CN102263708A

CN102263708A - 具有网络电视功能的数字家庭网关

Info

Publication number: CN102263708A
Application number: CN2010101812925A
Authority: CN
Inventors: 徐勇; 单洪; 李文才
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-05-25
Filing date: 2010-05-25
Publication date: 2011-11-30

Abstract

本发明涉及一种数字家庭网关，该网关带有触摸屏、网络电视、多媒体信息播放控制、ZigBee网关遥控器等。网关上具有触摸屏显示和控制功能，除完成普通网关的基本协议转换功能外，还具有家庭设施的本地监视和控制功能；设计实现了多媒体网站和多媒体信息存储设备的双通道媒体信息类别的自动判别、解码、音视频生成和播放控制功能；采用ZigBee无线通信技术实现网关各种功能的遥控，ZigBee网关遥控器作为数字家庭网络的一个节点使用，实现网关遥控功能与ZigBee家庭控制网络的融合，可以方便地满足用户对家庭内部设施的监视/控制和家庭娱乐的共同需求；网关所配置的ZigBee家庭控制网络模块，可以实现与主流家庭控制网络的联接。因特网和家庭控制网络的连接、网络电视多媒体信息的自动判别和传输、本地监视和控制功能的实现，使数字家庭网关真正成为了家庭网络的控制中心、家庭娱乐中心和网络信息的交换中心。

Description

具有网络电视功能的数字家庭网关

技术领域

本发明涉及一种通信电子信息领域的符合数字家庭的应用需求的嵌入式计算机、多媒体和网络应用技术为一体的装置，具体地说是一种具有网络电视功能的数字家庭网关。

背景技术

目前，各种先进技术正在广泛应用于数字家庭中，实现了家庭设施的远程自动监视和控制。数字家庭网关是实现数字家庭的关键设备之一，用于完成家庭内部控制网络与公共网络(包括因特网和移动通信网)间的协议转换和相关信息的传递。随着网络电视技术的发展和应用，实现网络多媒体资源和存储设备中的多媒体资源与数字电视的联接可以进一步减少数字家庭中各种媒体控制设备的数量，是数字家庭网关发展的新趋势。如何将网络电视功能与家庭网关技术进行融合而构成功能更加丰富的数字家庭网关是人们特别关注的应用领域。由于嵌入式计算机(ARM)技术的兴起和相关辅助芯片的支持，使得实现网络电视与数字家庭网关技术的融合成为可能。这样就可以解决现有的数字家庭网关的功能单一、不能充分利用现有各种先进技术的问题，进一步丰富数字家庭网关的功能，极大减少家庭中各类电子通信设备的数量，方便数字家庭技术的推广应用。

发明内容

本发明的目的及所述要解决的技术问题是要提供一种具有网络电视功能的数字家庭网关。旨在为了解决数字家庭网关功能单一、网络和多媒体应用功能弱等问题，且针对以ZigBee技术为基础的无线数字家庭网络，将网络电视技术、多媒体控制与播放功能、家庭设施控制与通信技术集成应用于数字家庭网关，使家庭网关不仅可以完成家庭内部各类设备的监视和控制，同时也成为数字家庭的多媒体娱乐控制中心。

为此，本发明解决所述问题的技术方案是：一种具有网络电视功能的数字家庭网关，由硬件模块单元、驱动模块单元构成，其中，所述硬件模块单元至少包括多媒体嵌入式计算机***(ARM)、以太网接口、音视频接口、USB接口、U盘/移动硬盘、家庭内部控制网络接口模块、触摸屏显示模块、ZigBee家庭控制网络、ZigBee遥控器、电视机、与所述以太网接口相连接的因特网；所述驱动模块单元至少包括主控软件模块、协议转换模块、触摸屏显示和控制输入模块、多媒体信息选择与传输模块、多媒体信息解码与播放控制模块。

优选的，所述硬件模块单元中的ZigBee遥控器模块至少由ZigBee网络接口模块、MSP430单片机***、键盘接口、点阵显式驱动接口、点阵液晶显示器、遥控器按钮、电池构成。

优选的，所述硬件模块单元还具有至少一个与所述ZigBee家庭控制网络模块相连接通用I/O接口。

优选的，所述硬件模块单元中ZigBee遥控器是一种ZigBee网关遥控器且同时也是所述ZigBee家庭控制网络的一个通信节点。

相比现有技术，本发明的积极效果是：可以通过所述网关实现数字家庭监视/控制网络与网络电视技术的有效融合，使网关本身除具备了通用协议转换功能之外，还具备多媒体家庭娱乐控制中心的功能，拓展了数字家庭网关的功能，方便了数字家庭的推广和应用，将会极大地促进数字家庭产业的发展。

