新型数字无线可视门铃系统.pdf

一种新型数字无线可视门铃系统，包括室内机和室外机，室内机包括第一控制按键、用于处理控制信号以及视频编解码的第一嵌入式数字信号微处理器、第一麦克风和第一扬声器、第一声卡控制器芯片、第一无线数字传输以及射频收发模块，室外机包括第二控制按键、第二嵌入式数字信号微处理器、第二麦克风和第二扬声器、第二声卡控制器芯片、第二无线数字传输以及射频收发模块，室外机还包括用于采集视频信号的摄像头、用于把模拟视频标准TV信号转换成数字视频YUV信号的A/D芯片，室内机还包括视频显示的彩色液晶显示屏，数字视频YUV信号转换成标准的TV信号的D/A芯片。本发明实现音视频功能、数字化后信息量合理、实时性好。

1、  一种新型数字无线可视门铃系统，包括室内机和室外机，所述的室内机包括第一控制按键、用于处理控制信号以及视频编解码的第一嵌入式数字信号微处理器、第一麦克风和第一扬声器、第一声音控制器芯片，所述第一控制按键包括摘/挂机按键和开锁按键，所述第一控制按键连接第一嵌入式数字信号微处理器，所述第一声音控制器芯片和连接第一嵌入式数字信号微处理器，所述第一麦克风和第一扬声器连接第一声音控制器芯片；所述的室外机包括第二控制按键、用于处理控制信号以及视频编解码的第二嵌入式数字信号微处理器、第二麦克风和第二扬声器和第二声音控制器芯片，所述第二控制按键包括门铃按键，所述第二控制按键连接第二嵌入式数字信号微处理器，所述第二声音控制器芯片连接第二嵌入式数字信号微处理器，所述第二麦克风和第二扬声器连接第二声音控制器芯片，其特征在于：所述的室外机还包括第二无线数字传输以及射频收发模块、用于采集视频信号的摄像头、以及用于把模拟视频标准TV信号转换成数字视频YUV信号的A/D芯片，所述的A/D芯片信号输出端连接第二嵌入式数字信号微处理器，所述的摄像头的标准TV信号输出端连接A/D芯片，所述的第二无线数字传输以及射频收发模块与第二嵌入式数字信号微处理器相连；
所述的室内机还包括视频显示的彩色液晶显示屏、与第二无线数字传输以及射频收发模块配合的第一无线数字传输以及射频收发模块、以及将所述的数字视频YUV信号转换成标准的TV信号的D/A芯片，
所述第一控制按键还包括监视按键和录制/播放录像按键，所述的D/A芯片输入端连接第一嵌入式数字信号微处理器，所述D/A视频输出端连接显示屏，所述的第一无线数字传输以及射频收发模块与第一嵌入式数字信号微处理器相连。

2、  如权利要求1所述的新型数字无线可视门铃系统，其特征在于：所述室外机还包括电锁和电锁驱动电路，所述的电锁通过电锁驱动电路连接第二嵌入式数字信号微处理器。

3、  如权利要求1或2所述的新型数字无线可视门铃系统，其特征在于：在所述的A/D芯片中，把标准TV信号转换成4:2:2的YUV数字信号，并经过数字信号微处理器MPEG4压缩。

新型数字无线可视门铃系统
技术领域
本发明涉及数字无线多媒体技术，尤其是一种数字无线门铃系统。
背景技术
随着高速无线通信网络的飞速发展，同时也因为无线通信网络的固有优点即适于移动以及架设灵活方便等，综合语音、数据、视频业务的无线多媒体通信的应用也越来越普遍。无线多媒体通信是多媒体和无线通信这两个领域技术相互交叉的产物，它一方面向人们提供了多媒体服务，另一方面也展现了一个广阔的技术领域，成为通信界乃至信息产业界的一个热点。而且按照现今通信网的发展，无论是即将运行的3G网络还是宽带无线通信网络，都考虑了对无线多媒体终端接入业务的支持，在可视电话、门禁监视系统、智能大厦管理，还是在视频会议、酒店网络服务、远程教育等各个领域，无线多媒体通信都具有广阔的应用前景，必将成为未来多媒体应用的主流。
