專利名稱：基于shdsl的深海長距離無中繼點對點視頻傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及長距離有線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于SHDSL (Symmetric High-Speed Digital Subscriber Line，對稱高速數(shù)字用戶線路) 寬帶傳輸技術(shù)的深海長距離無中繼點對點視頻傳輸系統(tǒng)。 技術(shù)背景隨著世界各國對海洋經(jīng)濟以及海底礦產(chǎn)資源開發(fā)的日益重視，如何 開發(fā)出基于水下的、可靠的、高效的實時視頻傳輸技術(shù)以獲取海底的各 類要素信息是當前各國海洋開發(fā)的關(guān)注焦點。由于深海視頻傳輸系統(tǒng)需要長期工作于水下環(huán)境，并且絕大多數(shù)情 況下依附于具有頻繁、復(fù)雜機械運動的深海科考設(shè)備，因而與普通視頻 傳輸相比，深海視頻傳輸必須克服深水高壓、瞬時撞擊、深海浪涌等惡 劣環(huán)境造成的傳輸介質(zhì)特性不穩(wěn)定，以及傳輸距離過長造成的視頻質(zhì)量 下降等難點。目前已獲得廣泛應(yīng)用的信號傳輸技術(shù)均難以應(yīng)用于深海長 距離無中繼視頻傳輸。在無線傳輸方式中，電磁波在水中衰減很快，不 適合水下通信；聲納系統(tǒng)要求的功率大，且信號傳輸?shù)难舆t很嚴重，無 法滿足視頻信號傳輸?shù)膶崟r性要求。在有線傳輸方式中，電纜模擬傳輸 對視頻信號中的高頻分量(細節(jié)和彩色部分)衰減嚴重，視頻傳輸質(zhì)量 難以保證，并且除視頻信號以外的其他信號(如控制或狀態(tài)信息)的傳 輸會對視頻信號的傳輸產(chǎn)生嚴重干擾；電纜數(shù)字基帶傳輸由于不經(jīng)過調(diào) 制與解調(diào)過程，在無再生中繼器的情況下難以傳輸較遠的距離；電纜普 通頻帶傳輸盡管可以進行遠距離傳輸，但傳輸率低，誤碼率高，無法滿 足大數(shù)據(jù)量的視頻信號實時傳輸要求。而在己獲得廣泛應(yīng)用的各類串行 通信總線中，RS232由于采用單端傳輸導(dǎo)致傳輸距離過短，RS485盡管采 用差分傳輸方式大幅提升了傳輸距離，但由于受到電氣標準的限制，信 號只能進行主、從結(jié)構(gòu)的輪詢方式通訊，通訊的實時性和可靠性較差，最大傳輸距離僅為1200米;CAN總線的傳輸距離最大可以達到IOOOO米， 但CAN總線的總線傳輸速率與傳輸距離成反比，當傳輸距離接近10000 米時，總線傳輸速率僅為5Kbps，無法實現(xiàn)視頻信號的實時傳輸；光纖通 信雖然比電纜更加適合于大容量、遠距離的高質(zhì)量視頻傳輸，但光纖受 力易彎折， 一旦彎折造成的彎曲損耗會導(dǎo)致傳輸性能大幅下降，并且光 纖的端面制備和接續(xù)技術(shù)要求非常高，海上維護困難且成本很高，這使 得光纖難以應(yīng)用于工作環(huán)境惡劣、損耗大并且維護頻繁的深海科考裝備。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種基于SHDSL寬帶傳輸技術(shù)的深海長距離 無中繼點對點視頻傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實現(xiàn)視頻信號的深海萬米高可 靠性實時傳輸，滿足各類深?？茖W考査設(shè)備的可視化需求?；赟HDSL的深海長距離無中繼點對點視頻傳輸系統(tǒng)，包括同軸電 纜，其特征在于同軸電纜的兩端分別通過電話線接口 RJ11與甲板調(diào)制解 調(diào)器和水下調(diào)制解調(diào)器連接，甲板視頻服務(wù)器與甲板調(diào)制解調(diào)器通過以 太網(wǎng)接口 RJ45連接，水下視頻服務(wù)器與水下調(diào)制解調(diào)器通過太網(wǎng)接口 RJ45連接。甲板視頻服務(wù)器和水下視頻服務(wù)器均包括主控模塊，MPEG-4視頻編 /解碼模塊采用串行外設(shè)接口與主控模塊進行連接，以太網(wǎng)模塊采用數(shù)據(jù) 總線與地址總線相連接的連線方式與主控模塊進行連接；具體地主控 模塊采用ARM9 S3C2410芯片，負責視頻服務(wù)器中各模塊的初始化、各 模塊間的協(xié)調(diào)控制、高層以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包的創(chuàng)建以及與對應(yīng)的寬帶調(diào)制解 調(diào)器之間的通信，并通過RS232串口與外部狀態(tài)控制信號進行通信； MPEG-4視頻編/解碼模塊采用ADSP Bkckfin533，實現(xiàn)MPEG-4標準的 視頻編/解碼；以太網(wǎng)模塊采用DM9000，負責利用RJ45以太網(wǎng)接口發(fā)送 /接收包含MPEG-4視頻數(shù)據(jù)的高層以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包。