一种宽带电视电话 【技术领域】
本发明涉及可视电话系统，尤其涉及一种在宽带网上实现的宽带电视电话。
背景技术
随着国际电联组织(ITU)针对可视电话系统的ITU-H.32X系列国际标准的公布及市场的需求，可视电话代替传统的语音电话将是一种不可逆转的趋势。
根据现有技术中可视电话的实现方式，可将可视电话分为：传统液晶(LCD)型可视电话、配合电视机使用型可视电话、配合个人计算机使用型可视电话等方式。另外，根据信道传输方式的不同，可分为公用电话网(PSTN)型、综合业务数字型(ISDN)型、专用型等类型。
参见图1所示，传统的LCD可视电话与普通电话机相比，增加了一LCD显示器和摄像头，来自远端的视频图像信号通过电话机的PSTN或ISDN接口输出至电话机的LCD显示器，摄像头摄取的本地图像信号通过电话机的PSTN或ISDN接口传输到远端。这种传统的LCD可视电话采用四分之一公用中间格式(QCIF)，图像格式大小为176*122，电视制式标准中，如果采用PAL制式，则帧率为12.5帧/秒；如果采用NTSC制式，则帧率为15帧/秒。
参见图2所示，配合电视机使用的可视电话与传统的LCD可视电话相比，区别在于采用电视机作为图像监视器显示远端图像，可视电话机具有两路视频输入接口和两路视频输出接口，其中，视频输入接口可连接两部外置摄像机，视频输出接口可连接电视机或录像机。
但是，上述传统的LCD可视电话和配合电视机使用的可视电话均是在传统的窄带通信网络上传输话音和图像，受到带宽的限制，只能传送小画面、低帧率的图像，无法选择不同档次地摄像机，致使图像模糊不清，动作不连贯，图像的分辨率、亮度及色彩均无法令人满意，只能看到对方的头肩图像，无法看到对方的动作和背景。另外，传统的LCD可视电话显示屏幕也很小，不能很好地满足消费者的视觉要求。
参见图3所示，图3为配合PC使用的可视电话接口示意图，通过PC机上的软件和调制解调器(Modem)实现可视电话。PC机的显示器用作图像监视器，显示远端图像，摄像机通过高速串行总线(USB)与PC机相连，PC机使用RS232串行接口连接V.90或V.34 Modem，V.90或V.34 Modem通过普通电话线连接公用电话交换网络(PSTN)，或者使用以太网卡通过电缆调制解调器(Cable Modem)连接到Internet网，或者使用以太网卡通过任意一种数字用户环路(xDSL)调制解调器连接Internet网，或者使用RS232串行接口通过终端适配器(TA)连接ISDN网络。这种配合PC使用的可视电话虽然能利用宽带资源，但却存在开机或关机时间长、操作复杂、不能永久在线、使用不方便、受PC机应用的限制、普及率不够高等诸多缺点。
另外，上述三种可视电话的语音接收及传输部分由于均使用普通电话，使用者离摄像机距离太近，所以存在使用者无法自由活动、接听电话不方便的缺点。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种宽带电视电话，以利用宽带网络的资源，实时在线地实现无线视频通讯。
为达到上述目的，本发明采用以下的技术方案：
一种宽带电视电话，包括用于摄取本地图像的摄像头和显示远端图像的图像监视器，该宽带电视电话至少还包括：终端主机、手持单元以及充电座，其中，
所述终端主机用于处理语音图像数据和进行通信的控制，与所述摄像头和图像监视器分别相连，并接收来自所述充电座的远端压缩图像语音数据和以无线方式接收来自所述手持单元的本地语音数据以及通信控制信息，同时向所述充电座发送进行压缩处理后的本地图像语音数据，以无线连接方式向所述手持单元发送所述通信控制信息以及进行解压缩处理后的远端语音数据；
所述手持单元用于通话和遥控所述终端主机，以无线方式接收所述通信控制信息和来自所述终端主机的远端语音数据，并将该远端语音数据转换为话音信号，同时以无线方式向所述终端主机发送所述通信控制信息，并采集本地话音信号转换为所述本地语音数据后向所述终端主机发送；