目前市场主要存在两类对讲系统。一类是以模拟信号为对象的视音频有线传输，如韩国Seyeon Technology的Flexwatch系列，德国TCS公司的可视对讲系统，佳乐电器有限公司的DH-1000A智能型对讲系统等。他们的共同点是解决了多媒体数据的实时传输问题，但都是基于有线的系统，必须进行前期布线。并且有线产品在设备更新、楼层改建时也不可避免会碰到布线方面的困难。另一类如台湾广华电子HC-3012W型无线遥控门铃，摩托罗拉GP2000无线对讲机等，都是目前比较典型的无线遥控传输产品。虽然这些产品已经实现了无线与音频的结合，但由于多媒体数字化后的信息量很大，要进行实时无线传输具有相当的难度，没有实现视频功能。目前国内外流行的压缩技术是MPEG2、MPEG4和H.263等协议，MPEG2压缩后的数据率为2Mbps，在无线信道上传输显然不可取；MPEG4和H.263压缩后的数据率小于100kbps，一般都采用软件的方法实现压缩和解压缩功能。
发明内容
为了克服已有的无线门铃系统的数字化后信息量大、不具有视频功能、实时性差的不足，本发明提供一种实现音视频功能、数字化后信息量合理、实时性好的数字无线可视门铃系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种新型数字无线可视门铃系统，包括室内机和室外机，所述的室内机包括第一控制按键、用于处理控制信号以及视频编解码的第一嵌入式数字信号微处理器、第一麦克风和第一扬声器、第一声音控制器芯片，所述第一控制按键包括摘/挂机按键和开锁按键，所述第一控制按键连接第一嵌入式数字信号微处理器，所述第一声音控制器芯片和连接第一嵌入式数字信号微处理器，所述第一麦克风和第一扬声器连接第一声音控制器芯片；所述的室外机包括第二控制按键、用于处理控制信号以及视频编解码的第二嵌入式数字信号微处理器、第二麦克风和第二扬声器和第二声音控制器芯片，所述第二控制按键包括门铃按键，所述第二控制按键连接第二嵌入式数字信号微处理器，所述第二声音控制器芯片连接第二嵌入式数字信号微处理器，所述第二麦克风和第二扬声器连接第二声音控制器芯片，所述的室外机还包括第二无线数字传输以及射频收发模块、用于采集视频信号的摄像头、以及用于把模拟视频标准TV信号转换成数字视频YUV信号的A/D芯片，所述的A/D芯片信号输出端连接第二嵌入式数字信号微处理器，所述的摄像头的标准TV信号输出端连接A/D芯片，所述的第二无线数字传输以及射频收发模块与第二嵌入式数字信号微处理器相连；
所述的室内机还包括视频显示的彩色液晶显示屏、与第二无线数字传输以及射频收发模块配合的第一无线数字传输以及射频收发模块、以及将所述的数字视频YUV信号转换成标准的TV信号的D/A芯片，
所述第一控制按键还包括监视按键和录制/播放录像按键，所述的D/A芯片输入端连接第一嵌入式数字信号微处理器，所述D/A视频输出端连接显示屏，所述的第一无线数字传输以及射频收发模块与第一嵌入式数字信号微处理器相连。
作为优选的一种方案：所述室外机还包括电锁和电锁驱动电路，所述的电锁通过电锁驱动电路连接第二嵌入式数字信号微处理器。电锁控制门的开/关，可以用钥匙打开，更体现在可以电气控制打开，在本系统中室内机在摘机状态下有开锁按键动作时，向室外机发出开锁命令，室外机收到开锁命令后，所述的第二嵌入式数字信号微处理器向电锁驱动电路发出一个100ms的脉冲开关信号，电锁驱动电路在这个脉冲时间内产生一2A左右大电流使电锁开启，脉冲过后电锁自动关闭。
作为优选的再一种方案：在所述的A/D芯片中，把标准TV信号转换成4:2:2的YUV数字信号，并经过数字信号微处理器MPEG4压缩。
