双模电力线芯片和网络摄像机及网络监控系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及网络监控领域，公开了双模电力线芯片，双模电力线网络摄像机及网络监控系统。双模电力线芯片包含双MAC核，可实现Home Plug AV2模式和G.hn模式的兼容与切换。实现零布线的同时可直接从电力线上取电给网络摄像机。双模电力线芯片包括：用于状态切换的双模式选择模块，第一连接状态下，模拟前端与第一物理层模块连接，第一以太网物理层模块与第一MAC层处理模块连接；在第二连接状态下，模拟前端与第二物理层模块连接，第一以太网物理层模块与第二MAC层处理模块连接。
【专利说明】双模电力线芯片和网络摄像机及网络监控系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及网络监控领域，特别涉及网络摄像机技术。
【背景技术】
[0002]目前的网络摄像机(以下简称IPC)产品都是进行网络布线，通过网线进行数据传输，利用IEEE802.3的以太网协议，可以连接到交换机等网络设备实现组网，与此同时IPC可具备POE(Power over Ethernet)功能，IPC可以通过网线进行数据传输和电源供给，从而实现了电源、网络信号共享。
[0003]但是网络信号在网线上进行传输，传输距离跟网线的材质有很大的关系，现有百兆网络上最常用的五类线，传输距离也仅仅在10m左右，距离再长之后，必须要增加中继或者接入交换机等措施，才能延长传输距离，这对于IPC视频信号的远距离传输是一个很大的瓶颈。
[0004]基于电力线的视频信号传输，相对于传统的网络布线，有很多优势。第一，传输距离最长支持到lKm。第二，可以直接在电力线上取电，给摄像机供电，省去了 POE的成本或者电源适配器的成本。第三，无需网线布线工程，节省成本。
[0005]现有电力线网络传输协议有两种分别是:Home Plug AV2和G.hn。这两种协议是现有市面上运用最为广泛的电力线网络传输协议，但目前存在最大的问题是两种协议无法相互兼容。
[0006]Home Plug AV2和G.hn两种协议都包括了电力线耦合、模拟前端，物理层、MAC层、以太网物理层，通过以上模块实现了电力线网络和普通以太网网络的转换，两者最大的区别在于MAC层的收发机制，HPAV (即Home Plug AV2)采用的是多路并发的方式，将各个节点的数据在同一时间往接收端发送，而G.hn采用的是时分复用的方式，将各个节点的数据进行分时发送，两种不同的收发机制导致了 HPAV和G.hn无法相互兼容。
实用新型内容
[0007]本实用新型的目的在于提供一种双模电力线芯片，双模电力线网络摄像机及网络监控系统，在双模电力线芯片中包含了双MAC核，并通过模式选择实现Home Plug AV2模式和G.hn模式的兼容与切换。支持长距离传输，实现零布线的同时可直接从电力线上取电给网络摄像机。
[0008]为解决上述技术问题，本实用新型的实施方式公开了一种双模电力线芯片，包括:第一以太网物理层模块，双模式选择模块，相互连接的G.hn模式下的第一 MAC层处理模块和第一物理层模块，相互连接的Home Plug AV2模式下的第二 MAC层处理模块和第二物理层模块，模拟前端和电力线耦合模块；
[0009]双模式选择模块用于在第一和第二连接状态之间切换，其中，第一连接状态下，模拟前端与第一物理层模块连接，第一以太网物理层模块与第一 MAC层处理模块连接；在第二连接状态下，模拟前端与第二物理层模块连接，第一以太网物理层模块与第二 MAC层处理模块连接。
[0010]本实用新型的实施方式还公开了一种双模电力线网络摄像机，包括如上文的双模电力线芯片和基础网络摄像机；
[0011]基础网络摄像机用于对采集到的图像信号进行处理得到网络信号，并将网络信号传输给双模电力线芯片；
[0012]双模电力线芯片用于选择Home Plug AV2模式或者G.hn模式，并根据所选择的模式对接收到的网络信号进行相应处理得到输出信号，并将输出信号耦合到电力线上进行传输。
[0013]本实用新型的实施方式还公开了一种网络监控系统，包括至少一个如上文的双模电力线网络摄像机，电力线以及网络硬盘录像机；
[0014]至少一个双模电力线网络摄像机和网络硬盘录像机分别与电力线连接；
[0015]电力线网络摄像机通过电力线传输网络信号到网络硬盘录像机。
[0016]本实用新型实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于:
[0017]在双模电力线芯片中包含了双MAC核，并通过模式选择实现Home Plug AV2模式和G.hn模式的兼容与切换。电力线网络摄像机的网络信号通过电力线传输，所述电力线传输兼容Home Plug AV2和G.hn两种传输协议；利用现有的电力线代替以太网进行网络信号的传输，既可以实现零布线，节省布线材料成本和人工成本；同时又可以直接从电力线上取电给网络摄像机供电，节省了电源适配器的成本；且解决了在网线上传输数据的传输距离瓶颈。电力线传输兼容Home Plug AV2和G.hn两种电力线网络传输协议，用户在选用产品时更加方便，使得产品在电力线通信市场上更具竞争力。
[0018]进一步地，0FDM将待发送的信息码元通过串并变换，降低速率，从而增大码元周期，削弱了多径干扰的影响；同时使用循环前缀(CP)作为保护间隔，大大减少甚至消除了码间干扰，并且保证了各信道间的正交性，从而大大减少了信道间干扰。
[0019]进一步地，提高了 0FDM的调制解调方式的频谱利用率。
[0020]进一步地，通过片上系统实现图像信号处理，图像信号处理主要包括自动白平衡、亮度调节、动态范围调节等相关参数，使得最终的图像质量达到最佳。
[0021]进一步地，通过介质无关接口 MII连接图像信号处理模块和第二以太网物理层模块，将经过编码的图像数据转化成网络信号，使得图像以流媒体的形式进行传输。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本实用新型第一实施方式中一种双模电力线芯片的结构示意图；
[0023]图2是本实用新型第一实施方式中双模电力线芯片内部框图示意图；
[0024]图3是本实用新型第三实施方式中一种双模电力线网络摄像机的结构示意图；
[0025]图4是本实用新型第四实施方式中一种双模电力线网络摄像机的整体框架示意图；
[0026]图5是本实用新型第五实施方式中一种网络监控系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0027]在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。
[0028]术语解释:
[0029]Home Plug AV:2000 年 3 月，由 Cisco、HP、Motorola 及 Intel 等数十家企业共同成立Home Plug Power line Alliance (家庭电力线网络联盟)，在家庭内部的电力线上构筑高质量、多路媒体流、面向娱乐的网络，专门用来满足家庭数字多媒体传输的需要，它采用先进的物理层和MAC层技术，提供200Mbps级的电力线网络，用于传输视频、音频和数据，目前的Home Plug AV2的标准已经可以提供IGbps的物理层速率。
[0030]G.hn:G.hn标准于2010年6月获得了 ITU的191个成员国的支持，该标准可以把现有的双绞线、同轴电缆以及电源线进行资源整合，实现统一的传输，解决运营商现有楼宇及家庭内网络布线困难，实现基于现有管线资源提供高带宽、多业务的联网技术，其数据传输速率最高可达lGbps，服务供应商能够利用G.hn即插即用的网络运行模式和更强大的G.hn设备连接能力，显著降低安装和运营成本。
[0031]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的实施方式作进一步地详细描述。
[0032]本实用新型第一实施方式涉及一种双模电力线芯片，图1是该双模电力线芯片的结构示意图。
[0033]具体地说，如图1所示，该双模电力线芯片包括:第一以太网物理层模块，双模式选择模块，相互连接的G.hn模式下的第一 MAC层处理模块和第一物理层模块，相互连接的Home Plug AV2模式下的第二MAC层处理模块和第二物理层模块，模拟前端和电力线耦合模块。
[0034]双模式选择模块用于在第一和第二连接状态之间切换(即选择G.hn模式和HomePlug AV2模式)，其中，第一连接状态下，模拟前端与第一物理层模块连接，第一以太网物理层模块与第一 MAC层处理模块连接；在第二连接状态下，模拟前端与第二物理层模块连接，第一以太网物理层模块与第二 MAC层处理模块连接。
[0035]可以理解，G.hn模式下的第一 MAC层处理模块和第一物理层模块用于当双模式选择模块选择G.hn模式(即第一连接状态)时，对所提供的网络信号进行满足G.hn协议的MAC层以及物理层的处理。
