本發(fā)明屬于環(huán)境監(jiān)測(cè)報(bào)警技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種基于正交頻分多址技術(shù)的實(shí)時(shí)無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

多址技術(shù)，在無(wú)線通信系統(tǒng)中，多用戶同時(shí)通過(guò)同一個(gè)基站和其他用戶進(jìn)行通信，必須對(duì)不同用戶和基站發(fā)出的信號(hào)賦予不同特征。這些特征使基站能夠從眾多手機(jī)發(fā)射的信號(hào)中，區(qū)分出是哪一個(gè)用戶發(fā)出來(lái)的信號(hào)；各用戶能在基站發(fā)出的信號(hào)中，識(shí)別出哪一個(gè)是發(fā)給自己的信號(hào)。在無(wú)線通信系統(tǒng)中，使用多址技術(shù)尋址。

正交頻分多址(Orthogonal frequency-division multiplexing，OFDM)可以視為多載波傳輸?shù)囊粋€(gè)特例，具備高速率資料傳輸?shù)哪芰Γ由夏苡行?duì)抗頻率選擇性衰減通道，近年來(lái)逐漸獲得重視與采用，是4g LTE的核心技術(shù)。

國(guó)內(nèi)外視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展動(dòng)力源于對(duì)特殊場(chǎng)所安全的需求，出于反恐、國(guó)家安全、社會(huì)安定和建設(shè)和諧社會(huì)等多方而的需要，視頻監(jiān)控技術(shù)逐漸成為被人們關(guān)注的熱點(diǎn)和前沿研究領(lǐng)域。近年來(lái)視頻監(jiān)控技術(shù)發(fā)展極為迅速，己經(jīng)從第一代的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展到第二代的部分?jǐn)?shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)，目前正在朝第三代完全數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)的方向邁進(jìn)。

目前，視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要應(yīng)用在以下幾個(gè)方面:

交通安全:如鐵路、車(chē)站、機(jī)場(chǎng)、公路等場(chǎng)所的安全監(jiān)控。

工業(yè)領(lǐng)域的安全和質(zhì)量監(jiān)控:如生產(chǎn)車(chē)間的一些自動(dòng)化設(shè)備的監(jiān)控.實(shí)時(shí)監(jiān)視其工作狀態(tài)。

居住環(huán)境和公共場(chǎng)所安全:如銀行、超市、停車(chē)場(chǎng)、居民小區(qū)等。

醫(yī)院和監(jiān)獄:如對(duì)感染病人和服刑人員等特殊人群的遠(yuǎn)程監(jiān)控等。

軍事領(lǐng)域:如空中監(jiān)視、戰(zhàn)場(chǎng)中對(duì)部隊(duì)移動(dòng)的監(jiān)視等。

目前的大多數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)為了獲得較高的傳輸速度，一般采用降低畫(huà)面分辨率的方法，以減少需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。但是這樣一來(lái)，會(huì)導(dǎo)致監(jiān)控畫(huà)面的不清晰，一些細(xì)節(jié)就不能明顯地顯示出來(lái)，甚至有時(shí)會(huì)導(dǎo)致監(jiān)控者不能很好地分辨出可疑人員，大大降低監(jiān)控系統(tǒng)的效果。

而且市場(chǎng)上現(xiàn)有的監(jiān)控設(shè)備基本上都是基于有線傳輸?shù)?。這類(lèi)監(jiān)控系統(tǒng)欠缺靈活性，擴(kuò)展和調(diào)整不方便，會(huì)增加工程量和不必要的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的浪費(fèi)。當(dāng)實(shí)際安裝時(shí)需要花費(fèi)時(shí)間和精力去安排線路的位置，有時(shí)還需要從墻中穿過(guò)，大大增加了施工的困難度，并且暴露在外的線路很容易受到損壞，導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作。

另外一般的監(jiān)控系統(tǒng)都需要工作人員坐在屏幕前，對(duì)畫(huà)面進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，不具有出現(xiàn)可疑人員后自動(dòng)報(bào)警的功能，而人難免有會(huì)疲勞、犯錯(cuò)的時(shí)候，這就在一定程度上影響了整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的可靠度。除此之外，大多數(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)只能接收?qǐng)D像信號(hào)，不能同時(shí)接收聲音信號(hào)，這也會(huì)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的性能造成一定的影響。