本发明的技术构思为：本发明主要由两个部件组成，分别为数字无线可视门铃系统的室内部分和室外部分。在两部件上都安装声音控制器的模数转换及数模转换、在室外机安装视频的模数转换、在室内机安装视频的数模转换、嵌入式数字信号微处理器(ARM)模块和射频的上变频下变频模块。整个系统的核心部分嵌入式数字信号微处理器(ARM)模块包括了整个系统的控制信号处理以及视频编解码，系统实现的关键技术都集中在此模块中。室内机主要由第一声音控制器芯片、第一嵌入式数字信号微处理器、显示屏、第一无线数字传输及射频收发模块等组成。室外机主要由第二声音控制器芯片、第二数字信号微处理器、摄像头、电锁、第二无线数字传输及射频收发模块等组成。
除了按模块进行组织以外，为了便于系统的实现，我们也将系统按视频、音频、信道、射频及控制五部分来完成。视频部分包括视频采集、A/D、D/A、彩色液晶显示；音频部分包括A/D及D/A、音频压缩解压缩；信道部分包括复用解复用、纠错编码、加密解密、数字调制与解调；射频部分重点解决2.4GHz频段的发射与接收；控制部分包括了整个系统的协同运作，将采用嵌入式数字信号微处理器来实现。
硬件部分如A/D、D/A、液晶显示、射频处理等将重点考虑采用成熟的芯片来实现，而软件部分将重点考虑采用嵌入式数字信号微处理器芯片方法实现，视频采用MPEG4压缩解压缩算法，包含在数字信号微处理器中，另外还必须考虑芯片的成本，力求使成本降到最低限。
为了使系统具有存储回放录像功能，还必须考虑采用适当的存储技术，这里采用SD卡存储，容量最高支持2G，而不采用易失性SDRAM，不仅解决了掉电数据失去还解决容量小价格高的问题。
本发明装置是数字无线多媒体传输系统，其中音频数据支持全双工，在实际应用当中视频只有室外机向室内机发送视频，室内机接收视频，所以视频设计成单工，下面阐述其工作原理。
视频传输原理：视频信号为单向传输。在室外，视频信号经过CCD摄像头的采集，把图像信息转换成标准的TV电信号，经过视频处理(A/D)模块，把标准TV信号转换成4:2:2的YUV数字信号，经过数字信号微处理器MPEG4压缩(压缩比高达80∶1)之后，由数字传输及射频发射模块发射出去。在室内，由相应的数字传输及射频接收模块接收这路视频信号，再经过数字信号微处理器把接收下来的视频信号进行MPEG4解压缩，然后经过视频处理(D/A)模块把YUV信号转换成标准TV信号输出送至彩色液晶屏，显示图像。
语音信号传输原理：语音信号为双向传输。在室内，声音经第一麦克风采集成模拟语音电信号，经过第一声音控制器芯片的处理转换为数字信号，传到第一数字信号微处理处理器作软压缩(压缩比高达12∶1)，再传到第一无线数字传输及射频收发模块发射，通过模块的天线发射出去。在室外，由第二无线数字传输及射频收发模块接收信号，然后传到第二嵌入式数字信号微处理器解压缩和处理，解压后的语音数字信号经过第二声音控制器芯片数模转换后送至扬声器。另一个方向(从室外到室内)的音频信号和控制信号(呼叫信号)也是通过类似的方式进行发送和接收。
控制信号(通信命令)传输原理：控制信号在室内外机建立连接之后，由第一、二按键产生。室外机的第二按键经过第二嵌入式数字信号微处理器转换成相应的控制信号(响铃)，并且协同语音视频信号工作，并经数字传输及射频收发模块发送到室内机，室内机经数字传输及射频收发模块接收下来，经所述的第一嵌入式数字信号微处理器解析后做出相关响应，并协同媒体开启停止等。从室内机到室外机方向也类似。
这里视频信号和语音信号是按照节拍从同一信道发出，控制信号用来协同以及开启停止视频信号和语音信号。
