專利名稱：綜合接入ip網(wǎng)關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種語(yǔ)音及圖像通信設(shè)備，尤其是高速公路監(jiān)控及通信裝置。
背景技術(shù)：
目前國(guó)內(nèi)高速公路收費(fèi)站監(jiān)控裝置視頻和音頻信號(hào)的傳輸大多采用此方式收費(fèi)站攝像機(jī)采集視頻和音頻信號(hào)通過(guò)視頻光端機(jī)將模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)，光信號(hào)經(jīng)過(guò)音視頻編碼器轉(zhuǎn)為2M信號(hào)，然后通過(guò)通信裝置SDH(SynchronousDigital Hierarchy)傳至監(jiān)控中心，在監(jiān)控中心利用視頻解碼器還原成標(biāo)準(zhǔn)的音視頻信號(hào)上視頻矩陣，即點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸方式。
這種傳輸方式存在以下缺陷1、系統(tǒng)設(shè)備量增多，投資大。
2、信號(hào)傳輸?shù)倪^(guò)程復(fù)雜，導(dǎo)致信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量不穩(wěn)定，系統(tǒng)可靠性降低。
3、導(dǎo)致可能的故障點(diǎn)多，不利于遠(yuǎn)期的維護(hù)，勢(shì)必增加維護(hù)的成本。
4、控制中心需要擴(kuò)展多個(gè)通信端口，既增加了設(shè)備，又使得相應(yīng)的通信軟件的編寫變復(fù)雜。
本實(shí)用新型的目的是提供一種將視頻圖像業(yè)務(wù)、語(yǔ)音業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)IP(Internet Protocol)化，設(shè)計(jì)新穎，施工方便，傳輸簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、可靠，速度快，節(jié)約投資，大大降低管理運(yùn)營(yíng)成本，適用范圍廣的綜合接入IP網(wǎng)關(guān)。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型包括外殼和接口，其特征在于還包括將輸入的視頻信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換及壓縮編碼的電路；將輸入的音頻信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換及壓縮編碼的電路；把已壓縮編碼的視頻和語(yǔ)言信號(hào)的碼流分出，并按時(shí)序輸出的可編程邏輯陣列電路；將可編程邏輯陣列電路輸出的碼流信號(hào)通過(guò)軟件，把碼流信號(hào)打包的電路；以太網(wǎng)接口電路，用于將已打包的信號(hào)傳輸給以太網(wǎng)絡(luò)、電腦服務(wù)器或交換機(jī)至遠(yuǎn)端服務(wù)器。
實(shí)現(xiàn)雙工通信的音頻信號(hào)模/數(shù)及壓縮編碼電路、可編程邏輯陣列電路和以太網(wǎng)接口電路的逆向設(shè)置。
上述結(jié)構(gòu)的綜合接入IP網(wǎng)關(guān)具有以下優(yōu)點(diǎn)1、采用IP通信技術(shù)，伸縮能力大，可根據(jù)業(yè)務(wù)需要擴(kuò)展，后期升值潛力大。
2、采用數(shù)字化技術(shù)，極大的提高了圖像、語(yǔ)音的傳輸質(zhì)量。
3、不會(huì)產(chǎn)生傳輸延時(shí)，保證了監(jiān)控圖像及語(yǔ)音通話的實(shí)時(shí)性。
4、由于采用了將監(jiān)控圖像、語(yǔ)音、低速數(shù)據(jù)信號(hào)綜合接入的方式，用于傳輸?shù)脑O(shè)備量減少，節(jié)約投資。
5、信號(hào)傳輸過(guò)程簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性和可靠性提高。
6、施工方便，方便維護(hù)，節(jié)約管理維護(hù)成本。
7、支持即插即用，可靈活設(shè)置數(shù)據(jù)接口類型，現(xiàn)場(chǎng)接線方便，不需用專門的工具。
8、具有電源、鏈路和接口指示和增益調(diào)整功能。