甲板調(diào)制解調(diào)器和水下調(diào)制解調(diào)器均包括主控模塊、DSL收發(fā)模塊、 以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換模塊、模擬前端模塊和混合線路模塊，其中主控模塊與DSL收發(fā)模塊之間采用數(shù)據(jù)總線與地址總線相連接的方式連接；主控模塊與 以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換模塊之間采用I2C總線進行通訊；以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換模塊與DSL收 發(fā)模塊之間以及DSL收發(fā)模塊與模擬前端模塊之間分別采用串行連接方 式進行連接；模擬前端模塊的模擬端口與混合線路模塊連接；具體地 主控模塊采用S3C44B0X，負責系統(tǒng)中各模塊的初始化、各模塊間的協(xié)調(diào) 控制、傳輸狀態(tài)的實時監(jiān)控以及與對應(yīng)的視頻服務(wù)器、應(yīng)用層之間的通 信；DSL收發(fā)模塊采用M28945，負責將輸入的成幀和非成幀模式信號轉(zhuǎn) 換成相應(yīng)的DSL幀數(shù)據(jù)流，并完成數(shù)據(jù)的編/解碼，產(chǎn)生發(fā)送端碼元定時 和恢復(fù)提取接收端碼元定時、線路均衡、回波抵消、根據(jù)對線路功率衰 減的探測調(diào)整發(fā)送功率電平；以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換模塊采用RC7222，負責將以太 網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為DSL收發(fā)模塊能夠接收的El數(shù)據(jù)；模擬前端模塊采用 M28927，完成數(shù)字信號與SHDSL信號的轉(zhuǎn)換功能，即D/A和A/D變換、 信號濾波、增益控制和線路驅(qū)動；混合線路模塊采用EP13型變壓器 Midcom50722，用于保證系統(tǒng)電路具有良好的線性特性和回波抵消性能， 保持較高的信噪比，該技術(shù)為成熟技術(shù)。甲板調(diào)制解調(diào)器和水下調(diào)制解調(diào)器中的混合線路模塊通過電話線接 口 RJil與同軸電纜連接，以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換模塊與對應(yīng)的甲板視頻服務(wù)器和水 下視頻服務(wù)器的以太網(wǎng)模塊通過以太網(wǎng)接口 RJ45連接。本發(fā)明充分利用了 SHDSL寬帶傳輸技術(shù)傳輸速率高、傳輸距離長、 對傳輸介質(zhì)傳輸特性依賴小的優(yōu)點，與背景技術(shù)相比，可以獲得的顯著 技術(shù)效果為在深海惡劣工作環(huán)境下，可以實現(xiàn)大容量視頻信號的長距 離無中繼實時傳輸，并且獲得的視頻信號彩色信息和細節(jié)完整，清晰度 高。同時，在不附加任何傳輸設(shè)備與接口的前提下，可以實現(xiàn)其他信號 (如控制和狀態(tài)量信號)與視頻信號的捆綁傳輸。由于視頻信號在傳輸 之前首先由視頻服務(wù)器轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)數(shù)據(jù)，因而除視頻信號以外的其他 控制與狀態(tài)信息可同時參與轉(zhuǎn)換過程，轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)數(shù)據(jù)后再與視頻信 號進行捆綁傳輸而不需要采用頻分復(fù)用加低通濾波的方式進行獨立傳輸，大大降低了控制與狀態(tài)信息對視頻信號傳輸產(chǎn)生干擾的可能性以及傳輸設(shè)備接口的復(fù)雜度。


圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中甲板視頻服務(wù)器和水下視頻服務(wù)器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為圖1中甲板調(diào)制解調(diào)器和水下調(diào)制解調(diào)器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為圖2的工作流程圖； 圖5為圖3的工作流程圖。
具體實施方式
