技术领域
[0001] 本发明涉及监测器系统，特别是在远程监测器和接收器单元之间具有音频和/或视频的中继的监测器系统。本发明例如对婴孩监测系统感兴趣，其中远程监测器是婴孩单元，并且接收器单元是父母单元。
相关背景技术
[0002] 传统的视频婴孩监测器包括：婴孩单元，其捕获婴孩的活动；以及父母单元，其显示所捕获的视频。父母使用该系统在远程房间中监测他们的婴孩。
[0003] 在仅音频系统中，婴孩单元具有麦克风，并且父母单元具有扬声器。在视频系统中，婴孩单元还具有相机，并且父母单元具有显示器。
[0004] 婴孩单元的麦克风/相机通常是固定的，因为婴孩(从婴儿期到大约2岁)通常在床上度过大部分时间同时被监测。然而，父母单元将由父母携带，而他们在家中参与不同的活动。因此，父母单元通常被设计成具有内置电池，使得当父母执行不同的活动时系统仍然可操作。
[0005] 传统的婴孩监测器使用具有诸如跳频扩频(FHSS)的专有通信协议的2.4GHz ISM频带无线收发器，例如用于发送视听数据。这种技术的一般特征是设备具有高发送功率、高接收灵敏度和低数据速率。
[0006] 因此，这种布置的优点是婴孩监测器可以在相对长的范围(例如300m)上工作，并且成本较低。
[0007] 这种类型的系统的一个缺点是父母单元和婴孩单元的恒定握手需要处理器不时地进行处理，这耗尽了电池。在一些操作模式中，例如语音激活(VOX)模式，电池可能仍然在几小时内耗尽。
[0008] 因此，现有婴孩监测器的第一个问题是功耗。
[0009] 标准类型系统的另一个缺点是系统不能连接到因特网。这限制了使用场景。而且，由于婴孩监测器使用2.4GHz ISM频带，所以它易于受到诸如蓝牙设备、DECT电话、Wi‑Fi等的其它电子设备的干扰。
[0010] 因此，现有婴孩监测器的第二个问题是数据连接的可靠性。
[0011] US 2013/107029公开了一种婴孩监测系统，该婴孩监测系统可以在局域网上以对等模式或在广域网上以远程模式在本地通信会话中操作。
[0012] US 2009/124301公开了一种功率节省机制，通过该机制，移动台可以建立直接链路以避免需要经由接入点传送数据。
[0013] US 2006/335870公开了一种确定计算设备是否在监测设备的范围内的系统，使得可以使用直接RF链路或者可以使用WiFi信道或移动电话网络信道。
具体实施方式
[0102] 将参照附图描述本发明。
[0103] 应当理解，详细描述和特定示例虽然指示了装置、系统和方法的示例性实施例，但是仅用于说明的目的，而不旨在限制本发明的范围。本发明的装置、系统和方法的这些和其它特征、方面和优点将从以下描述、所附权利要求和附图中变得更好理解。应当理解，附图仅仅是示意性的并且没有按比例绘制。还应当理解，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或相似的部件。
[0104] 第一方面提供一种用于监测器系统的接收器单元，监测器系统具有用于与具有第一处理器的监测器单元通信的第一无线收发器和至少例如音频和/或视频处理的第二处理器。第二处理器具有睡眠模式以减少功耗，并且第一处理器响应于第一处理器与监测器单元之间的对话而将第二处理器从睡眠模式唤醒。第一方面还提供了具有接收器单元和监测器单元的监测器系统。
[0105] 第二方面提供了接收器单元和监测器单元的监测器系统，接收器单元和监测器单元各自具有Wi‑Fi模块。监测器系统具有第一模式和第二模式，在第一模式中，第一和第二Wi‑Fi模块彼此直接通信，在第二模式中，第一和第二Wi‑Fi模块经由Wi‑Fi接入点彼此通信。同时实现这两种模式以创建两个同时的逻辑路径。