9、本產(chǎn)品也可用于收費(fèi)站、車站、市場(chǎng)、橋梁、隧道、鐵路等公共場(chǎng)所的監(jiān)控。


圖1為本實(shí)用新型的后面板示意圖。
圖2為本實(shí)用新型的前面板示意圖。
圖3為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖。
圖4為本實(shí)用新型單路視、音頻模/數(shù)變換、編解碼和可編程邏輯列陣電路原理圖。
圖5為本實(shí)用新型網(wǎng)關(guān)打包和以太網(wǎng)接口電路原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
本實(shí)用新型外表結(jié)構(gòu)，如說(shuō)明書附圖1和2，其結(jié)構(gòu)框圖和電路工作原理圖如說(shuō)明書附圖3、4和5。
外表結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示，采用標(biāo)準(zhǔn)的19英寸1U設(shè)備外殼1，放置安裝方便，可固定在機(jī)架上。該產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)通時(shí)支持即插即用，可靈活設(shè)置數(shù)據(jù)接口類型，現(xiàn)場(chǎng)接線方便，不需要任何專用工具，具有電源、鏈路、信號(hào)指示和增益調(diào)整功能，支持機(jī)架安裝的結(jié)構(gòu)形式。其中圖1是本實(shí)用新型的后面板圖，在外殼1后側(cè)面上“E0”對(duì)應(yīng)的是以太網(wǎng)口，可接入以太網(wǎng)交換機(jī)或者監(jiān)控主機(jī)；接口2輸入直流12伏電源；“V1-V8”是8路視頻信號(hào)接入口，攝像機(jī)采集的視頻信號(hào)從這里接入；“D1-D4”是四個(gè)單元的8路低速數(shù)據(jù)信號(hào)RS422/485接入口；“A1-A4”是四個(gè)單元的8路音頻信號(hào)輸入口。在數(shù)據(jù)和音頻信號(hào)入口中，第一個(gè)“T”和“R”是上行入口，第二個(gè)“T”和“R”是下行入口，所以，每單元有兩路入口。圖2是本實(shí)用新型的前面板圖，前面板圖主要是電源、鏈路及工作狀態(tài)指示，“POW”代表12V電源指示；“IP”代表網(wǎng)絡(luò)工作狀態(tài)指示；“SYN”代表信號(hào)同步指示，如以太網(wǎng)建立鏈接，此燈會(huì)常亮；A1-A8是8路音頻信號(hào)的接入及工作狀態(tài)指示；D1-D8是8路低速數(shù)據(jù)信號(hào)的接入及工作狀態(tài)指示；V1-V8是8路視頻信號(hào)的接入及工作狀態(tài)指示。
圖3所示是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖，由圖中可知，主要有將輸入的視頻、音頻信號(hào)分別進(jìn)入各自的A/D(Analog/Digital)和壓縮編碼MPEG(movingpicture expert group)、PCM(Pulse Code Modulation)電路處理，再經(jīng)過(guò)可編程邏輯陣列電路FPGA(Field Programmable Gate Array)整理后，按時(shí)序?qū)⒋a流信息送到打包模塊IP電路進(jìn)行打包，然后通過(guò)以太網(wǎng)接口電路，傳輸至電腦服務(wù)器或以太網(wǎng)絡(luò)或者交換機(jī)至遠(yuǎn)端服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和通信。而音頻信號(hào)和低速數(shù)據(jù)信號(hào)同樣可以經(jīng)IP打包電路和可編程邏輯陣列電路再經(jīng)PCM編碼電路和D/A電路輸出模擬的語(yǔ)音信號(hào)。