所述充电座用于转换协议和为手持单元充电，接收来自所述终端主机的本地图像语音数据并进行相应的协议转换后通过网络送至远端，同时将来自网络的远端图像语音数据进行相应的协议转换后发送至所述终端主机。
所述终端主机至少包括终端主机无线通讯单元、视频输入接口、视频输出接口以及压缩编解码单元，其中，所述终端主机无线通讯单元用于接收来自充电座的远端语音数据和远端图像数据以及来自手持单元的本地语音数据并控制上述数据输出至所述的压缩编解码单元，该压缩编解码单元将所述远端图像数据解码后通过所述的视频输出接口输出至图像监视器，将所述远端语音数据解码后通过所述终端主机无线通讯单元发送至所述手持单元，将所述本地语音数据进行压缩后通过所述终端主机无线通讯单元发送至所述充电座，同时，来自摄像机的本地图像数据在通过所述视频输入接口输入至所述压缩编解码单元后，所述压缩编解码单元对其进行编码后便通过所述终端主机无线通讯单元发送至所述充电座；
所述手持单元至少包括手持无线通讯单元、语音编解码单元、控制信息处理单元、语音输入单元以及语音输出单元，其中，所述语音输入单元用于接收所述本地语音数据并将其输入至所述语音编解码单元，所述语音编解码单元用于对上述本地语音数据进行编码并将其输入至所述手持无线通讯单元，同时，所述手持无线通讯单元还接收来自所述终端主机无线通讯单元的远端语音数据并将其输出至所述语音编解码单元，所述语音编解码单元用于对上述远端语音数据进行解码并将其输出至所述语音输出单元；所述控制信息处理单元与所述手持无线通讯单元相连接，
所述充电座至少包括为手持单元提供充电电源的电源模块、网络接口、用于转换协议的网桥模块以及充电座无线通讯单元，其中，所述充电座无线通讯单元用于接收来自所述终端主机无线通讯单元的本地语音数据和本地图像数据并将其输出至所述网桥模块，所述网桥模块用于对接收的本地语音数据和本地图像数据进行协议转换并通过所述网络接口将其输出至远端，同时，来自网络远端的语音数据和远端图像数据通过所述网络接口输入至所述网桥模块，该网桥模块在对接收的数据进行协议转换后将其输入至所述充电座无线通讯单元；
所述终端主机无线通讯单元与所述手持无线通讯单元通过无线接口相连，与所述充电座无线通讯单元也通过无线接口相连。
其中，所述终端主机无线通讯单元、手持无线通讯单元以及充电座无线通讯单元采用的频段皆是模拟无绳电话频段。
所述终端主机无线通讯单元、手持无线通讯单元以及充电座无线通讯单元分别为蓝牙控制芯片。
所述网络接口可以采用符合IEEE802.3的局域网接口、符合IEEE802.11b的无线局域网接口或者蓝牙微蜂窝网接口。
所述的图像监视器为阴极射线管显示器，或者为薄膜晶体管显示器，或者为液晶显示器。
所述的视频输入接口可以为用于连接USB摄像头或USB鼠标或USB键盘的USB主机接口。
所述图像监视器进一步包括一联动控制接口，所述的终端主机进一步包括用于图像监视器模式切换的联动控制接口，该接口与所述图像监视器的联动控制接口相连。
进一步地，所述的压缩编解码单元至少包括视频编码器、视频解码器、用于数据压缩和解压缩处理的数字信号处理芯片、用于存储程序的只读存储器以及用于缓存数据的随机存储器，其中，所述只读存储器、所述随机存储器分别与所述数字信号处理芯片相连，所述的来自摄像头的本地图像数据在输入至所述视频编码器后，该视频编码器对所述的本地图像数据进行编码并将其输出至所述数字信号处理芯片，该数字信号处理芯片对接收到的数据进行压缩并将其输入至所述终端主机无线通讯单元，同时，所述数字信号处理芯片还接收来自所述终端主机无线通讯单元中的数据，并将数据中的远端图像数据解压缩后输出至所述的视频解码器，该视频解码器对接收到的数据进行解码并将其输出至所述图像显示器。