[0036]Home Plug AV2模式下的第二 MAC层处理模块和第二物理层模块用于当双模式选择模块选择Home Plug AV2模式(即第二连接状态)时，对所提供的网络信号进行满足HomePlug AV2协议的MAC层以及物理层的处理。
[0037]Home Plug AV2模式下MAC层的收发机制采用的是多路并发的方式，将各个节点的数据在同一时间往接收端发送，G.hn模式下MAC层的收发机制采用的是时分复用的方式，将各个节点的数据进行分时发送。
[0038]在一个优选例中，双模式选择模块可以由两个电子开关实现。其中一个电子开关与模拟前端连接，另一个电子开关与第一以太网物理层模块连接。如图2所示为双模电力线芯片内部框图示意图，该芯片的双模式选择模块由两个电子开关实现。
[0039]如图2所示，该双模电力线芯片包括:第一以太网物理层模块ΕΤΗ PHY，相互连接的G.hn模式下的第一 MAC层处理模块(即图中G.hn MAC模块)和第一物理层模块(即图中G.hn PHY模块)，相互连接的Home Plug AV2模式下的第二 MAC层处理模块(即图中HPAVMAC模块)和第二物理层模块(即图中HPAV MAC模块)，模拟前端(即图中AFE模块)和电力线耦合模块，双模式选择模块通过两个电子开关实现，其中一个电子开关与模拟前端AFE连接，另一个电子开关与第一以太网物理层模块ETH PHY连接。
[0040]在另一个优选例中，双模式选择模块可以由一个电子开关实现。既可以与模拟开关连接，也可以与第一以太网物理层模块连接。
[0041]优选地，模拟前端包括带通滤波器、零点检测、高频运算放大器等模块。
[0042]优选地，第一以太网物理层模块用于将输入的网络信号根据双模式选择模块所选择的连接状态传输到相应模式下的MAC层处理模块和物理层模块。
[0043]优选地，第一 MAC层处理模块和第一物理层模块，以及第二 MAC层处理模块和第二物理层模块，用于对输入的网络信号进行MAC层和物理层的处理后输入模拟前端；电力线耦合模块连接模拟前端，用于将经过模拟前端处理后的网络信号耦合到电力线上。
[0044]鉴于两种协议无法兼容的问题，本实施方式采用了一个新的芯片方案，将两个MAC核全部做到芯片内部，在双模电力线芯片中包含了双MAC核，并通过模式选择实现HomePlug AV2模式和G.hn模式的兼容与切换，从而实现了两种协议的兼容。
[0045]本实用新型第二实施方式涉及一种双模电力线芯片，第二实施方式在第一实施方式的基础上进行了改进，主要改进之处在于:正交频分多路复用调制解调方式OFDM将待发送的信息码元通过串并变换，降低速率，从而增大码元周期，削弱了多径干扰的影响，同时使用循环前缀(CP)作为保护间隔，大大减少甚至消除了码间干扰，并且保证了各信道间的正交性，从而大大减少了信道间干扰；0FDM的调制解调方式中各子载波包括1/2重叠正交，提高了 OFDM的调制解调方式的频谱利用率。具体地说:
[0046]第一物理层模块和第二物理层模块采用正交频分多路复用(“OrthogonalFrequency Divis1n Multiplexing”，简称0FDM)的调制解调方式。削弱了多径干扰的影响，同时使用循环前缀(CP)作为保护间隔，大大减少甚至消除了码间干扰，并且保证了各信道间的正交性，从而大大减少了信道间干扰
[0047]此外，可以理解，在本实用新型的其他实施方式中，也可以采用其它调制解调方式，例如振幅键控ASK、相移键控(“phase-shiftkeying”，简称PSK)、高斯最小频移键控(“Gaussian Filtered Minimum Shift Keying，，，简称 GMSK)等。
[0048]优选地，OFDM的调制解调方式中各子载波包括1/2重叠正交，可以提高OFDM的调制解调方式的频谱利用率。
[0049]本实用新型第三实施方式涉及一种双模电力线网络摄像机，图3是该双模电力线网络摄像机的结构示意图。
[0050]具体地说，如图3所示，该双模电力线网络摄像机包括如第一实施方式中的双模电力线芯片和基础网络摄像机。
[0051]其中，基础网络摄像机用于对采集到的图像信号进行处理得到网络信号，并将网络信号传输给双模电力线芯片；
[0052]双模电力线芯片用于选择Home Plug AV2模式或者G.hn模式，并根据所选择的模式对接收到的网络信号进行相应处理得到输出信号，并将输出信号耦合到电力线上进行传输。
[0053]可以理解，基础网络摄像机是指通过网线进行数据传输的传统的网络摄像机。