電路工作原理圖如說(shuō)明書附圖4和附圖5，主要包括實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)、音頻信號(hào)的編解碼及IP打包、解包功能的電路。在圖4中，可編程邏輯陣列電路U5是一集成塊電路，其型號(hào)為EP1C3，該電路U5使用2.5V和3.3V兩種電源，由穩(wěn)壓集成電路U2和U3，以及相應(yīng)的電容C3和C4、電阻R11和R12與電容C5和C6、電阻R9和R10構(gòu)成的電路，對(duì)輸入的12伏VCC電源進(jìn)行穩(wěn)壓分壓后分別得到，并提供給電路U5。其中，兩穩(wěn)壓分壓電路電阻R11、R12和R9、R10的結(jié)構(gòu)相同，電阻的參數(shù)不同。電路U2和U3的芯片型號(hào)同為7301Q。2.5V的電源輸入到電路U5的腳16、50、75、85、103、127和53，3.3V的電源輸入到電路U5的腳5、24、45、61、71、94、115和134。處理輸入視頻信號(hào)的A/D和壓縮編碼MPEG電路是集成電路U4，其芯片型號(hào)為CS98100。視頻信號(hào)從集成電路U4的腳7“VIN”輸入，輸出信號(hào)分別從腳22、23、25和25輸至集成電路U5對(duì)應(yīng)的腳31、32、33和36。音頻信號(hào)輸入電路由電容C1、電阻R1、R2和R3構(gòu)成，音頻上行輸入信號(hào)從INP和INN兩端輸入，然后再輸?shù)揭纛l信號(hào)的A/D和PCM編碼集成電路U1的腳14和15。集成電路U1的芯片型號(hào)為TP3057A，該電路的信號(hào)輸出腳9～12分別依序與可編程邏輯陣列FPGA電路U5的腳131、132、133、135對(duì)應(yīng)連接。而下行信號(hào)從電路U5的136、137、138、140腳出來(lái)對(duì)應(yīng)接入電路U1的5、6、7、8腳，然后從電路U1的3腳輸出經(jīng)電容C2作一次隔離，從OUTP、OUTN端輸出。低速數(shù)據(jù)上行信號(hào)從電路U5第99腳“DT1”入，下行信號(hào)從電路U5第100腳“DX1”出，低速數(shù)據(jù)信號(hào)可直接經(jīng)電路U5編碼后送打包IP集成電路U8。J1是一個(gè)程序下載的接口電路，連接電腦和U5電路。存儲(chǔ)器電路U7的芯片型號(hào)為EPCS1，通過(guò)腳1～4分別與可編程邏輯陣列電路U5的對(duì)應(yīng)的腳107、108、35和2連接。接口電路J1和電阻R4、R5、R6、R7、R8構(gòu)成電路U5的程序下載電路，其中，電阻R4-R8的作用是上拉電阻，以便給電路U5和U7之間的通信提供一個(gè)穩(wěn)定的時(shí)序。集成電路U6和電容C7構(gòu)成個(gè)時(shí)鐘振蕩器，電路U6的型號(hào)為clock65536K，電路U6的3腳輸出65.536M時(shí)鐘信號(hào)接電路U5的55腳，使電路U5保持高速工作狀態(tài)。可編程邏輯陣列電路U5通過(guò)信號(hào)輸入輸出腳51、59、60、62～65將所有視頻信號(hào)、音頻信號(hào)、低速數(shù)據(jù)信號(hào)輸給圖5中打包IP集成塊電路U8的對(duì)應(yīng)輸入輸出腳1、2、6、7、16、21、23。視頻信號(hào)是上行的，而音頻和低速數(shù)據(jù)信號(hào)是雙工的。如說(shuō)明書附圖3所示，音頻信號(hào)和低速數(shù)據(jù)信號(hào)同樣是經(jīng)過(guò)以太網(wǎng)傳至電路U8對(duì)應(yīng)的輸入輸出腳1、2、6、7、16、21、23，完成打包，再經(jīng)電路U5解包、編碼，音頻信號(hào)經(jīng)電路U1芯片TP3057A腳3輸出，低速數(shù)據(jù)信號(hào)則直接從電路U5的第100腳DX1輸出。
在圖5中，打包IP集成塊電路U8的芯片型號(hào)為RTL8201BL或LQFP48，它的腳46和47接由晶體振蕩器Y1和電容C11、C12構(gòu)成的振蕩電路，信號(hào)輸出腳31、30、33和34對(duì)應(yīng)接信號(hào)變壓器U9的輸入端1、2、15和14，信號(hào)變壓器U9的模塊型號(hào)為PE68815，其作用是對(duì)電路U8的輸出信號(hào)做一次隔離，使信號(hào)更純，防止傳輸數(shù)據(jù)包出錯(cuò)。變壓器U9的信號(hào)輸出端與以太接口J2的對(duì)應(yīng)輸入端連接。該以太接口電路J2的型號(hào)為RJ8-45，各輸出腳應(yīng)與圖1中的以太網(wǎng)口E0相接。電阻R21、R22、R23、R24與電容C8、C9、C10構(gòu)成的電路的作用是對(duì)從電路U9輸出的數(shù)據(jù)包信號(hào)的阻抗匹配。電路U8的腳28、40、43、44還分別通過(guò)電阻R17、R26、R25、R27與地連接，以及電路U8的腳37、38、39、41分別通過(guò)電阻R28、R29、R30、R31電位被上拉，其作用是對(duì)系統(tǒng)中電路U8的未起作用的腳保持一個(gè)懸空或者上拉的狀態(tài)，以使系統(tǒng)能夠更加穩(wěn)定高速的工作。電路U8的42腳為復(fù)位腳，工作狀態(tài)應(yīng)是高電位，因此用電阻R19、R20和R18將其上拉。電阻R13、R14和電容C13、C14及電阻R15、R16和電容C15構(gòu)成的RC濾波電路，將電路U8出來(lái)至電路U9的信號(hào)作一次濾波使信號(hào)更穩(wěn)定。