總而言之，上述監(jiān)控系統(tǒng)具有的圖像不清晰、電線鋪設(shè)不便和需要人工作業(yè)等缺點(diǎn)都大大影響了監(jiān)控系統(tǒng)的安全性以及可靠性。不能很好地滿足廣大用戶對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服當(dāng)今監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)傳輸速度不足，依賴(lài)于有線傳輸，不能同時(shí)傳輸聲音信號(hào)和圖像信號(hào)以及不能自動(dòng)報(bào)警這些缺點(diǎn)而提供一種傳輸速度快、圖像質(zhì)量高，利用無(wú)線設(shè)備同時(shí)傳輸兩路不同的信號(hào)并且能夠自動(dòng)報(bào)警的實(shí)時(shí)無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種基于正交頻分多址技術(shù)的實(shí)時(shí)無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)，包括：

傳感器單元，用于將外界的聲音信息和圖像信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；所述的傳感器單元包括聲音傳感器和圖像傳感器，二者同時(shí)工作，檢測(cè)外界變化；

控制單元，用于檢測(cè)圖像信號(hào)和聲音信號(hào)的變化，控制系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)；

發(fā)送單元，用于混合信號(hào)的發(fā)送；

接收單元，用于混合信號(hào)的接收；

報(bào)警單元：用于將控制單元發(fā)出的報(bào)警信號(hào)轉(zhuǎn)換為人能感受得到的聲音信號(hào)和光信號(hào)；

多址技術(shù)單元，用于使圖像信號(hào)和聲音信號(hào)在同一信道中互不影響地進(jìn)行傳輸。

所述的控制單元包括：

計(jì)算模塊，用于計(jì)算圖像信號(hào)和聲音信號(hào)的變化量；

比較模塊，用于將圖像信號(hào)和聲音信號(hào)的變化量與設(shè)定好的閾值進(jìn)行比較，超過(guò)時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)；

所述的發(fā)送單元通過(guò)天線實(shí)現(xiàn)；

所述的接收單元通過(guò)天線實(shí)現(xiàn)；

所述的報(bào)警單元包括一個(gè)晶體三極管，一個(gè)蜂鳴器，兩個(gè)電阻和一個(gè)發(fā)光二極管；其中，三極管Q2發(fā)射極接地，R7接在三極管Q2的基極分壓，蜂鳴器和發(fā)光二極管并聯(lián)后接在三極管Q2的集電極，R8接在電源與蜂鳴器和發(fā)光二極管之間，保證蜂鳴器和發(fā)光二極管兩端電壓為額定值；

所述的多址技術(shù)單元包括：

多址技術(shù)調(diào)制單元，用于在發(fā)射端將圖像信號(hào)和聲音信號(hào)調(diào)制為一路混合信號(hào)；

多址技術(shù)解調(diào)單元，用于在接收端將接收到的混合信號(hào)解調(diào)為圖像信號(hào)和聲音信號(hào)；

所述的多址技術(shù)調(diào)制單元包括：

串—并轉(zhuǎn)換模塊，用于將串行傳輸?shù)穆曇粜盘?hào)和圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換為并行信號(hào)，以便進(jìn)行正交子載波調(diào)制；

離散傅里葉逆變換(IDFT)模塊，用于替代正交頻分多址技術(shù)中的正交子載波調(diào)制過(guò)程，以去除不必要的正交子載波發(fā)生設(shè)備；所述的離散傅里葉逆變換模塊可以通過(guò)DSP內(nèi)置的快速傅里葉變換(FFT)算法實(shí)現(xiàn)；

加循環(huán)前綴模塊，用于消除正交頻分多址技術(shù)中由于傳播路徑不同導(dǎo)致的符號(hào)間干擾(ISI)，以及子載波間正交性被破壞所引起的載波間干擾(ICI)。

所述的多址技術(shù)解調(diào)單元包括：

去循環(huán)前綴模塊，用于去除在調(diào)制時(shí)添加的循環(huán)前綴；

離散傅里葉變換(DFT)模塊，用于替代正交頻分多址技術(shù)中的正交子載波解調(diào)過(guò)程；所述的離散傅里葉變換模塊可以通過(guò)DSP內(nèi)置的快速傅里葉變換(FFT)算法實(shí)現(xiàn)；