[0054]现有电力线网络传输协议有两种分别是:Home Plug AV2和G.hn。这两种协议是现有市面上运用最为广泛的电力线网络传输协议，但目前存在最大的问题是两种协议无法相互兼容。
[0055]在本实施方式中，电力线网络摄像机的网络信号通过电力线传输，电力线传输兼容Home Plug AV2和G.hn两种传输协议。利用现有的电力线代替以太网进行网络信号的传输，既可以实现零布线，节省布线材料成本和人工成本。同时又可以直接从电力线上取电给网络摄像机供电，节省了电源适配器的成本。与此同时，在电力线上传输网络视频信号，传输距离比原先的网线布线要远很多，解决了在网线上传输数据的传输距离瓶颈。电力线传输兼容Home Plug AV2和G.hn两种电力线网络传输协议，用户在选用产品时更加方便，使得产品在电力线通信市场上更具竞争力。
[0056]本实用新型第四实施方式涉及一种双模电力线网络摄像机，第四实施方式在第三实施方式的基础上进行了改进，主要改进之处在于:通过片上系统实现图像信号处理，图像信号处理主要包括自动白平衡、亮度调节、动态范围调节等相关参数，使得最终的图像质量达到最佳。
[0057]过介质无关接口 MII连接图像信号处理子模块和第二以太网物理层子模块，将经过编码的图像数据转化成网络信号，使得图像以流媒体的形式进行传输。具体地说:
[0058]基础网络摄像机包括以下子模块:图像采集子模块，图像信号处理子模块和第二以太网物理层子模块。其中，
[0059]图像采集子模块用于采集图像信号；
[0060]图像信号处理子模块用于对图像采集子模块采集的图像信号进行图像信号处理和编码；
[0061]第二以太网物理层子模块用于将经过图像信号处理和编码后的信号转换为网络信号传输给双模电力线芯片。
[0062]优选地，图像信号处理子模块通过片上系统实现。
[0063]此外，可以理解，还可以通过后端平台进行图像信号处理。
[0064]优选地，图像信号处理子模块和第二以太网物理层子模块通过介质无关接口进行连接。经过图像信号处理子模块进行图像信号处理和编码后的信号通过该介质无关接口传输到第二以太网物理层子模块。
[0065]此外，可以理解，介质无关接口(“Media Independent Interface”简称MII)用于连接Fast Ethernet MAC_block与PHY。“介质无关”表明在不对MAC硬件重新设计或替换的情况下，任何类型的PHY物理层设备都可以正常工作。
[0066]在本实用新型的其他实施方式中，并不局限于MII接口，在其他速率下也可以使用与MII等效的接口，例如AUI接口、GMII接口或者XAUI接口。
[0067]作为本实施方式的优选例，如图4所示为双模电力线网络摄像机的整体框架示意图，包括双模电力线芯片和基础网络摄像机IPC。
[0068]其中，双模电力线芯片中包含了双MAC核，这样可以通过同一个ΕΤΗ PHY进行模式选择，从而实现了 Home Plug AV2和G.hn的兼容设计，然后将该芯片运用在IPC中就实现了双模兼容的电力线网络摄像机，整图框图如图4所示，在该电力线网络摄像机中，图像信号由前端Sensor产生，进入到SOC中做ISP (Image Signal Process，图像信号处理)和编码，然后通过MII接口传输到ETH PHY芯片，到此为止传统的网络摄像机的信号输出已经结束，然后将该信号接入到电力线芯片，内部一个双协议选择单元实现不同协议的切换，然后经过MAC层的处理和PHY层的OFDM调制，将信号传输到AFE (模拟前端)，然后输出经过耦合电感将调制后的网络信号调制到电力线上，由此网络摄像机的信号就完整的加载到电力线上了。
[0069]本实用新型第五实施方式涉及一种网络监控系统，图5是该网络监控系统的结构示意图。
[0070]如图5所示，该基于电力线的网络监控系统包括至少一个如第三实施方式所述的双模电力线网络摄像机，电力线以及网络硬盘录像机(NVR)。其中:
[0071]至少一个双模电力线网络摄像机和网络硬盘录像机分别与电力线连接；
[0072]电力线网络摄像机通过电力线传输网络信号到网络硬盘录像机。
[0073]该实施方式利用电力线进行视频信号传输，同时在电力线上进行取电，给网络摄像机进行供电，在网络视频监控的工程施工中，实现了零布线。
[0074]本实用新型利用现有的AC220V强电布线，实现网络信号的传输和电源供给。该方案与现有的网络监控系统相比，无需任何的布线，利用现成的220V电力线进行网络信号传输，同时可以从220V上取电，实现了零布线，节省了所有的布线材料成本和人工成本，同时也节省了电源适配器的成本。与此同时，我们的电力线传输兼容Home Plug AV和G.hn两种传输协议，使得产品在电力线通信市场上更具竞争力。