附图说明

图1是本发明所涉及网关的硬件***结构示意图；

图2是本发明所涉及网关的驱动模块单元结构示意图；

图3是本发明所涉及ZigBee遥控器的结构示意图；

图4是本发明所涉及的具有网络电视功能的数字家庭网关内部构造结构示意图。

具体实施方式

参见图1至图4，本发明涉及一种具有网络电视功能的数字家庭网关，由硬件模块单元、驱动模块单元构成，其中，所述硬件模块单元至少包括多媒体嵌入式计算机***(ARM)、以太网接口、音视频接口、USB接口、U盘/移动硬盘、家庭内部控制网络接口模块、触摸屏显示模块、ZigBee家庭控制网络、ZigBee遥控器、电视机、与所述以太网接口相连接的因特网；所述驱动模块单元至少包括主控软件模块、协议转换模块、触摸屏显示和控制输入模块、多媒体信息选择与传输模块、多媒体信息解码与播放控制模块。

具体地说，本发明解决相关技术问题所采用的技术方案是：以具有多媒体信息处理功能的嵌入式计算机***(ARM)为核心，配置以太网口、ZigBee数字家庭网络控制模块、各种数字电视音视频接口和网关遥控器(ZigBee)等，构成数字家庭网关的基本硬件***；采用模块化方式灵活构筑软件***，主要模块包括协议转换模块、触摸屏显示和控制输入模块、多媒体流的选择、解码和播放模块等，这些模块在网关主控软件的协调下，根据具体数字家庭的应用需求，分别完成家庭设施的控制、网络和多媒体设备的联接以及媒体的解码、音视频的输出和播放功能，从而构成功能丰富的数字家庭网关***。***各部分的主要实现原理和方法是：

1.网关基本功能的实现，

网关使用以太网接口实现与因特网的联接，所传送的信息包括来自公共网络(因特网)的控制命令和发往公共网络家庭各类被控设施的状态信息。网关内部设计实现网络协议转换模块，完成因特网协议到数字家庭内部控制网络协议(ZigBee数字家庭网络协议)的转换，协议转换在网络应用层上进行。对于公共网络来说，网关内部配置成WEB服务器模式，用户在因特网上使用浏览器等***软件实现数字家庭内部网络/设施的监视和控制。使用嵌入式的数据库支撑网关WEB服务器，数据库中记录了家庭内部网络节点的配置、各节点所连接家庭设施的工作状态等信息。网关接收到来自因特网的控制报文时，首先根据HTTP协议对所接收的报文进行解析，然后根据报文内容将相关的控制命令转换为数字家庭内部控制网络的控制报文，发往家庭网络的内部节点，实现对相关家庭设施的控制；网关采用定时采集和指定监视两种方式获取数字家庭内部各种设施的状态信息。指定监视时指网关收到用户浏览器发来的监视命令后，立即采集指定设备的状态信息，网关通过家庭内部控制网络协议获取设施状态信息后，立即将信息组成HTTP响应报文，通过网络接口发给用户的浏览器进行显示，同时将设施的状态信息存入数据库。定时采集是指网络定时对家庭设施的工作状态进行定时轮询(时间间隔可由家庭控制网络的安装者进行设置)，并将相关信息存入数据库中，这种工作方式的主要目的是提高网络的响应速度，以弥补部分家庭控制网络信息传输速度慢的不足。网关通过触摸屏方式提供人机接口，主要功能包括数字家庭内部设施的直接监视和控制、网关工作参数的设置(包括网关工作模式选择、网络接口的IP地址、多媒体网站地址、定时采集时间间隔等)等。

2.数字电视多媒体信息的传输与播放，

网关通过因特网和USB多媒体存储设备(U盘和硬盘)两个通路获取多媒体电视信息。使用因特网通路可以直接联接到具有多媒体点播功能的网站，实现多媒体音视频文件的下载和流式播放；使用USB多媒体存储设备通路时，网关直接读取存储设备的目录、图片和音视频文件并进行浏览和流式播放。可通过触摸屏设置多个多媒体网站的地址。网关内部的嵌入式计算机(ARM)读取网站和存储设备的目录后，通过视频接口将目录内容送入电视机进行显示，用户使用网关遥控器选择多媒体文件，嵌入式计算机根据用户选定的文件从网站或存储设备下载，并根据文件的类型调用适当的解码软件模块进行多媒体文件解码，然后将解码后的图片和音视频信号通过音视频连接线送入电视机的音视频接口进行播放。对于媒体存储设备，支持FAT32、NTFS文件***。可支持的图片文件格式包括jpeg、bmp、gif等类型，可支持的音频文件包括mpeg、mp3、AC3、wav等类型；可支持的视频文件包括asf、wmv、mpeg1/2/4、avi、Divx3.xx/4.xx/5.xx、XVID、dat等类型。

