多媒體監(jiān)控是當今監(jiān)控領域的發(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)控的主要內容。在技術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)控的關鍵任務之一。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，國內外現(xiàn)有的和正在研發(fā)的圖像監(jiān)控產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線電通信技術日新月異的今天，各種新興無線電通信技術提供了選擇的良機，這些技術包括通用分組無線服務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)設計。

１ 藍牙在局域監(jiān)控無線圖像傳輸上的技術優(yōu)勢

藍牙是一種新興的、短距離、低功耗、低成本無線電網絡技術，可在移動電話、膝上電腦、個人數(shù)字助理(PDA)等便攜式數(shù)字設備以及其它任何數(shù)字設備之間建立短距離(100ｍ以內)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；組網方式為專設(ad hoc)方式，可組成微微網(piconet)和分散網(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界以及眾多相關行業(yè)引起了極大關注，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***百特公司生產的0.9／1.２／2.4ＧＨｚ微波圖像傳輸設備、公安部第一研究所研制的Ｌ波段圖像傳輸設備等，藍牙具有以下技術優(yōu)勢：

(１)開放性技術規(guī)范。藍牙規(guī)范是一種全球統(tǒng)一的開放性規(guī)范，已經得到了ＩＴ行業(yè)和其它相關行業(yè)的廣泛支持。

(２)高自由度組網方式。既可組成點對點、點對多點微微網，又可由多個微微網組成分散網，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。快速跳頻(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。

相對于Wi－Fi、ＨｏｍｅＲＦ等與藍牙相近的無線局域網技術，藍牙在局域無線圖像監(jiān)控中也具有明顯的技術優(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，尤其是室內應用。 ２ 系統(tǒng)設計方案

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)可授權藍牙移動電話、ＰＤＡ、桌面電腦、筆記本電腦等其它藍牙設備進行監(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備構成一個微微網，若干個微微網還可構成一個規(guī)模較大的分散網。

(２)任意兩個藍牙設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)的拓撲結構在一定程度上也是可以事先確定的。根據(jù)不同的拓撲結構和具體要求，有三種系統(tǒng)設計方案可供選擇。

(１)星型微微網＋動態(tài)圖像傳輸

該方案以藍牙監(jiān)控器為中心構成簡單的星型微微網，其主設備(master)為藍牙監(jiān)控器，從設備(slave)為藍牙攝像機和其它藍牙設備，如圖１(ａ)所示。由于結構簡單、傳輸直接，因而可全部采用動態(tài)圖像傳輸。

(２)樹型分散網＋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、由若干個微微網構成有限級樹型分散網，如圖１(ｂ)所示。

藍牙監(jiān)控器是整個網絡的主設備，但與其直接相連的從設備可以是第二級微微網的主設備，而第二級微微網的從設備又可以是第三級微微網的主設備。藍牙設備通過主從轉換可以實現(xiàn)中繼傳輸。為保證系統(tǒng)實時性并避免網絡擁塞，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＋照片傳輸＋動態(tài)圖像傳輸

該方案的網絡結構是星型和樹型結構的復合，如圖１(ｃ)所示。整個網絡的主設備仍然是藍牙監(jiān)控器，同時根據(jù)需要可設置若干個主從轉換中繼設備。由于結構較為復雜且需要中繼傳輸，為保證系統(tǒng)實時性并避免網絡擁塞，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。

３ 硬件、軟件設計的關鍵問題

３．１ 藍牙攝像機嵌入式系統(tǒng)

為使攝像機通過藍牙無線通信方式傳輸圖像，必須設計嵌入式系統(tǒng)使攝像機以獨立(stand-alone)方式進行本地圖像處理并運行藍牙協(xié)議。

設計藍牙嵌入式系統(tǒng)時，首先選定攝像頭類型和配套的圖像處理芯片。目前市場上除了有直接輸出視頻的傳統(tǒng)攝像頭外，有自帶ＵＳＢ(通用串行總線)接口的攝像頭。后者可省去圖像數(shù)字化環(huán)節(jié)和圖像壓縮的部分環(huán)節(jié)，但會增加一些成本。第二步選定藍牙組件或芯片。目前市場上已有幾款組件和芯片，如愛立信公司的ＲＯＫ１０１００７藍牙組件、摩托羅拉公司的ＢＴＭＣＭ１５０藍牙組件、ＣＳＲ公司Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｒａｄｉｏ Ｌｔｄ．的ＢｌｕｅＣｏｒｅ單芯片藍牙芯片等。主要應從有利于技術支持的角度選定藍牙組件或芯片。第三步選定嵌入式處理器芯片。需衡量處理器性能是否勝任本地圖像處理控制和藍牙高層協(xié)議實現(xiàn)，還需考慮與藍牙組件或芯片之間的接口問題。第四步選定實時操作系統(tǒng)ＲＴＯＳ，ＲＴＯＳ是本地圖像處理控制、藍牙協(xié)議棧及其它應用程序的運行平臺。