所述的数字信号处理芯片还包括实现画中画功能的画面组合模块、信息提取模块，其中，所述画面组合模块将本地图像数据和解压缩后的远端图像数据组合后输出至所述图像监视器的视频输入端，所述信息提取模块将来自网络数据流中的图文提示信息和语音提示信息分离后分别输出至所述图像监视器的视频输入端和音频输入端，另外，信息提取模块也可提取来自网络数据流中的主叫电话号码数据并将其输出至所述图像监视器的视频输入端，信息提取模块还可以提取来自网络数据流中的本地IP地址数据并将其输出至所述图像监视器的视频输入端。
所述终端主机进一步包括一在免提通话状态下进行语音数模转换的语音处理单元，该语音处理单元包括音频模数转换器、音频数模转换器、声学回声抵消模块、麦克风，其中，所述的麦克风将本地语音信号输入至所述音频模数转换器，进行模数转换后输入至所述声学回声抵消模块，所述声学回声抵消模块进行回声抵消处理后输入至所述的压缩编解码单元，同时，所述声学回声抵消模块还接收来自所述压缩编解码单元的远端语音数据，在对其进行回声抵消处理后将其输出至所述音频数模转换器，该音频数模转换器进行数模转换后输出至所述的图像显示器的音频输入端。
所述的语音编解码单元至少包括用于语音数据编解码的音频编解码器、声学回声抵消处理模块，所述语音输入单元至少包括一麦克风，所述语音输出单元至少包括一扬声器，其中，所述麦克风接收的本地语音数据输入至所述音频编解码器，该音频编解码器进行编码后输出至所述声学回声抵消处理模块，该声学回声抵消处理模块进行回声抵消处理后输出至所述手持无线通讯单元，同时，所述声学回声抵消处理模块还接收来自手持无线通讯单元的远端语音数据，该声学回声抵消处理模块在对其进行回声抵消处理后将其输出至所述音频编解码器，该音频编解码器进行解码后再输出至所述的扬声器。
所述的控制信息处理单元至少包括用于键入控制命令的按键电路以及用于显示终端主机信息的显示电路，所述的按键电路和显示电路分别与所述无线通讯单元相连。
所述的网桥模块至少包括用于协议转换的中央处理器、实现模拟电话与IP电话转换并提供模拟电话接口的电话接口电路、用于存储中央控制器所需程序的只读存储器、用于存储数据的随机只读存储器以及网络控制器，其中，用于存储中央控制器所需程序的只读存储器、用于存储数据的随机只读存储器分别与中央处理器相连，所述的电话接口电路与中央处理器相连接，该电话接口电路的模拟电话接口与普通电话相连，所述网络控制器将来自所述网络接口的远端图像数据和远端语音数据输出至中央处理器，中央处理器将上述远端图像数据和远端语音数据转换为相应于充电座无线通讯单元的协议数据后，输出至所述充电座无线通讯单元，同时，所述中央处理器还接收来自所述充电座无线通讯单元的本地图像数据和本地语音数据，该中央处理器将上述本地图像数据和本地语音数据转换为相应于网络的协议数据后，输出至所述网络控制器，该网络控制器通过所述网络接口将接收的数据输出至远端。
所述的中央处理器还包括使用双音多频协议交换IP地址并采用H.323协议或通话启动协议通讯的伪电话号码呼叫模块，所述的电话接口电路将公用电话网呼叫建立请求输出至所述伪电话号码呼叫模块。
由于采用了上述技术方案，本发明相较于传统可视电话、配合电视机使用的可视电话具有以下优点：
1)本发明配合宽带网络的发展，既可以在窄带网上使用，也可以在宽带网上运行，而且采用基于IP的语音(Voice over IP)和基于IP的图像(Videoover IP)等技术，大大降低通信费用。
2)通过终端主机中的数字处理芯片，采用成熟的图像处理算法，在普通电视机等图像监视器上提供了更高的图像质量，使得图像格式达到CIF(352*288)或4CIF(704*576)，帧率达到25帧/秒PAL或30帧/秒NTSC，图像更清晰流畅，消除了动画效果，并通过数字处理芯片中的画面组合模块、信息提取模块实现了画中画功能、主叫号码显示功能、主叫IP地址显示等功能。