如圖1所示，基于SHDSL的深海長距離無中繼點對點視頻傳輸系統(tǒng) 由甲板調(diào)制解調(diào)器3、水下調(diào)制解調(diào)器5、甲板視頻服務(wù)器2、水下視頻 服務(wù)器6和深海萬米鎧裝同軸電纜4構(gòu)成。其中，水下視頻服務(wù)器6采 用以太網(wǎng)接口 RJ45與水下調(diào)制解調(diào)器5連接；甲板視頻服務(wù)器2同樣采 用以太網(wǎng)接口 RJ45與甲板調(diào)制解調(diào)器3連接；水下調(diào)制解調(diào)器5和甲板 調(diào)制解調(diào)器3均采用電話線接口 RJ11與深海萬米鎧裝同軸電纜4相連； 水下視頻服務(wù)器6通過視頻傳輸線與水下攝像機7的BNC接口連接，并 通過RS232串口與外部狀態(tài)控制信號進行通信；甲板視頻服務(wù)器2通過 網(wǎng)線與甲板監(jiān)控平臺1的以太網(wǎng)口連接。系統(tǒng)工作時，由水下攝像機7 獲取的PAL (或NTSC)制模擬視頻信號首先由水下視頻服務(wù)器6經(jīng)數(shù)據(jù) 采集和壓縮編碼(MPEG-4)后，與狀態(tài)信息和控制信號一同轉(zhuǎn)換為可以 在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)數(shù)據(jù)流送入水下調(diào)制解調(diào)器5。水下調(diào)制解調(diào)器5 將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)流經(jīng)DSL成幀和柵格編碼脈沖幅度調(diào)制(TC-PAM)后送 入深海萬米鎧裝同軸電纜4中傳輸。甲板調(diào)制解調(diào)器3將接收到的以太 網(wǎng)數(shù)據(jù)進行解調(diào)后再經(jīng)過甲板視頻服務(wù)器2的解碼和控制/狀態(tài)信號分離 就可獲取實時、清晰的數(shù)字視頻。如圖2所示，水下視頻服務(wù)器6和甲板視頻服務(wù)器2由MPEG-4視 頻編/解碼模塊2-1、主控模塊2-2和以太網(wǎng)模塊2-3構(gòu)成。主控模塊2-2采用ARM9 S3C2410芯片，主要負責視頻服務(wù)器中各模塊的初始化、各 模塊間的協(xié)調(diào)控制、高層以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包的創(chuàng)建以及與調(diào)制解調(diào)器之間的 通信等；MPEG-4視頻編/解碼模塊2-l采用ADSPBlackfm533，主要實現(xiàn) MPEG-4標準的視頻編/解碼；以太網(wǎng)模塊2-3采用DM9000，主要負責利 用RJ45以太網(wǎng)接口發(fā)送/接收包含MPEG-4視頻數(shù)據(jù)的高層以太網(wǎng)數(shù)據(jù) 包。其中，主控模塊2-2與MPEG-4視頻編Z解碼模塊2-1采用串行外設(shè) 接口 (SPI)進行連接；主控模塊2-2與以太網(wǎng)模塊2-3之間采用數(shù)據(jù)總 線與地址總線相連接的連線方式。水下視頻服務(wù)器6工作時，主控模塊 2-2不斷檢測水下攝像機7的輸入情況，當有視頻數(shù)據(jù)輸入時通過DMA 通知MPEG-4視頻編/解碼模塊2-1 ， MPEG-4視頻編/解碼模塊2-1對視頻 數(shù)據(jù)流進行編/解碼，完成后通過DMA通知主控模塊2-2，由主控模塊2-2 負責將編/解碼后的視頻數(shù)據(jù)流通過以太網(wǎng)模塊2-3進行傳輸。如圖3所示，水下調(diào)制解調(diào)器5和甲板調(diào)制解調(diào)器3主要由主控模 塊3-l、 DSL收發(fā)模塊3-2、以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換模塊3-3、模擬前端模塊3-4以及 混合線路模塊3-5構(gòu)成。主控模塊3-1采用S3C44B0X，主要負責系統(tǒng)中 各模塊的初始化、各模塊間的協(xié)調(diào)控制、傳輸狀態(tài)的實時監(jiān)控以及與視 頻服務(wù)器、應(yīng)用層之間的通信等；DSL收發(fā)模塊3-2采用M28945，主要 負責將輸入的成幀和非成幀模式信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的DSL幀數(shù)據(jù)流，并完 成數(shù)據(jù)的編/解碼，產(chǎn)生發(fā)送端碼元定時和恢復(fù)提取接收端碼元定時、線 路均衡、回波抵消、根據(jù)對線路功率衰減的探測調(diào)整發(fā)送功率電平等功 能。