多媒體監(jiān)控是當今監(jiān)控領(lǐng)域的發(fā)展主流,既可用于工業(yè)過程和交通管制中的監(jiān)測與控制,又可用于安全防衛(wèi)中的監(jiān)視與報警。通常情況下,多媒體監(jiān)控涉及的圖像所包含的信息最為豐富和有用,但同時圖像數(shù)字化、壓縮、傳輸及處理也較為復雜,因而圖像監(jiān)控就成了多媒體監(jiān)控的主要內(nèi)容。在技術(shù)進步推動信息傳遞日趨無線化的背景下,無線圖像傳輸也就成為圖像監(jiān)控的關(guān)鍵任務(wù)之一。圖像傳輸無線化打破了傳統(tǒng)同軸電纜和光纖圖像監(jiān)控受制于硬件連接的不利局面,具有更強的靈活性和方便性。然而,國內(nèi)外現(xiàn)有的和正在研發(fā)的圖像監(jiān)控產(chǎn)品所采用的無線圖像傳輸系統(tǒng),普遍存在三大缺陷：一是自成系統(tǒng)、專有專用,缺乏一定的開放性,不利于與其它信息系統(tǒng)互聯(lián);二是組網(wǎng)功能較差,一般為點對點或點對多點,不利于資源和信息的共享;三是缺乏甚至沒有抗干擾措施,無法保證系統(tǒng)的可靠性。為此,有必要尋求一種新的途徑來克服上述缺陷并增強無線圖像傳輸?shù)男阅堋Ｔ跓o線電通信技術(shù)日新月異的今天,各種新興無線電通信技術(shù)提供了選擇的良機,這些技術(shù)包括通用分組無線服務(wù)GPRS、寬帶碼分多址 (W-CDMA)、第三代移動通信(3G)、藍牙(Bluetooth、Wi-Fi(IEEE 802．11b)以及HomeRF等。針對局域監(jiān)控,本文介紹將藍牙作為傳輸手段的無線圖像傳輸系統(tǒng)設(shè)計。
１ 藍牙在局域監(jiān)控無線圖像傳輸上的技術(shù)優(yōu)勢
藍牙是一種新興的、短距離、低功耗、低成本無線電網(wǎng)絡(luò)技術(shù),可在移動電話、膝上電腦、個人數(shù)字助理(PDA)等便攜式數(shù)字設(shè)備以及其它任何數(shù)字設(shè)備之間建立短距離(100ｍ以內(nèi))無線電連接。藍牙工作在無需申請的2.45GHz ISM industrial、scientific and medical 頻段,采用了跳頻即頻率跳變擴頻 (FHSS)技術(shù);組網(wǎng)方式為專設(shè)(ad hoc)方式,可組成微微網(wǎng)(piconet)和分散網(wǎng)(scatternet)。自１９９９年７月藍牙特殊利益團體(BSIG)正式發(fā)布藍牙規(guī)范1.0A版本以來,藍牙已在ＩＴ界以及眾多相關(guān)行業(yè)引起了極大關(guān)注,大量研究和開發(fā)正推動著藍牙的廣泛應用和深入發(fā)展。２００１年２月BSIG又發(fā)布了藍牙規(guī)范1.1版本,并著手研究更新的技術(shù)規(guī)范,以適應寬帶化等需求。
較之于現(xiàn)有局域無線圖像監(jiān)控系統(tǒng)所采用的傳輸手段,如臺灣百特公司生產(chǎn)的0.9／1.２／2.4ＧＨｚ微波圖像傳輸設(shè)備、公安部第一研究所研制的Ｌ波段圖像傳輸設(shè)備等,藍牙具有以下技術(shù)優(yōu)勢：
(１)開放性技術(shù)規(guī)范。藍牙規(guī)范是一種全球統(tǒng)一的開放性規(guī)范,已經(jīng)得到了ＩＴ行業(yè)和其它相關(guān)行業(yè)的廣泛支持。
(２)高自由度組網(wǎng)方式。既可組成點對點、點對多點微微網(wǎng),又可由多個微微網(wǎng)組成分散網(wǎng),為定制監(jiān)控應用預留更多自由空間。 (３)多種有效的抗干擾措施�？焖偬l(１６００跳／秒)、前向糾錯、信道編碼等措施,極大地增強了無線傳輸?shù)目垢蓴_性能。
(４)安全措施有力。多級鑒權(quán)和加密為監(jiān)控應用提供了強有力的保證,同時也是開發(fā)性技術(shù)規(guī)范有機的互補。
(５)低功耗、低成本。為實際推廣應用奠定了基礎(chǔ)。
相對于Wi－Fi、ＨｏｍｅＲＦ等與藍牙相近的無線局域網(wǎng)技術(shù),藍牙在局域無線圖像監(jiān)控中也具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢,如表１所示。可見,藍牙有較強的抗干擾性能、低功耗、低成本等優(yōu)勢,其傳輸距離也適用于短距離局域應用,尤其是室內(nèi)應用。 ２ 系統(tǒng)設(shè)計方案