[0106] 本发明可以应用于纯音频监测系统，或纯视频系统，或音频和视频系统，但是下面参考视频和音频监测系统来描述本发明。
[0107] 图1示出了已知的婴孩视频监测器系统，其包括监测器单元10，特别是婴孩单元，以及接收单元30，特别是父母单元。父母单元被描述为接收单元，因为主要目的是从婴孩单元接收和输出图像和声音。然而，该系统通常允许双向音频通信，使得父母单元也可以用于向婴孩单元发送音频。因此，术语“接收单元”仅仅是为了方便而使用的，并不排除父母单元也可以用作发射器。
[0108] 婴孩单元10包括麦克风12、扬声器14、图像传感器16(例如数码相机)以及图像和音频处理器18。麦克风和图像传感器是输入设备的示例。婴孩单元可以仅具有输入设备，但是该示例还包括扬声器形式的输出设备。经处理的图像和音频由实现跳频扩频(FHSS)调制的收发器20发送。使用天线22在2.4GHz频带上发送调制信号。
[0109] 父母单元30包括麦克风32、扬声器34、显示器36(例如LCD屏幕)以及图像和音频处理器38。扬声器和显示器是输出设备的示例。监测器单元可以仅具有输出设备，但是该示例还包括麦克风形式的输入设备。
[0110] 经处理的图像和音频在天线42处被接收并且被提供给实现跳频扩频(FHSS)解调的收发器40。该父母单元典型地由电池操作，尽管它典型地还具有接口以允许连接到市电，用于从市电操作和用于再充电。
[0111] 这种布置具有高发送功率和范围、高接收灵敏度，并且具有低数据速率。然而，该系统的问题涉及功耗、与因特网的不兼容性以及数据连接的可靠性。
[0112] 图2示出了用于监测器系统的替代架构的示例。该架构可以应用于任何音频和/或视频监测系统，但是为了方便，将在婴孩监测系统的上下文中对其进行描述。
[0113] 与图1中相同的部件用相同的附图标记表示。因此，婴孩单元10包括麦克风12、扬声器14、图像传感器16(例如数码相机)以及图像和音频处理器18。经处理的图像和音频由收发器20a发送，经处理的信号使用天线22在2.4GHz频带上发送。
[0114] 还存在电池操作的父母单元30，其包括麦克风32、扬声器34、显示器36(例如LCD屏幕)以及图像和音频处理器38。经处理的图像和音频在天线42处被接收并且被提供给收发器40a。
[0115] 两个收发器20a、40a各自包括Wi‑Fi模块。因此，图1的每个收发器中的FHSS芯片组由Wi‑Fi模块代替。
[0116] 这两个收发器各自包括相应的Wi‑Fi处理器。
[0117] 为了描述的目的，接收单元的收发器40a被命名为“第一收发器”，并且它具有第一处理器41。父母单元的图像和音频处理器38将被命名为第二处理器。监测器单元的收发器20a被命名为“第二收发器”，并且其具有第三处理器21。
[0118] 这样，系统被扩展为包括家庭Wi‑Fi系统的接入点50(例如，家庭路由器)。
[0119] 两个Wi‑Fi模块20a、40a仿真两个虚拟设备。该布置使得婴孩单元10能够同时建立两个Wi‑Fi连接。一个Wi‑Fi连接被连接到家庭路由器50用于因特网接入，而另一个Wi‑Fi连接用于经由任何合适的对等直接连接系统(一个示例是Wi‑Fi Direct标准)直接连接到父母单元，用于在父母单元30处显示视频内容和输出音频内容。