所述的第一、二数字传输及射频收发模块支持IEEE 802.11b/g协议，频率为2.4GHz，采用WEP 128bit加密，并且通过AESCCMP操作实现IEEE 802.11i安全标准，系统通信更加安全，该模块可设置成普通模式或者Adhoc模式，配置成普通模式也就是通过两者通信过交换机或路由器等，数率高至54Mbps，配置成Adhoc点对点模式也就是两者直接通信，数率高至11Mbps。完全可以传输压缩后的音视频数据。接收灵敏度高达-85dbm，支持无线传输信道和功率可设，功率最高达17dbm。传输距离室内达100m，室外达300m。
本发明的有益效果主要表现在：1、具有视频功能；2、实时性好；3、克服了模拟传输时的信道间的串扰；4、网络安全性好。
附图说明
图1为本发明的室内机结构框图。
图2为本发明的室外机结构框图。
图3为本发明的当室内机(客户端)为待机状态，室外机(服务端)响铃时，室内外机的媒体数据通信控制过程的流程图。
图4为本发明的当室内机(客户端)自主摘机，并且处于待机或者监视状态时，室内外机的媒体数据通信控制过程的流程图。
图5为本发明的当室内机(客户端)自主开启监视，这时室内机(客户端)只能在待机状态，室内外机的媒体数据通信控制过程的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图5，一种新型数字无线可视门铃系统，包括室内机和室外机，所述的室内机包括第一控制按键、用于处理控制信号、数据信号的第一数字信号微处理器、第一麦克风和第一扬声器、第一声音控制器芯片以及第一数字传输及射频收发模块，所述的室外机包括第二控制按键、用于处理控制信号、数据信号的第二数字信号微处理器、第二麦克风和第二扬声器、第二声音控制器芯片以及第二数字传输及射频收发模块，所述的室外机还包括用于采集视频信号的摄像头、把标准视频TV信号转换为数字视频YUV信号的A/D模块，所述的摄像头连接A/D模块的视频输入端，A/D模块第一数字信号微处理器，所述的室内机还包括把数字视频信号转换成标准TV信号的D/A模块、显示屏，所述的D/A模块与显示屏相连，所述D/A模块输入端连接第二数字信号微处理器。
在所述室内机中，所述第一控制按键包括摘/挂机按键、监视按键、回放录像按键以及开锁按键，所述第一控制按键连接第一数字信号微处理器，所述数字信号微处理器连接第一声音控制器芯片，所述第一麦克风和第一扬声器连接第一声音控制器芯片，所述的数字信号微处理器连接第一数字传输及射频收发模块。在所述室外机中，所述第二控制按键包括呼叫按键，所述第二控制按键连接第二数字信号微处理器，所述第二数字信号微处理器连接第二声音控制器芯片，所述第二麦克风和第二扬声器连接第二声音控制器芯片，所述的第二数字信号微处理器连接第二数字传输及射频收发模块。所述室外机还包括电锁和电锁驱动电路，所述的电锁通过电锁驱动电路连接第二嵌入式数字信号微处理器。
图3为本发明的当室内机(客户端)为待机状态，室外机(服务端)响铃时，室内外机的媒体数据通信控制过程。此时，室外机(服务端)首先向室内机(客户端)发送MESSAGE命令通知响铃。此时，如果室内机(客户端)正在播放录像，则关闭录像播放，然后室内机(客户端)开启视频和存储录像功能。接着室内机(客户端)向室外机(服务端)发送开启视频服务命令，室外机(服务端)接收并处理命令。若室外机(服务端)正常工作则开启视频服务并发送成功响应，否则发送失败响应。室内机(客户端)接收到失败响应则继续为当前状态，接收到成功响应则创建响铃线程并进入响铃状态，响铃停止后，销毁响铃线程。此时，如果无人摘机，则室内机(客户端)向室外机(服务端)发送无人摘机命令，室外机(服务端)经处理向室内机(客户端)发送响应，室内机(客户端)接收到室外机(服务端)错误响应则继续响铃状态。如果接收到成功响应，此时若视频服务正在进行，则室内机(客户端)向室外机(服务端)发送停止视频服务的命令。室外机(服务端)处理该命令并发回响应信息。室内机(客户端)接收响应，若为错误响应，则继续之前状态即重新发送停止服务命令。