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２．１ 總體要求
２．１．１ 功能描述
(１)具備藍牙無線通信方式的攝像機(以下簡稱藍牙攝像機),既可直接也可間接(通過相鄰藍牙攝像機或其它藍牙設(shè)備中繼)向具備藍牙無線通信方式的監(jiān)控器(以下簡稱藍牙監(jiān)控器)實時傳輸圖像。
(２)可傳輸靜止圖像即照片,也可傳輸動態(tài)圖像;圖像彩色、黑白均可,且可調(diào)節(jié)分辨率與幀速。
(３)藍牙監(jiān)控器可在外部信號(如警情)觸發(fā)下控制藍牙攝像機啟動或停止圖像傳輸;可以查詢藍牙攝像機的狀態(tài)并進行相應控制。
(４)可授權(quán)藍牙移動電話、ＰＤＡ、桌面電腦、筆記本電腦等其它藍牙設(shè)備進行監(jiān)視,甚至臨時代替藍牙監(jiān)控器執(zhí)行某些控制。
２．１．２ 技術(shù)指標
(１)藍牙監(jiān)控器可直接與７個藍牙攝像機或其它藍牙設(shè)備構(gòu)成一個微微網(wǎng),若干個微微網(wǎng)還可構(gòu)成一個規(guī)模較大的分散網(wǎng)。
(２)任意兩個藍牙設(shè)備之間的直接通信距離不超過100ｍ。
(３)藍牙攝像機與監(jiān)控器之間的通信鏈路采用非對稱異步無連接(ACL)數(shù)據(jù)分組方式,圖像傳輸占用上行分組,最大速率為７２３．２kbps,控制命令占用下行分組,相應速率為５７．６kbps。
(４)圖像格式。照片為JPEG(聯(lián)合攝影專家組)圖像壓縮格式;動態(tài)圖像可以是M－JPEG(ｍｏｔｉｏｎ JPEG)、ITU-T(國際電信聯(lián)盟電信委員會)H.263及MPEG(運動圖像專家組)等圖像壓縮格式。
２．２ 多方案比較及選擇
系統(tǒng)由藍牙攝像機、監(jiān)控器以及其它藍牙設(shè)備組成。通常攝像機和監(jiān)控器的位置相對固定,因而系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)在一定程度上也是可以事先確定的。根據(jù)不同的拓撲結(jié)構(gòu)和具體要求,有三種系統(tǒng)設(shè)計方案可供選擇。
(１)星型微微網(wǎng)＋動態(tài)圖像傳輸
該方案以藍牙監(jiān)控器為中心構(gòu)成簡單的星型微微網(wǎng),其主設(shè)備(master)為藍牙監(jiān)控器,從設(shè)備(slave)為藍牙攝像機和其它藍牙設(shè)備,如圖１(ａ)所示。由于結(jié)構(gòu)簡單、傳輸直接,因而可全部采用動態(tài)圖像傳輸。
(２)樹型分散網(wǎng)＋動態(tài)圖像傳輸＋照片傳輸
該方案以藍牙監(jiān)控器為根節(jié)點、由若干個微微網(wǎng)構(gòu)成有限級樹型分散網(wǎng),如圖１(ｂ)所示。
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藍牙監(jiān)控器是整個網(wǎng)絡(luò)的主設(shè)備,但與其直接相連的從設(shè)備可以是第二級微微網(wǎng)的主設(shè)備,而第二級微微網(wǎng)的從設(shè)備又可以是第三級微微網(wǎng)的主設(shè)備。藍牙設(shè)備通過主從轉(zhuǎn)換可以實現(xiàn)中繼傳輸。為保證系統(tǒng)實時性并避免網(wǎng)絡(luò)擁塞,不全部采用動態(tài)圖像傳輸,可輔之以照片傳輸,尤其對于需要中繼傳輸而重要性又不大的圖像。
(３)復合型分散網(wǎng)＋照片傳輸＋動態(tài)圖像傳輸
該方案的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是星型和樹型結(jié)構(gòu)的復合,如圖１(ｃ)所示。整個網(wǎng)絡(luò)的主設(shè)備仍然是藍牙監(jiān)控器,同時根據(jù)需要可設(shè)置若干個主從轉(zhuǎn)換中繼設(shè)備。由于結(jié)構(gòu)較為復雜且需要中繼傳輸,為保證系統(tǒng)實時性并避免網(wǎng)絡(luò)擁塞,宜以照片傳輸為主、輔之以動態(tài)圖像傳輸。
這三種方案各有優(yōu)缺點,適合于不同的應用場合,如表２所示。