并—串轉(zhuǎn)換模塊，用于將解調(diào)后得到的并行信號(hào)轉(zhuǎn)換為原來(lái)的串行信號(hào)。

上述的實(shí)時(shí)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的工作方法，包括如下步驟：

(1)檢測(cè)外界聲音信息和圖像信息，將得到的聲音信號(hào)和圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換為兩路電信號(hào)；

(2)將兩路電信號(hào)進(jìn)行串—并變換，然后利用DSP內(nèi)置的快速傅里葉算法(FFT)對(duì)其進(jìn)行離散傅里葉逆變換(IDFT)，并為其添加循環(huán)前綴；

(3)將調(diào)制好的混合信號(hào)通過(guò)天線發(fā)射到空氣中；

(4)在接收端通過(guò)天線接收發(fā)射出來(lái)的混合信號(hào)；

(5)去除接收到的混合信號(hào)中包含的循環(huán)前綴，然后使用離散傅里葉變換(DFT)解調(diào)信號(hào)，再進(jìn)行并—串變換，得到原來(lái)的聲音信號(hào)的圖像信號(hào)；

(6)分別計(jì)算聲音信號(hào)和圖像信號(hào)的變化情況，當(dāng)變化值大于閾值時(shí)，控制單元發(fā)出報(bào)警信號(hào)；

(7)報(bào)警單元接到報(bào)警信號(hào)后，基極電壓升高，三極管Q2正向?qū)ǎl(fā)光二極管D2和蜂鳴器B1開(kāi)始工作，發(fā)出光亮和聲音報(bào)警。

本發(fā)明利用多址技術(shù)，用特定頻率的載波調(diào)制信號(hào)，并在接收端識(shí)別特定的頻率，區(qū)分出圖像信號(hào)和聲音信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)在空氣這單一信道中同時(shí)快速、不失真地傳輸兩路信號(hào)。另外，由于當(dāng)有人進(jìn)入監(jiān)控區(qū)域后，圖像和聲音傳感器采集到的信號(hào)都會(huì)有較大的改變，因此本發(fā)明的控制單元以圖像各點(diǎn)灰度值和聲音功率譜與前一時(shí)刻差值的平方和來(lái)反映圖像和聲音的變化大小，當(dāng)聲音信號(hào)和圖像信號(hào)的變化大于閾值時(shí)，計(jì)算機(jī)輸出高電平，啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，進(jìn)行報(bào)警。

本發(fā)明具有如下特點(diǎn)：

1.采用傳輸速度很快的正交頻分多址技術(shù)OFDM來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行傳輸，大大提高了信號(hào)的傳輸速度，有助于圖像清晰度的提高；

2.采用多址技術(shù)，將聲音、圖像兩路信號(hào)混合在一路信道內(nèi)互不影響地進(jìn)行傳輸，能夠更清晰地反映監(jiān)控狀態(tài)；

3.采用無(wú)線通信技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸與控制，避免了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸方式帶來(lái)的電纜施工，大大降低了施工的難度和系統(tǒng)安裝成本；系統(tǒng)既可連續(xù)安裝又可離散安裝；

4.能夠自動(dòng)檢測(cè)圖像和聲音的變化是否超過(guò)閾值，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警，不需要專(zhuān)用人員不間斷地進(jìn)行監(jiān)測(cè)；

5.通過(guò)多址技術(shù)實(shí)現(xiàn)了無(wú)線傳輸，大幅度增加了系統(tǒng)的靈活性；

6.該新型監(jiān)控系統(tǒng)主要使用在倉(cāng)庫(kù)、停車(chē)場(chǎng)等人員密度較小的地點(diǎn)，以避免無(wú)關(guān)人員誤入監(jiān)控區(qū)域造成影響。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明圖像編碼算法流程圖；

圖3是本發(fā)明報(bào)警部分原理圖；

圖4是本發(fā)明控制部分檢測(cè)算法流程圖；

圖5是本發(fā)明OFDM編碼部分流程圖；

圖6是本發(fā)明圖像傳感器單元結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了更為具體地描述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式，對(duì)上述監(jiān)控系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)無(wú)線快速傳輸兩路不同信號(hào)和自動(dòng)報(bào)警功能所采取的技術(shù)方案做進(jìn)一步說(shuō)明：