3)由于手持单元、终端主机、充电座之间采用了无线通讯接口，扩大了可视电话的视野范围，不再局限于头肩图像，摆脱了头肩图像的限制，可以看到对方的动作和背景。
4)由于终端主机提供了各种接口，增强了该宽带可视电话的功能，应用更加灵活，例如视频输出接口为USB接口，可以连接不同档次的摄像机以提高图像的质量，也可以连接USB鼠标和键盘，实现了收发电子邮件的功能；通过终端主机提供的视频输入接口使得该可视电话可使用电视机作为图像监视器，实现了实时在线，增加了待机的时间，推广了可视电话的应用；通过控制联动接口可改变图像监视器的模式，实现电视机接收模式和可视电话图像显示的模式切换。
【附图说明】
图1为传统的LCD可视电话原理框图；
图2为配合电视机使用的可视电话原理框图；
图3为配合PC使用的可视电话原理框图；
图4为本发明的总体示意图；
图5为本发明采用蓝牙技术的通话控制单元原理框图；
图6为本发明终端主机原理框图；
图7为实现PIP功能示意图；
图8为终端主机提供多媒体IVR功能的示意图；
图9为主叫电话号码显示示意图；
图10为IP地址显示示意图；
图11为支持IP地址拨号的示意图；
图12为充电座原理图。
【具体实施方式】
为使本发明的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
参见图4所示，图4为本发明的总体示意图。本发明的可视电话包括手持单元401、终端主机402、充电座404、图像监视器405、摄像机403，其中，终端主机402完成视频和音频压缩、解压缩，并提供用于连接图像监视器405如电视机或录像机的视频和音频输出接口、用于配备不同档次的摄像机403的视频输入接口、用于与充电座404之间传输图像和语音数据的无线接口、用于与手持单元401之间传输语音数据和控制命令的无线接口。手持单元401不仅用于通话，还用于遥控终端主机402。上述无线接口可用45M或48M频段，或者1900M频段，或者蓝牙等技术，可以用频分双工(FDD)、时分双工(TDD)等技术；充电座404具有给手持单元401充电的功能，而且提供普通话机模拟接口电路，并充当网桥完成相应的协议转换，和通过网络接口与xDSL Modem、Cable Modem或TA等与宽带网络连接。该网络接口是符合IEEE802.3的LAN，或者IEEE802.11b的无线LAN，或者蓝牙微蜂窝网(Piconet)的网络接口；终端主机402和充电座404之间可用有线或无线的方式进行语音、图像、数据的通讯。
下面以采用蓝牙技术为例，介绍本发明的技术原理。本发明包含3个部件：手持单元、终端主机、充电座。手持单元与终端主机之间通过蓝牙技术传送语音和控制数据、终端主机与充电座之间通过蓝牙技术传送语音、图像数据。终端主机为主控单元，主要完成视、音频压缩和解压缩。充电座除了用于给手持单元充电外，还完成蓝牙微蜂窝到本地以太网的转发。
参见图5所示，图5为采用蓝牙技术的手持单元原理图。该手持单元包括手持无线通讯单元514、语音编解码单元511、控制信息处理单元510、语音输入处理单元512以及语音输出单元513，其中，无线通讯单元514包括蓝牙控制芯片501和只读存储器(ROM)502，语音编解码单元511包括音频编解码器(Codec)505和声学回声抵消模块(AEC)506，控制信息处理单元510包括按键电路507以及LCD显示器508，语音输入单元512为麦克风503、语音输出单元513为扬声器504。蓝牙控制芯片501用于与终端主机进行通信；ROM中存有蓝牙控制芯片需要的程序；音频编解码器505完成声音信号的模拟与数字之间的转换；按键电路507用于将键入的控制信息例如拨号、摘机、挂机、密码输入等输入至蓝牙控制芯片，并通过该芯片将控制信息发送到终端主机；LCD显示电路508显示来自终端主机的信息。该手持单元还可配置耳机插孔。