[0120] 图3示出了婴孩单元如何以时间共享的方式使用两个不同的通信信道。图3的顶部示出了何时存在使用直接对等Wi‑Fi连接在婴孩单元和父母单元之间直接通信。在每个奇数时间间隔(T1、T3、T5)，使用直接序列扩频(DSSS)调制方法进行通信。
[0121] 这例如基于2.4GHz 802.11b标准来实现。
[0122] 婴孩单元用作软件使能的接入点，以用于Wi‑Fi对等连接。
[0123] 图3的底部示出了何时存在婴孩单元和接入点之间的通信。在每个偶数时间间隔(T2、T4、T6)，使用正交频分复用(OFDM)调制方法进行通信。
[0124] 这例如基于2.4GHz 802.11a或802.11g标准来实现。
[0125] 因此，图3示出了在婴孩单元10中，物理层在两个不同的通信需求之间共享，即婴孩单元和父母单元用于本地流传输，婴孩单元和接入点用于因特网流传输。
[0126] 婴孩单元的收发器以这种方式被同时配置为两个虚拟网络接口。结果，两个网络接口可以独立地与父母单元和接入点通信。
[0127] 如图3所示，在直接通信(即本地流传输)期间，婴孩单元的无线电芯片物理层被设置为使用DSSS方案，而在因特网流传输(或经由接入点的间接通信)期间，无线电芯片物理层被设置为使用OFDM方案。这样，本地流传输可利用DSSS的较高链路预算以允许更长的范围。因特网流传输可利用OFDM的较高带宽以允许较短的等待时间和较快的传输速度。
[0128] 图4示出了父母单元如何以时间共享的方式使用两个不同的通信信道。图4的顶部示出了婴孩单元和父母单元之间的直接通信。同样，在每个奇数时间间隔(T1、T3、T5)，使用直接序列扩频(DSSS)调制方法进行通信。父母单元还用作软件使能的接入点。
[0129] 图4的底部示出了何时存在父母单元和接入点之间的通信。在每个偶数时间间隔(T2、T4、T6)，使用正交频分复用(OFDM)调制方法进行通信。
[0130] 父母单元在直接通信模式中用作站STA1，与婴孩单元的软件AP通信。父母单元在间接通信模式中用作站STA2，与家庭接入点50通信。
[0131] 因此，父母单元中的物理层以相同的方式在两个不同的通信信道上共享。
[0132] 同样类似于婴孩单元，父母单元物理层在与婴孩单元通信期间被设置为DSSS方案，而在与接入点通信期间被设置为OFDM方案。
[0133] 因此，通过时间共享物理层来建立两个通信信道，父母单元和婴孩单元能够同时以直接模式和间接(基础设施)模式通信。
[0134] 本发明提供了如上所述的架构。此外，本发明提供了一种用于降低功耗的方法，其可以应用于该架构或实际上应用于其它架构。
[0135] 通过降低功耗，使能低功率父母单元。这样，延长了电池操作的父母单元的工作时间。
[0136] 在上述架构中，通过将处理功能的一部分从视频和音频处理器移动到Wi‑Fi模块，并因此使图像和音频处理器免于处理非必要的活动，来实现该低功率操作，以实现较低的功耗。
[0137] 图5示出了父母单元30的修改架构。Wi‑Fi模块40a包括用作Wi‑Fi前端的第二处理器41和附加处理元件50。
[0138] 附加的功率控制单元52能够将第二处理器38置于睡眠模式。
[0139] 功率控制单元在处理器外部，并且其用作电源。当Wi‑Fi模块40a接收到唤醒请求时，它接通电源。功率控制实现特定的上电序列以使处理器进入工作状态，或者实现特定的下电序列以使处理器进入深度睡眠状态。