整體工作流程如圖1所示，該基于正交頻分多址技術(shù)的實(shí)時(shí)無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)聲音傳感器和圖像傳感器獲取外界信號(hào)，然后通過(guò)正交頻分多址技術(shù)將兩路信號(hào)調(diào)制混合為一路，利用天線進(jìn)行無(wú)線傳輸；接收端天線接到混合信號(hào)后，將其傳送到解調(diào)單元，在解調(diào)單元進(jìn)行解調(diào)，通過(guò)正交頻分多址技術(shù)把混合信號(hào)還原為聲音信號(hào)和圖像信號(hào)；接著在控制單元對(duì)這兩路信號(hào)進(jìn)行分析，計(jì)算當(dāng)前信號(hào)與上一時(shí)刻信號(hào)對(duì)應(yīng)項(xiàng)差的平方和，以此來(lái)表示其變化值；最后進(jìn)行判斷，當(dāng)信號(hào)的變化值大于閾值時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)到報(bào)警單元，報(bào)警單元中三極管Q2導(dǎo)通，蜂鳴器和發(fā)光二極管開(kāi)始報(bào)警。

傳感器單元用于將聲音信號(hào)和圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，開(kāi)始運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)后，圖像傳感器和聲音傳感器開(kāi)始不斷地從外界獲得圖像信號(hào)和聲音信號(hào)。聲音信號(hào)直接通過(guò)麥克風(fēng)量化，得到一個(gè)一維數(shù)組。同時(shí)根據(jù)圖2所示，將采集到的圖像二值化，變?yōu)榛叶葓D，再將這個(gè)圖像的長(zhǎng)寬分別測(cè)出，以便還原圖像，最后將灰度圖像的灰度值和長(zhǎng)寬等屬性轉(zhuǎn)換為一個(gè)一維數(shù)組輸出。

多址技術(shù)單元用于調(diào)制解調(diào)信號(hào)，正交頻分多址技術(shù)(OFDM)調(diào)制和解調(diào)的過(guò)程如圖5所示，聲音和圖像這兩路串行信號(hào)首先經(jīng)過(guò)串——并變換，將其變?yōu)椴⑿行盘?hào)，然后依照正交頻分多址技術(shù)的原理，對(duì)其進(jìn)行傅里葉反變換，相當(dāng)于用多路正交的子載波對(duì)并行信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，最后為了減少子載波干擾(ICI)和符號(hào)間干擾(ISI)，在這個(gè)信號(hào)中加入循環(huán)前綴。

傳輸單元用于混合信號(hào)的無(wú)線傳輸，通過(guò)多址技術(shù)調(diào)制過(guò)的混合信號(hào)在發(fā)送單元進(jìn)行發(fā)射，在接收單元進(jìn)行接收。發(fā)送和接收都是通過(guò)天線來(lái)完成的。

控制單元用于檢測(cè)圖像信號(hào)和聲音信號(hào)的變化，控制系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)，工作過(guò)程如圖4所示。控制單元接收到輸入信號(hào)后，將這一次輸入的圖像信號(hào)和聲音信號(hào)分別與上一次傳輸過(guò)來(lái)的信號(hào)做差，并計(jì)算它們的平方和，以此反映這一次輸入信號(hào)與上一次輸入信號(hào)的差異大小。因?yàn)楫?dāng)有人出現(xiàn)時(shí)，攝像頭拍攝到的畫(huà)面會(huì)有變動(dòng)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化后的灰度值不同。另外有人發(fā)出聲音后，聲音信號(hào)的功率譜也會(huì)有一定的改變。這樣，當(dāng)這兩個(gè)變化量超過(guò)閾值時(shí)，系統(tǒng)就認(rèn)為有人出現(xiàn)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

報(bào)警單元用于發(fā)出報(bào)警信號(hào)，報(bào)警電路如圖3所示。報(bào)警單元接收到控制部分發(fā)出的報(bào)警信號(hào)(高電平)時(shí)，三極管Q2基極電壓升高，三極管Q2正向?qū)ǎ姌O上的發(fā)光二極管D2和蜂鳴器B1開(kāi)始工作，發(fā)出光亮和聲音進(jìn)行報(bào)警。