否则，停止室内机(客户端)视频，并回到待机状态。如果响铃后，有人摘机了，则室内机(客户端)向室外机(服务端)发送摘机命令，室外机(服务端)处理后发回响应。若室内机(客户端)接收到错误响应信息，则继续之前状态也即重新发送摘机命令。否则，室内机(客户端)开启音频和视频处理功能并向室外机(服务端)发送开启音频和视频服务的命令。室外机(服务端)正常工作则开启音频和视频服务并发回成功响应，否则发送失败响应。若室内机(客户端)接收到错误响应则继续之前状态，也即室内机(客户端)重新开启音频和视频处理功能并向室外机(服务端)发送开启音频和视频服务的命令。否则进入音频和视频全开状态。在音视频全开状态下，可进行开锁和挂机的操作。若室内机(客户端)有开锁动作，则向室外机(服务端)发送开锁命令。室外机(服务端)成功吃力该命令后做开锁动作并向室内机(客户端)发送响应。室内机(客户端)接收响应并保持当前状态。如果室内机(客户端)有挂机动作，则向室外机(服务端)发送挂机命令。经室外机(服务端)处理后，室内机(客户端)接到错误响应信息则继续当前状态。否则，室内机(客户端)向室外机(服务端)发送停止音频和视频的命令，室外机(服务端)正常工作则关闭音视频服务并发送成功响应，否则发送失败响应。室内机(客户端)接收到失败响应则极度当前状态，否则回到待机状态。
图4为本发明的当室内机(客户端)自主摘机，并且处于待机或者监视状态时，室内外机的媒体数据通信控制过程。若此时正在播放录像，则先停止播放，发室外机(服务端)送摘机命令。室外机(服务端)接收并处理后，向室内机(客户端)发回响应信息。室内机(客户端)接收到错误响应则继续之前状态也即重复上面的操作。否则，室内机(客户端)开启音视频处理功能并向室外机(服务端)发送开启音视频服务的命令。室外机(服务端)接收并处理该命令，若正常工作则开启音视频服务并发回成功响应，否则发送失败响应。室内机(客户端)接收到错误响应则继续之前状态也即重新开启音视频处理功能并向室外机(服务端)发送开启音视频服务的命令。否则，进入音视频全开状态。
在音视频全开状态下，可进行开锁和挂机的操作。若室内机(客户端)有开锁动作，则向室外机(服务端)发送开锁命令。室外机(服务端)成功吃力该命令后做开锁动作并向室内机(客户端)发送响应。室内机(客户端)接收响应并保持当前状态。如果室内机(客户端)有挂机动作，则向室外机(服务端)发送挂机命令。经室外机(服务端)处理后，室内机(客户端)接到错误响应信息则继续当前状态。否则，室内机(客户端)向室外机(服务端)发送停止音频和视频的命令，室外机(服务端)正常工作则关闭音视频服务并发送成功响应，否则发送失败响应。室内机(客户端)接收到失败响应则极度当前状态，否则回到待机状态。
图5为本发明的当室内机(客户端)自主开启监视，这时室内机(客户端)只能在待机状态，室内外机的媒体数据通信控制过程。若此时室内机(客户端)正在播放录像则先停止播放，然后向室外机(服务端)发送摘机命令，室外机(服务端)处理后发回响应。若室内机(客户端)接收到错误响应信息，则继续之前状态也即重新发送摘机命令。否则，室内机(客户端)开启视频处理功能并向室外机(服务端)发送开启视频服务的命令。室外机(服务端)正常工作则开启视频服务并发回成功响应，否则发送失败响应。若室内机(客户端)接收到错误响应则继续之前状态，也即室内机(客户端)重新开启视频处理功能并向室外机(服务端)发送开启视频服务的命令。否则进入监视状态。如果再次按监视键，则室内机(客户端)向室外机(服务端)发送停止视频命令。室外机(服务端)正常工作则关闭视频服务并发送成功响应，否则发回失败响应。若室内机(客户端)接收到错误响应则继续当前状态，否则回到待机状态。