[0140] 通过处理对所接收的通信进行分类并决定何时父母单元需要在处理元件中(而不是在主图像和音频处理器中)采取动作的功能，节省了功率。这是因为具有处理元件的Wi‑Fi模块具有比图像和音频处理器更低的功耗。Wi‑Fi模块中的处理元件运行更精益、更简单的操作处理器，因此更节能。然而，主图像和音频处理器必须运行完全成熟的因特网应用、视频回放等，因此对更多功率是饥渴的。通过关闭对更多功率是饥渴的处理器并且使用更轻的处理器，系统节省了功率。
[0141] 当处于唤醒模式时，图像和音频处理单元执行网络消息的处理，因为它正在运行操作系统，该操作系统具有运行的所有网络库(例如RTSP、NTP、HTTP、DHCP、MQTT等)。在Wi‑Fi模块中，没有足够的资源(存储空间、处理能力等)来实现完整的网络库。
[0142] 该睡眠模式是待机或深度睡眠模式。当婴孩单元10需要父母单元的注意时，婴孩单元可以指示父母单元从睡眠模式醒来，使得它能够处理来自婴孩单元的警报和通知。唤醒父母单元的指令由处理元件50处理。
[0143] 通过引入这种方法，与先前的设计相比，父母单元具有的工作时间可延长2倍。
[0144] Wi‑Fi模块40a的附加处理元件50是低功率处理器，其被专门设计成处理从婴孩单元接收的某些类型的分组。结合功率控制单元52，实现睡眠和唤醒机制以允许父母单元的主(第二)处理器38进入深度睡眠模式并唤醒以处理必要的数据。
[0145] 该架构意味着一些网络分组处理从第二处理器38被卸载到Wi‑Fi模块40a，使得图像和音频处理器单元可进入待机或深度睡眠模式。
[0146] 为了控制睡眠模式和从睡眠模式唤醒，提供了切换和重新获得控制机制。在婴孩单元和父母单元之间不需要传送数据的状态期间，图像和音频处理器38指示Wi‑Fi模块40a进入Wi‑Fi多媒体(WMM)节电模式，然后将网络处理切换到Wi‑Fi模块中的处理元件50。处理元件50然后监测传递业务指示消息并且处理要发送到父母单元的任何网络消息。
[0147] 可能有许多不想要的网络业务可被发送到父母单元。例如，在存在位于相同网络上的多个设备的情况下，可能存在从一个特定设备发送到网络中的所有其它设备的发现消息。因此，处理元件50过滤这些网络分组并且防止父母单元在不需要时醒来。
[0148] 因此，Wi‑Fi模块中的附加处理元件50用于切换和重新获得控制，并且通过控制功率控制单元52来关闭和开启视频和图像处理器。
[0149] 实现该功能的一种方式是父母单元向婴孩单元发送具有唤醒密码的睡眠请求。当婴孩单元必须得到父母单元的注意时，婴孩单元向父母单元发送唤醒密码以重新获得父母单元的注意。
[0150] 图6示出了从上到下运行的过程流程。
[0151] 第一消息60是从父母单元的第二(主)处理器38发送到婴孩单元的睡眠请求。睡眠请求包括唤醒密码。
[0152] 婴孩单元以第二处理器38可以进入睡眠模式的确认消息61作出响应。
[0153] 然后，第二处理器进入睡眠模式，并且通过消息62将处理责任切换给Wi‑Fi模块中的处理元件50。
[0154] 示出了来自婴孩单元的两个广播63、64，但是这两个广播不包括用于父母单元的业务指示，因此不需要将父母单元从睡眠状态唤醒。这些广播由处理元件50处理，并且不会导致第二处理器从睡眠模式中醒来。
[0155] 下一个广播65具有对于父母单元存在业务的指示。处理元件用请求唤醒密码的消息66轮询婴孩单元。婴孩单元用具有消息67的密码来响应，消息67由处理单元验证。
[0156] 处理元件然后通过消息68指示功率控制单元唤醒第二处理器，并且第二处理器随后如箭头69所示重新获得网络控制。
[0157] 然后，第二处理器通过消息70向婴孩单元请求积压数据，该积压数据例如是在第二处理器处于睡眠模式时记录的传感器数据。积压数据(诸如温和信息或警报通知)通过消息71被发送到父母单元。