圖4和圖5的工作原理是這樣的由攝像機(jī)采集的視頻信號(hào)經(jīng)過(guò)同軸電纜接入本設(shè)備的視頻輸入接口，視頻信號(hào)經(jīng)過(guò)以芯片CS98100為核心的A/D及視頻編碼壓縮模塊電路U4將視頻信號(hào)壓縮編碼，再通過(guò)可編程邏輯陣列電路U5將壓縮編碼后的碼流分出按時(shí)序送IP集成電路U8，IP電路U8將視頻信號(hào)打包通過(guò)以太網(wǎng)接口電路J2傳輸至電腦服務(wù)器或者交換機(jī)至遠(yuǎn)端服務(wù)器，要想看到此攝像機(jī)的圖像信息只需在視頻監(jiān)控軟件上輸入這一路圖像視頻信號(hào)的IP地址及端口號(hào)即可。語(yǔ)音即音頻信號(hào)(下同)及數(shù)據(jù)信號(hào)RS232/485/422也是接入本設(shè)備的相應(yīng)接口，語(yǔ)音上行信號(hào)經(jīng)過(guò)以電路U1為核心的A/D及壓縮PCM編碼模塊將語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)并進(jìn)行PCM編碼，再通過(guò)可編程邏輯陣列U5將編碼后的碼流分出按時(shí)序送IP模塊電路U8，IP模塊U8將信號(hào)打包通過(guò)以太網(wǎng)接口J2傳輸至電腦服務(wù)器或者交換機(jī)至遠(yuǎn)端服務(wù)器，而低速數(shù)據(jù)信號(hào)RS232/485/422本身已經(jīng)是一個(gè)數(shù)字信號(hào)，它可以直接通過(guò)可編程邏輯陣列電路U5來(lái)采樣并送至打包電路U8，再送以太網(wǎng)接口電路J2輸出，語(yǔ)音信號(hào)和低速數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸是可逆的。同樣的語(yǔ)音和這些低速數(shù)據(jù)信號(hào)也可以通過(guò)輸入其相對(duì)應(yīng)的IP地址及端口號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音和數(shù)據(jù)的雙工通信。視頻信號(hào)經(jīng)由圖4中的“VIN”腳進(jìn)入視頻編解碼電路U4芯片CS98100，在該芯片內(nèi)部完成信號(hào)A/D和編碼壓縮，音頻信號(hào)則由“INP”、“INN”腳進(jìn)入音頻PCM編碼電路U1芯片TP3057A，在該芯片內(nèi)部完成信號(hào)的A/D和PCM編碼。經(jīng)壓縮編碼后的視頻及音頻信號(hào)按照一定的時(shí)序傳至可編程邏輯陣列FPGA的電路U5的芯片EP1C3，由它將信號(hào)傳至打包IP電路U8的芯片RTL8201，芯片RTL8201進(jìn)行IP打包后送至以太網(wǎng)接口電路RJ8-45。一芯片TP3057A完成一路音頻的輸入輸出，同樣的如果是8路的音頻信號(hào)需要8片的芯片TP3057A，占用芯片EP1C3芯片64個(gè)I/O(輸入輸出)口視頻信號(hào)的上行傳輸則不同，芯片CS98100能提供4路的視頻編碼壓縮的功能，那么8路視頻輸入則需要兩芯片CS98100，占用芯片EP1C3的8個(gè)I/O口，而芯片EP1C3的I/O口可提供多達(dá)108個(gè)，其傳輸?shù)倪^(guò)程都是一樣的。