手持单元的通话过程是这样的：本地语音信号通过麦克风503送入音频编解码器505，经过音频编解码器505转换为数字信号后，通过蓝牙控制芯片501发送给终端主机；来自终端主机的远端数字语音信号通过蓝牙控制芯片501接收后，经过音频编解码器505转换为模拟信号送往扬声器。该通信过程可以是FDD模式，也可以是TDD模式。
参见图6所示，图6为终端主机原理图。终端主机包括终端主机无线通讯单元612、压缩编解码单元614以及语音处理单元613，其中，压缩编解码单元614包括数字信号处理器(DSP)605、视频解码器607、视频编码器606、用于存储程序的只读存储器604以及用于缓存数据的随机存储器603，语音处理单元613包括音频数模转换器(DAC)608、音频模数转换器(ADC)609、声学回声抵消模块611以及麦克风610，终端主机无线通讯单元612包括蓝牙控制芯片601，另有电源模块602为终端主机的所有电路提供电源。用于存储程序的只读存储器604、用于缓存数据的随机存储器603分别与数字信号处理器605相连接，终端主机的蓝牙控制芯片601既负责与手持单元的通信，也负责与充电座的通信，并与数字信号处理器605相连接。
当使用手持单元通话时，终端主机的声学回声抵消模块611、音频数模转换器608、音频模数转换器609不工作，终端主机的蓝牙控制芯片601接收来自充电座的远端语音数据和远端图像数据，输出至数字信号处理器605进行解压缩后，再通过终端主机的蓝牙控制芯片601将解压缩的远端语音数据发送给手持单元，并将解压缩的远端图像数据输出至电视机的视频输入端；同时，终端主机的蓝牙控制芯片601接收来自手持单元的本地语音数据，并输出至数字信号处理器605进行压缩后，通过终端主机的蓝牙控制芯片601输出至充电座，来自摄像机的本地图像信号输出至视频编码器编码后，输出至数字信号处理器605进行压缩，通过蓝牙芯片601输出至充电座。
当不使用手持单元，使用免提功能通话时，数字信号处理器605通过蓝牙控制芯片601接收来自充电座的远端语音数据和远端图像数据，并进行解压缩，其中，远端语音数据经过声学回声抵消模块611进行回声抵消处理后，由音频数模转换器608转换为语音模拟信号输出至电视机的音频输入端，远端图像数据经过视频解码器解码后转换成视频模拟信号，送给电视机的视频输入端；另一方面，本地语音信号通过终端主机的内置麦克风610经音频模数转换器609转换成语音数字信号，并经声学回声抵消模块611进行回声处理后输出至数字信号处理器605，本地图像信号处理过程与使用手持电话通讯时本地图像信号处理过程相同，即来自摄像机的本地图像信号经视频编码器转换成图像数字信号，数字信号处理器605将上述语音数字信号和图像数字信号进行压缩处理，然后由蓝牙控制芯片601送给充电座，再由充电座发送给远端。
数字信号处理器605作为终端主机数字信号处理的核心芯片，根据H.263或H.261协议，采用一定的图像处理算法，使图像的分辨率可达CIF或4CIF，使PAL制式帧率达到25帧/秒，或使NTSC制式达到30帧/秒。并通过画面组合模块实现画中画(PIP：Picture in Picture)、通过信息提取模块实现多媒体交互式语音应答(IVR：Interactive Voice Response)、主叫电话号码显示、IP地址显示、IP地址拨号等功能。上述画面组合模块、信息提取模块均为软件模块。
参见图7所示，图7为实现PIP功能示意图。本地图像和解压后的远端图像通过画面组合模块进行组合后输出至电视机显示。小画面可以是本地画面，也可以是远端画面，小画面可以放在显示屏幕的任一角。