以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換模塊3-3采用RC7222，主要負責將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 M28945能夠接收的El數(shù)據(jù)；模擬前端模塊3-4采用M28927,主要完成 數(shù)字信號與SHDSL信號的轉(zhuǎn)換功能，即D/A和A/D變換、信號濾波、 增益控制和線路驅(qū)動等；混合線路模塊3-5主要采用EP13型變壓器 Muicom50722，用于保證系統(tǒng)電路具有良好的線性特性和回波抵消性能， 保持較高的信噪比等。其中，主控模塊3-1與DSL收發(fā)模塊3-2之間采 用數(shù)據(jù)總線與地址總線相連接的連線方式；主控模塊3-1與以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換模塊3-3之間采用I2C總線進行通訊；以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換模塊3-3與DSL收發(fā)模塊 3-2之間以及DSL收發(fā)模塊3-2與模擬前端模塊3-4之間均采用串行連接 方式進行連接。模擬前端模塊3-4的模擬接口與混合線路模塊3-5相連接。水下視頻服務(wù)器6的工作流程圖如圖4所示，程序開始運行后首先進 行初始化并加載、運行操作系統(tǒng)，然后循環(huán)檢測連接水下攝像機7的BNC 接口、網(wǎng)絡(luò)接口以及串口是否觸發(fā)了外部中斷。如果有外部中斷產(chǎn)生， 判斷該中斷的中斷源，如果該中斷由水下攝像機7數(shù)據(jù)到達事件觸發(fā)， 則首先采用DMA方式通告MPEG-4視頻編/解碼模塊2-1進行視頻編碼， 然后借助以太網(wǎng)模塊2-3進行網(wǎng)絡(luò)發(fā)送；如果該中斷由串口數(shù)據(jù)到達事件 觸發(fā)，則首先將串口數(shù)據(jù)進行協(xié)議轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)數(shù)據(jù)后借助以太 網(wǎng)模塊2-3進行網(wǎng)絡(luò)發(fā)送；如果該中斷由網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)到達事件觸發(fā)，則首先 進行數(shù)據(jù)解析以分離視頻數(shù)據(jù)和傳感數(shù)據(jù)，對于視頻數(shù)據(jù)，采用MPEG-4 視頻編/解碼模塊2-1解碼后進行視頻輸出，而對于傳感數(shù)據(jù)，借助協(xié)議 轉(zhuǎn)換將其轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)后進行串口發(fā)送。水下調(diào)制解調(diào)器5和甲板調(diào)制解調(diào)器3的工作流程圖如圖5所示，程 序開始運行后首先進行系統(tǒng)初始化并配置以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換模塊3-3使其工作 在E1數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模式并處于透明傳輸狀態(tài)。然后，重復(fù)下載操作碼至DSL 收發(fā)模塊3-2直至下載成功為止。操作碼下載成功后，使用API消息對 DSL收發(fā)模塊3-2進行配置以決定DSL收發(fā)模塊3-2的接口方式、傳輸 速率、時鐘模式等。配置完成后即可激活傳輸過程開始傳輸，在傳輸過 程中需定時輪詢DSL收發(fā)模塊3-2以及以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換模塊3-3的內(nèi)部狀態(tài) 寄存器和外部配置開關(guān)，從而以對系統(tǒng)進行有效的狀態(tài)監(jiān)控。
權(quán)利要求
1、基于SHDSL的深海長距離無中繼點對點視頻傳輸系統(tǒng)，包括同軸電纜，其特征在于同軸電纜的兩端分別通過電話線接口RJ11與甲板調(diào)制解調(diào)器和水下調(diào)制解調(diào)器連接，甲板視頻服務(wù)器與甲板調(diào)制解調(diào)器通過以太網(wǎng)接口RJ45連接，水下視頻服務(wù)器與水下調(diào)制解調(diào)器通過太網(wǎng)接口RJ45連接；所述的甲板視頻服務(wù)器和水下視頻服務(wù)器均包括主控模塊，MPEG-4視頻編/解碼模塊采用串行外設(shè)接口與主控模塊進行連接，以太網(wǎng)模塊采用數(shù)據(jù)總線與地址總線相連接的連線方式與主控模塊進行連接；具體地主控模塊采用ARM9S3C2410芯片，負責視頻服務(wù)器中各模塊的初始化、各模塊間的協(xié)調(diào)控制、高層以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包的創(chuàng)建以及與對應(yīng)的寬帶調(diào)制解調(diào)器之間的通信，并通過RS232串口與外部狀態(tài)控制信號進行通信；MPEG-4視頻編/解碼模塊采用ADSP