３．２ 藍牙監(jiān)控器

根據(jù)不同應用場合，可分別基于工控機、桌面電腦及嵌入式系統(tǒng)設計藍牙監(jiān)控器，但均需配置較大容量的存儲器，以備存儲接收到的圖像作進一步處理，還需預留有線或光纖接口及無線接口，以便連接到互聯(lián)網進行遠程監(jiān)控。

３．３ 藍牙自動配置(self-configuration)組網技術

在事先給定拓撲結構的情況下，系統(tǒng)仍需根據(jù)具體應用場合和變化進行組網配置。較為新穎和實用的途徑是研究開發(fā)藍牙自動配置組網技術，其主要任務是：確定網絡樹型部分的微微網級數(shù)，選定主從轉換中繼設備的具體對象，選擇中繼路由，控制藍牙設備在監(jiān)聽 (ｓｎｉｆｆ)、保持(ｈｏｌｄ)及暫停狀態(tài)之間的轉換等。

３．４ 多手段網絡流量控制技術

由于目前藍牙通信信道的數(shù)據(jù)速率僅為１Ｍｂｐｓ，微微網中主設備與從設備之間的點對多點通信采用時分全雙工ＴＤＤ復用方式，并且對樹型網和復合網結構還有中繼傳輸問題，因而系統(tǒng)傳輸圖像時容易出現(xiàn)網絡擁塞現(xiàn)象。為保證系統(tǒng)的實時性，必須盡可能避免網絡擁塞。因此，有必要研究開發(fā)多手段網絡流量控制技術，包括藍牙攝像機目標檢測ＭＴＤ 技術、網絡分布式處理技術、任務隊列優(yōu)先級技術等。

３．５ 自適應跳頻算法

目前藍牙在2.4000ＧＨｚ～2.4835ＧＨｚ ＩＳＭ頻段中的７９個間隔均勻的頻點跳頻，盡管跳速較高(１６００跳／秒)，但不能避開可知的、相對固定的干擾頻段或頻點。因此，為進一步提高藍牙無線傳輸?shù)目垢蓴_性能，有必要基于現(xiàn)有藍牙跳頻技術研究自適應跳頻算法。其前提是預測和檢測干擾的頻段或頻點、功率及時間分布等特性，難點是如何使算法快速收斂以適應快速跳頻。

４ 室內安防應用實例

針對室內安全防衛(wèi)中的監(jiān)視與報警，進行了局域監(jiān)控藍牙無線圖像傳輸系統(tǒng)設計。局域監(jiān)控的整體系統(tǒng)框圖如圖２所示。

系統(tǒng)拓撲結構采用簡化的復合型分散網。基于嵌入式系統(tǒng)設計藍牙攝像機和藍牙監(jiān)控器，圖２中的ＥＭＰＵ表示嵌入式微處理器，分別選用了ＭＣＦ５２７２和ＭＰＣ８２４５芯片；藍牙移動電話和紅外報警設備利用市場現(xiàn)有產品；藍牙攝像機所需圖像處理芯片選用了Ｗ９９２００Ｆ ＭＰＥＧ－１編碼芯片，藍牙監(jiān)控器所需圖像芯片選用了ＣＳ９２２８８ ＭＰＥＧ－２編解碼芯片；圖像傳輸采用ＭＰＥＧ－１與ＪＰＥＧ照片相結合的方式；藍牙組件選用了ＲＯＫ１０１００７；ＲＴＯＳ選用了ｕＣｌｉｎｕｘ，它是一種為控制領域開發(fā)的一種嵌入式Ｌｉｎｕｘ操作系統(tǒng)。研制了藍牙無線圖像傳輸試驗裝置，已能實現(xiàn)點對點傳輸，效果符合實用要求。