参见图8所示，图8为终端主机提供多媒体IVR功能的示意图。当用户拨打多媒体IVR服务号码申请该业务服务时，终端主机将该申请控制信息发送给充电座，充电座通过Modem接通局端多媒体IVR服务器，终端主机接收来自多媒体IVR服务器的数据信息，信息提取模块提取图文提示信息(数据)和语音提示信息(脉冲编码调制码流)，然后把图文提示信息转换成视频信号，把语音提示信息转换成音频信号，分别送到电视机的视频输入端和音频输入端，以实现在提供语音提示的同时，在电视机屏幕或LCD屏幕上提供文字提示信息。
参见图9、10、11所示，图9为主叫电话号码显示示意图，其实现原理类似于来电显示。终端主机接收来自宽带网络的数据信息，并由信息提取模块提取主叫电话号码数据，转换为视频信号输出至电视机显示。图10为IP地址显示示意图，终端主机接收来自宽带网络的数据流并由信息提取模块提取本地IP地址数据，转换为视频信号输出至电视机显示。图11为支持IP地址拨号的示意图，当用户键入IP地址，例如，如果用户拨“1～3位数字”+“*”+“1～3位数字”+“*”+“1～3位数字”+“*”+“1～3位数字”+“*”被认为是IP地址拨号，终端主机自动按所拨IP地址建立IP连接。
此外，终端主机还设有联动控制接口(图中未示出)，该联动控制接口与电视机的联动控制接口相连接，实现与电视机的联动控制：摘机时电视机自动切换到预定的图像通信模式，例如指定的AV端子或指定模式的画中画，挂机时电视机自动恢复到挂机前模式，例如关机或RF接收或其它AV端子。
终端主机的视频输入接口可以为USB接口，该USB接口用于连接USB摄像机或USB鼠标或USB键盘。
参见图12所示，图12为充电座原理图。该充电座至少包括网桥模块129、充电座无线通讯单元128、网络接口和用于为手持单元充电的电源模块120，其中，网桥模块129充当以太网到蓝牙微蜂窝之间的网桥，包括CPU122、以太网控制器121、用于存储CPU所需程序的只读存储器124、用于存储数据的随机只读存储器125以及电话接口电路126，充电座无线通讯单元128包括蓝牙控制芯片123、用于存储蓝牙控制芯片所需程序的只读存储器127。所述只读存储器124、随机只读存储器125分别与CPU122相连接，所述只读存储器127与蓝牙控制芯片123相连接，所述以太网控制器121通过以太网接口连接宽带网络，所述电源模块120通过充电端口可实现给手持单元充电的功能。
所述以太网控制器121将通过以太网接口所传输的来自网络的远端图像数据、远端语音数据输出至CPU，CPU将上述远端图像数据、远端语音数据转换为蓝牙协议数据，然后输出至蓝牙控制芯片，通过蓝牙芯片发送给终端主机，
所述蓝牙控制芯片123将所接收的来自终端主机的本地图像数据、本地语音数据输出至CPU，CPU将上述本地图像数据、本地语音数据转换为以太网协议数据后，输出至以太网控制器，以太网控制器通过以太网接口输出至远端。
电话接口电路126为普通话机提供模拟话机接口，并且该电话接口电路与CPU相接，可在使用普通电话时完成IP电话与模拟电话的转换，并可实现伪电话号码呼叫的功能。
上述伪电话号码呼叫的功能是这样实现的：本地主叫先使用PSTN号码呼叫建立连接，电话接口电路将该请求输出至CPU，CPU调用伪电话号码呼叫模块，使用双音多频(DTMF)协议交换IP地址，远端被叫通过IP转换按键进行切换，然后，通过IP地址建立连接后，自动拆除PSTN连接，之后采用Voice over IP和Video over IP等技术进行语音通信或视频通信，以大大降低通信费用。Voice over IP和Video over IP采用H.323协议或通话启动协议(SIP协议)。
在本实施例中，图像监视器还可以是阴极射线管(CRT)，或者薄膜晶体管(TFT)显示器，或者LCD显示器。充电座可与终端主机做成一个设备。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。