[0075]本实用新型的创新点在于利用电力线进行数据传输和电源供给，在网络监控系统中，实现了零布线。电力线通信技术最先兴起于智能电表和三网融合，而在监控领域尚未推广，所以基于电力线通信的这一套方案，结合监控系统，可以极大的简化网络监控系统的搭建，对工程施工带来极大的便利，与此同时，在电力线上传输网络视频信号，传输距离比原先的网线布线要远很多，解决了在网线上传输数据的传输距离瓶颈。
[0076]支持Homeplug AV2和G.hn双电力线协议是另外一大亮点，摄像机可实现两种协议的兼容，使得用户在选用的时候更加方便。
[0077]需要说明的是，在本专利的权利要求和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0078]虽然通过参照本实用新型的某些优选实施方式，已经对本实用新型进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。
【权利要求】
1.一种双模电力线芯片，其特征在于，包括:第一以太网物理层模块，双模式选择模块，相互连接的G.hn模式下的第一 MAC层处理模块和第一物理层模块，相互连接的HomePlug AV2模式下的第二 MAC层处理模块和第二物理层模块，模拟前端和电力线耦合模块； 所述双模式选择模块用于在第一和第二连接状态之间切换，其中，第一连接状态下，所述模拟前端与第一物理层模块连接，所述第一以太网物理层模块与第一 MAC层处理模块连接；在第二连接状态下，所述模拟前端与第二物理层模块连接，所述第一以太网物理层模块与第二 MAC层处理模块连接。
2.根据权利要求1所述的双模电力线芯片，其特征在于，所述第一以太网物理层模块用于将输入的网络信号根据所述双模式选择模块所选择的连接状态传输到相应模式下的MAC层处理模块和物理层模块； 所述第一 MAC层处理模块和第一物理层模块，以及第二 MAC层处理模块和第二物理层模块，用于对输入的网络信号进行MAC层和物理层的处理后输入所述模拟前端； 所述电力线耦合模块连接模拟前端，用于将经过模拟前端处理后的网络信号耦合到电力线上。
3.根据权利要求1所述的双模电力线芯片，其特征在于，所述第一物理层模块和第二物理层模块采用OFDM的调制解调方式。
4.根据权利要求3所述的双模电力线芯片，其特征在于，所述OFDM的调制解调方式中各子载波包括1/2重叠正交。
5.一种双模电力线网络摄像机，其特征在于，包括如权利要求1所述的双模电力线芯片和基础网络摄像机； 所述基础网络摄像机用于对采集到的图像信号进行处理得到网络信号，并将所述网络信号传输给所述双模电力线芯片； 所述双模电力线芯片用于选择Home Plug AV2模式或者G.hn模式，并根据所选择的模式对接收到的网络信号进行相应处理得到输出信号，并将所述输出信号耦合到电力线上进行传输。
6.根据权利要求5所述的双模电力线网络摄像机，其特征在于，所述基础网络摄像机包括子模块:图像采集子模块，图像信号处理子模块和第二以太网物理层子模块； 所述图像采集子模块用于采集图像信号； 所述图像信号处理子模块用于对所述图像采集子模块采集的图像信号进行图像信号处理和编码； 所述第二以太网物理层子模块用于将所述经过图像信号处理和编码后的信号转换为网络信号传输给所述双模电力线芯片。
7.根据权利要求5所述的双模电力线网络摄像机，其特征在于，所述图像信号处理子模块通过片上系统实现。
8.根据权利要求5所述的双模电力线网络摄像机，其特征在于，所述图像信号处理子模块和所述第二以太网物理层子模块通过介质无关接口进行连接； 经过所述图像信号处理子模块进行图像信号处理和编码后的信号通过该介质无关接口传输到所述第二以太网物理层子模块。
9.一种网络监控系统，其特征在于，包括至少一个如权利要求5所述的双模电力线网络摄像机，电力线以及网络硬盘录像机； 所述至少一个双模电力线网络摄像机和所述网络硬盘录像机分别与所述电力线连接; 所述电力线网络摄像机通过所述电力线传输网络信号到所述网络硬盘录像机。
【文档编号】H04N5/781GK204206356SQ201420760256
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月4日 优先权日:2014年12月4日
【发明者】洪晖潞 申请人:杭州海康威视数字技术股份有限公司