3.网关遥控器，

网关遥控器中包含ZigBee网络模块和主控模块。主控模块采用嵌入式单片机MSP430实现。根据电视机屏幕上的显示信息，用户可以通过遥控器上的各种按钮，选择多媒体网站地址、媒体存储设备的目录以及需要播放的图片和音视频文件。产生的遥控命令通过ZigBee网络模块发送到网关，网关接收到命令后，从网站下载文件或直接读取存储设备中的文件并进行播放。遥控器具有各种媒体播放控制按钮，如播放模式、播放/暂停、快进、快退和音量控制等。而遥控器通过ZigBee网络模块可以和网关通信，也可以直接和数字家庭中各个ZigBee控制节点通信，遥控器带有128X64点阵的液晶屏，可以显示各个智能家电的开关工作状态，可以对网关和节点设置多种参数，也能单个控制电器，也可以对整个楼层或整个家庭的所有受控电器进行群开或群关。

4.网关信息通路设计，

网关在功能上主要有家庭网关通用功能、多媒体信息的选择与传输功能、多媒体信息解码与播放功能等，对应于这些功能存在着三种不同类型的信息通路。主控软件根据具体的功能要求，实现各类信息在不同信息通路上的传输。不同信息通路之间根据使用要求，相互之间存在一定的调用关系。这种调用关系主要表现在：①网关通过家庭通用功能通道(ZigBee网络模块)可以接收到多媒体信息选择和播放要求，这时主控软件将启用多媒体信息类型的判别、解码和播放功能以及相应的信息传输通路，实现多媒体信息在网站流媒体服务器或用户存储设备和电视机之间的传递；②网关的通用功能通道是一个复用通道，使用该通道，网关既要接收遥控器的遥控命令，又要和数字家庭中各类网络控制节点进行信息交互。因此，在信息通路的设计上，将遥控器作为一个特殊的数字家庭网络节点，同时在信息传输的格式上实现遥控命令和其他家庭设施监视/控制信息的区分。

从另一侧面进一步结合附图也可以清晰地解析本发明的技术方案：

如图1所示，网关在硬件上是以多媒体嵌入式计算机***(ARM)为核心，***配置各种接口来实现与因特网、家庭内部控制网络、ZigBee遥控器、多媒体信息存储设备以及数字电视机和触摸屏显示的连接，从而实现网关的基本硬件***。

如图2所示，网关软件主要由主控软件模块、协议转换模块、触摸屏显示和控制输入模块、多媒体信息选择与传输模块、多媒体信息解码与播放控制模块等组成；其中，主控模块负责协调各模块的协同工作，完成网关内部信息通路的启动和切换；协议转换模块是网关的基本软件模块，负责实现因特网与家庭内部控制网络(ZigBee网络)的互连互通，完成网络间应用层协议的转换；触摸屏显示和控制输入模块负责实现网关基本功能的设置、多媒体网址的设定、家庭内部网络及相关设施的本地监视和控制；多媒体信息选择与传输模块接收遥控器的多媒体信息选择命令，从流媒体网站或USB存储设备下载媒体文件，并对文件类型进行判别，同时在嵌入式计算机内部实现流媒体服务器，实现音/视频信息的远程访问；多媒体信息解码与播放控制模块利用多媒体嵌入式计算机***(ARM)的信息处理功能完成多媒体信息的解码，并形成音视频信号送入电视机播放，同时接收遥控器的播放控制命令实现媒体的播放控制。

如图3所示，图给出了ZigBee网关遥控器的硬件组成；即ZigBee遥控器以电池供电，为延长电池的使用时间，遥控器采用了低功耗的MSP430单片机。遥控器中的ZigBee网络接口模块通过无线通信方式(2.4GHz)向家庭网关发送各种控制命令，该无线模块通常处于休眠状态，当有按键并需向网关发送命令时才被激活，完成命令发送工作，这样就进一步降低了电池的能量消耗。遥控器配置键盘和显示接口用以连接遥控器按钮和液晶显示器。

