。
文档编号H04N21/472GK102833589SQ20121031260
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月29日 优先权日2012年8月29日
发明者张在琛, 伍德斌, 余旭涛, 毕光国, 尤肖虎 申请人:东南大学