本實(shí)用新型采用一片型號(hào)為EP1C3的FPGA芯片構(gòu)成電路的核心，將所有經(jīng)過(guò)編碼的視頻信號(hào)和音頻信號(hào)碼流分出，傳至打包電路RTL8201，該芯片電路RTL8201完成信息打包，其中每一路視頻和音頻信號(hào)對(duì)應(yīng)一個(gè)IP地址。視頻信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換及MPEG編碼由芯片CS98100來(lái)完成，而芯片TP3057A的作用就是音頻信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換及PCM編解碼，低速數(shù)據(jù)信號(hào)直接進(jìn)FPGA，由可編程邏輯陣列FPGA來(lái)分配。由于電路U5這類信號(hào)的FPGA工作的電源由兩種電源提供，分別是2.5V和3.3V，采用兩塊芯片7301Q及其附屬元件來(lái)完成對(duì)芯片EP1C3的供電工作。電路還包括FLASH程序存儲(chǔ)器芯片EPCS1，其作用是存放FPGA的程序，只需將程序直接下載到存儲(chǔ)器芯片EPCS1，就可以令可編程邏輯陳列FPGA電路工作。圖5中的信息打包IP電路U8的芯片RTL8201外圍電路相對(duì)較簡(jiǎn)單，該芯片RTL8201輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)變壓器U9做了一次隔離，使信號(hào)更純，防止傳輸數(shù)據(jù)包出錯(cuò)。另外，25M的晶振讓芯片RTL8201一直保持著高速傳輸數(shù)據(jù)包的狀態(tài)。
綜合接入IP網(wǎng)關(guān)主要安裝于車輛收費(fèi)站內(nèi)，將所有收費(fèi)亭及廣場(chǎng)的視頻、音頻、低速數(shù)據(jù)信號(hào)接入并傳往遠(yuǎn)端服務(wù)器，接入方式的簡(jiǎn)潔與易維護(hù)，它必將取代現(xiàn)有的復(fù)雜信號(hào)傳輸方式。
權(quán)利要求1.一種綜合接入IP網(wǎng)關(guān)，它包括外殼(1)和接口，其特征在于還包括將輸入的視頻信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換及壓縮編碼的電路(U4)；將輸入的音頻信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換及壓縮編碼的電路(U1)；把已壓縮編碼的視頻和語(yǔ)音信號(hào)的碼流分出，并按時(shí)序輸出的可編程邏輯陣列電路(U5)；將可編程邏輯陣列電路輸出的碼流信號(hào)通過(guò)軟件，把碼流信號(hào)打包的電路(U8)；以太網(wǎng)接口電路(J2)，用于將已打包的信號(hào)傳輸給以太網(wǎng)絡(luò)、電腦服務(wù)器或交換機(jī)至遠(yuǎn)端服務(wù)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的綜合接入IP網(wǎng)關(guān)，其特征在于實(shí)現(xiàn)雙工通信的音頻信號(hào)模/數(shù)及壓縮編碼電路(U1)、可編程邏輯陣列電路(U5)、打包電路(U8)和以太網(wǎng)接口電路(J2)的逆向設(shè)置。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種綜合接入IP網(wǎng)關(guān)，它包括外殼和接口，其特征在于還包括將輸入的視頻和音頻信號(hào)分別進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換及壓縮編碼的電路；把已壓縮編碼的視頻和音頻信號(hào)的碼流分出，并按時(shí)序輸出的可編程邏輯陣列電路；用于將可編程邏輯陣列電路輸出的碼流信號(hào)通過(guò)軟件，把碼流信號(hào)打包的電路；以太接口電路，用于將已打包的信號(hào)傳輸給以太網(wǎng)絡(luò)、電腦服務(wù)器或交換機(jī)至遠(yuǎn)端服務(wù)器的以太網(wǎng)接口電路。該網(wǎng)關(guān)是技術(shù)驅(qū)動(dòng)下的一種新型綜合業(yè)務(wù)接入設(shè)備，主要應(yīng)用于高速公路收費(fèi)系統(tǒng)、視頻圖像的集中監(jiān)控及對(duì)講系統(tǒng)等，設(shè)計(jì)集光纖通信技術(shù)、以太網(wǎng)技術(shù)、視頻及音頻編解碼技術(shù)于一體。適用于收費(fèi)站、橋梁、隧道、鐵路和車站等公共場(chǎng)所的監(jiān)控和通信。
文檔編號(hào)H04N7/18GK2822071SQ20052009819
公開(kāi)日2006年9月27日 申請(qǐng)日期2005年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月23日
發(fā)明者鄭明德, 范成發(fā) 申請(qǐng)人:鄭明德, 范成發(fā)