如图4所示，图展示了具有网络电视功能的数字家庭网关内部结构。

实践中，实施本发明涉及的网关其具体步骤是：

1.选择遥控器MSP430单片机的接口芯片和嵌入式多媒体微处理器芯片以及各类存储芯片、接口电路芯片和各种所需的元器件。多媒体微处理器***平台可以选择台湾Faraday公司的FIC8120，该平台以ARM(FA526)为核心的、可以支持多媒体处理和应用，并提供对各类智能***接口的支持，可以非常方便地构成接口丰富、功能强大的网关硬件平台。

2.设计电路原理图。根据所选择的各类芯片，在电路设计工具(DXP2004等)的支持下完成电路原理图的设计。

3.设计PCB图并交印制板厂制作电路板。

4.购买元器件，完成电路板上各种元器件的焊接、硬件调试。

5.设计网关软件***和遥控器的软件***。根据图2软件的基本构成，分别设计、调试各软件模块。根据所选择的微处理器***平台，安装嵌入式LINUX操作***，配置以太网接口驱动软件和ZigBee网络接口模块，实现与家庭内部控制网络和因特网的互通。根据遥控器的功能设计遥控器软件，实现与网关的互通。

6.综合调试和性能测试。分别测试网关和遥控器的各个功能部件是否可以完成设计功能，性能指标是否达到使用要求。调试过程中，可能需要对网关/遥控器的硬件和软件设计进行调整，经过反复调试、测试直至达到理想状态。

综上所述，本发明是在实现普通数字家庭网关功能的基础上，实现家庭内部控制网络技术和网络电视功能的融合，采用触摸屏方式实现网关参数的灵活设置和家庭内部设施的本地控制，设计ZigBee遥控器实现与家庭网关的互通，实现网关对多媒体信息的选择和播放控制，使数字家庭网关成为家庭网络的控制中心、信息处理中心和家庭娱乐中心；并且除采用常用的以太网接口联接因特网外，还采用USB接口连接多媒体存储设备，实现了多媒体信息的双通道下载和播放。网关中利用处理器通用I/O口实现ZigBee网络模块的连接，除实现与家庭内部控制节点的交互外，将网关遥控器作为数字家庭的一个网络节点使用，极大地扩展了网关使用的灵活性和方便性；同时还实现了网络和存储设备中各种多媒体信息类型的自动判别、解码和音视频的输出，实现流媒体信息的播放和控制功能；而采用的触摸屏方式提供人机接口，方便了多媒体网站地址以及网关功能和参数的设置，并实现了数字家庭设施的本地监视和控制，丰富了网关的使用方式；所采用的ZigBee无线网络通信方式(2.4GHz)实现网关各种功能的遥控，遥控器中的ZigBee无线网络通信模块采用休眠和适时激活方式降低电池的能量消耗，延长电池的使用寿命；所采用的模块方式可实现对各种信息传输通路的管理，可以保证信息传输通路的灵活调用，根据遥控器的控制命令激活网关中的媒体选择、下载传输、解码、音视频的产生和流媒体播放/控制等功能模块，并可根据家庭内部控制网络的要求实现各类家庭设施的监视和控制。

Claims

1.一种具有网络电视功能的数字家庭网关，由硬件模块单元、驱动模块单元构成，其特征在于，所述硬件模块单元至少包括多媒体嵌入式计算机***(ARM)、以太网接口、音视频接口、USB接口、U盘/移动硬盘、家庭内部控制网络接口模块、触摸屏显示模块、ZigBee家庭控制网络、ZigBee遥控器、电视机、与所述以太网接口相连接的因特网；所述驱动模块单元至少包括主控软件模块、协议转换模块、触摸屏显示和控制输入模块、多媒体信息选择与传输模块、多媒体信息解码与播放控制模块。

2.根据权利要求1所述的具有网络电视功能的数字家庭网关，其特征在于，所述硬件模块单元中的ZigBee遥控器模块至少由ZigBee网络接口模块、MSP430单片机***、键盘接口、点阵显式驱动接口、点阵液晶显示器、遥控器按钮、电池构成。

3.根据权利要求1所述的具有网络电视功能的数字家庭网关，其特征在于，所述硬件模块单元还具有至少一个与所述ZigBee家庭控制网络模块相连接通用I/O接口。

4.根据权利要求1所述的具有网络电视功能的数字家庭网关，其特征在于，所述硬件模块单元中ZigBee遥控器是一种ZigBee网关遥控器且同时也是所述ZigBee家庭控制网络的一个通信节点。