Blackfin533，實現(xiàn)MPEG-4標準的視頻編/解碼；以太網(wǎng)模塊采用DM9000，負責利用RJ45以太網(wǎng)接口發(fā)送/接收包含MPEG-4視頻數(shù)據(jù)的高層以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包；所述的甲板調(diào)制解調(diào)器和水下調(diào)制解調(diào)器均包括主控模塊、DSL收發(fā)模塊、以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換模塊、模擬前端模塊和混合線路模塊，其中主控模塊與DSL收發(fā)模塊之間采用數(shù)據(jù)總線與地址總線相連接的方式連接；主控模塊與以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換模塊之間采用I2C總線進行通訊；以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換模塊與DSL收發(fā)模塊之間以及DSL收發(fā)模塊與模擬前端模塊之間分別采用串行連接方式進行連接；模擬前端模塊的模擬端口與混合線路模塊連接；具體地主控模塊采用S3C44B0X，負責系統(tǒng)中各模塊的初始化、各模塊間的協(xié)調(diào)控制、傳輸狀態(tài)的實時監(jiān)控以及與對應(yīng)的視頻服務(wù)器、應(yīng)用層之間的通信；DSL收發(fā)模塊采用M28945，負責將輸入的成幀和非成幀模式信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的DSL幀數(shù)據(jù)流，并完成數(shù)據(jù)的編/解碼，產(chǎn)生發(fā)送端碼元定時和恢復(fù)提取接收端碼元定時、線路均衡、回波抵消、根據(jù)對線路功率衰減的探測調(diào)整發(fā)送功率電平；以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換模塊采用RC7222，負責將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為DSL收發(fā)模塊能夠接收的E1數(shù)據(jù)；模擬前端模塊采用M28927，完成數(shù)字信號與SHDSL信號的轉(zhuǎn)換功能，即D/A和A/D變換、信號濾波、增益控制和線路驅(qū)動；混合線路模塊采用EP13型變壓器Midcom50722，用于保證系統(tǒng)電路具有良好的線性特性和回波抵消性能，保持較高的信噪比；甲板調(diào)制解調(diào)器和水下調(diào)制解調(diào)器中的混合線路模塊通過電話線接口RJ11與同軸電纜連接，以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換模塊與對應(yīng)的甲板視頻服務(wù)器和水下視頻服務(wù)器的以太網(wǎng)模塊通過以太網(wǎng)接口RJ45連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于SHDSL寬帶傳輸技術(shù)的深海長距離無中繼點對點視頻傳輸系統(tǒng)?，F(xiàn)有技術(shù)傳輸率低，誤碼率高，無法滿足大數(shù)據(jù)量的視頻信號實時傳輸要求。本發(fā)明包括同軸電纜，同軸電纜的兩端分別通過電話線接口RJ11與甲板調(diào)制解調(diào)器和水下調(diào)制解調(diào)器連接，甲板視頻服務(wù)器與甲板調(diào)制解調(diào)器通過以太網(wǎng)接口RJ45連接，水下視頻服務(wù)器與水下調(diào)制解調(diào)器通過太網(wǎng)接口RJ45連接。本發(fā)明充分利用了SHDSL寬帶傳輸技術(shù)傳輸速率高、傳輸距離長、對傳輸介質(zhì)傳輸特性依賴小的優(yōu)點，即使在深海惡劣工作環(huán)境下，也可以實現(xiàn)大容量視頻信號的長距離無中繼實時傳輸，并且獲得的視頻信號彩色信息和細節(jié)完整，清晰度高。
文檔編號H04N7/24GK101277439SQ200810060618
公開日2008年10月1日 申請日期2008年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月22日
發(fā)明者于海濱, 劉敬彪, 孔慶鵬, 盛慶華, 章雪挺 申請人:杭州電子科技大學