(1)參照?qǐng)D6，首先，當(dāng)外界光照射像素陣列時(shí)，發(fā)生光電效應(yīng)，在像素單元內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的電荷。行選擇邏輯單元根據(jù)需要，選通相應(yīng)的行像素單元。行像素單元內(nèi)的圖像信號(hào)通過(guò)各自所在列的信號(hào)總線傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)的模擬信號(hào)處理單元以及A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號(hào)輸出；與此同時(shí)，聲音傳感器也在工作，外界聲音會(huì)引發(fā)電磁鐵上的線圈振動(dòng)，線圈切割磁感線產(chǎn)生變化的電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)采樣、量化轉(zhuǎn)換成數(shù)字聲音信號(hào)輸出；

(2)多址技術(shù)調(diào)制單元主要由單片機(jī)TMS320F2812構(gòu)成，傳感器單元輸出的是兩路串行的數(shù)字信號(hào)，在單片機(jī)內(nèi)分配兩段內(nèi)存空間，將接收到的兩路信號(hào)分別存放在這兩個(gè)內(nèi)存空間中，然后利用單片機(jī)內(nèi)置的快速傅里葉(FFT)算法單元對(duì)這兩組信號(hào)進(jìn)行離散傅里葉逆變換(IDFT)，然后根據(jù)信號(hào)的長(zhǎng)度，取這段信號(hào)中后四分之一的數(shù)據(jù)作為循環(huán)前綴，添加到這個(gè)信號(hào)的前面，最后將調(diào)制好的信號(hào)輸出；

(3)發(fā)送單元接收到多址技術(shù)調(diào)制好的信號(hào)后，將調(diào)制好的混合信號(hào)用高頻載波進(jìn)行調(diào)制，然后將得到的高頻電流通過(guò)天線轉(zhuǎn)化成電磁場(chǎng)發(fā)射到空氣中；

(4)接收單元通過(guò)天線，將空氣中高速變化的電磁場(chǎng)轉(zhuǎn)化為高頻電流信號(hào)，然后通過(guò)濾波，去除疊加的高頻信號(hào)，接著將接收得到的混合調(diào)制信號(hào)輸出；

(5)多址技術(shù)接收單元同樣由單片機(jī)TMS320F2812構(gòu)成，首先將接收到的混合信號(hào)儲(chǔ)存起來(lái)，并計(jì)算它的長(zhǎng)度，接著根據(jù)它的長(zhǎng)度，去除掉它前面五分之一數(shù)據(jù)構(gòu)成的循環(huán)前綴，然后利用單片機(jī)內(nèi)置的快速傅里葉(FFT)算法單元對(duì)這兩組信號(hào)進(jìn)行離散傅里葉變換(DFT)，得到兩路并行信號(hào)，最后將這兩路信號(hào)通過(guò)串行通信輸出，就得到原來(lái)的聲音信號(hào)和圖像信號(hào)；

(6)控制單元主要由計(jì)算機(jī)構(gòu)成，當(dāng)它接收到經(jīng)過(guò)解調(diào)的聲音信號(hào)和圖像信號(hào)后，將其儲(chǔ)存起來(lái)，然后與上一時(shí)刻接收到的信號(hào)進(jìn)行比較，分別計(jì)算兩個(gè)時(shí)刻信號(hào)對(duì)應(yīng)項(xiàng)之差，接著計(jì)算這些差值的平方和，以此來(lái)代表圖像和聲音變化的大??；最后將這個(gè)改變量與設(shè)定好的閾值進(jìn)行比較，當(dāng)改變量大于閾值時(shí)控制單元發(fā)出報(bào)警信號(hào)；另外視頻信號(hào)和聲音信號(hào)也可以保存在計(jì)算機(jī)中以供人調(diào)用；

(7)報(bào)警單元參照?qǐng)D3，正常情況下，三極管Q2基極為低電平，不足以使三極管Q2導(dǎo)通；但當(dāng)它接收到控制部分發(fā)出的報(bào)警信號(hào)(高電平)時(shí)，三極管Q2基極電壓升高，使得三極管Q2正向?qū)?，電流從集電極流向發(fā)射極，集電極上的發(fā)光二極管D2和蜂鳴器B1開(kāi)始工作，發(fā)出光亮和聲音進(jìn)行報(bào)警。