[0158] 以这种方式，父母单元能够进入非常低的功率状态，并且因此被使用延长的时间段。
[0159] 上述架构还改善了婴孩单元和父母单元之间的连接性。这将在下面进一步讨论。
[0160] 如上所述，存在两种模式；第一和第二Wi‑Fi模块彼此直接通信的第一模式、和第一和第二Wi‑Fi模块经由Wi‑Fi接入点彼此通信的第二模式。
[0161] 图7示出了第一模式，其中没有使用Wi‑Fi接入点。
[0162] 图8示出了第二模式，其中通信经由Wi‑Fi接入点50。
[0163] 例如，在家庭环境中存在单个接入点50。通过使用接入点来改善室内连通性。接入点还连接到因特网，其使得婴孩单元能够将视频流传输到因特网(作为第三模式)，尽管这不是如上所述的接收器单元和监测器单元之间的通信的一部分。
[0164] 这两种不同的模式意味着父母单元和婴孩单元两者都仿真两个网络接口，从而可以同时进行连接(每种模式一个)。直接通信方案(第一模式)使用具有给出覆盖最长可能范围的最佳链路预算的调制方案的连接。通过家庭接入点(路由器)的间接通信方案(第二模式)利用了用户可能具有的可能的Wi‑Fi基础设施，诸如Wi‑Fi扩展器、Wi‑Fi网格等。因此，整个系统实现了最佳可能的直接链路性能和最佳的室内覆盖。
[0165] 使用两个通信信道意味着系统可以利用家庭Wi‑Fi设置，如果这给出比本地通信链路更好的性能的话。诸如Wi‑Fi扩展器和Wi‑Fi网状网络的技术能够增强家庭环境中的Wi‑Fi覆盖。用户通常可能在其通常活动发生的地点具有Wi‑Fi覆盖，因此通过利用Wi‑Fi覆盖，用户应该能够覆盖用户活动的大部分区域。
[0166] 现在将描述用于建立双通信信道和切换不同通信信道的过程。
[0167] 图9是示出如何建立婴孩单元网络接口的流程图。
[0168] 该过程开始于步骤90。
[0169] 在步骤92中，婴孩监测器建立软件接入点和Wi‑Fi站(STA)，用于与家庭接入点通信。软件接入点由试图经由直接对等连接连接到另一设备的设备使用，以消除对物理接入点的需要。设备通常“协商”哪个设备建立软件接入点。
[0170] 站STA用于与接入点通信，在这种情况下，接入点是家庭接入点。
[0171] 由于婴孩单元在网络接口中具有两个不同的角色，为了避免两个网络接口的两个IP地址的冲突，婴孩单元必须在步骤94中首先连接到家庭接入点AP。
[0172] 在步骤96中，向婴孩单元请求IP地址以启用直接对等模式。婴孩单元具有“AP I/F使能”功能，用于使能(AP接口)对等Wi‑Fi连接。
[0173] 在步骤98中验证DHCP是否已经建立。DHCP是互联网协议(IP)网络使用的“动态主机配置协议”，DHCP服务器动态地向网络上的每个设备分配IP地址和其他网络配置参数，从而它们可以与其他IP网络通信。
[0174] 如果IP地址从192.168开始，则在步骤100中，用从10.*开始的IP地址建立DHCP。软AP由此在步骤100中被重新启动，以便父母单元重新发起DHCP请求以正确地设置IP地址。
[0175] 如果IP地址不是以192.168开始，则在步骤102中使用192.162.*.*建立DHCP。
[0176] 图10是示出如何建立父母单元网络接口的流程图。
[0177] 该过程开始于步骤120。
[0178] 对于父母单元，有两个站角色(STA1和STA2)，并且设置过程简单得多。软件仅需要建立两个通信信道(线程)，并且每个线程向对应的AP网络发送DHCP请求。
[0179] 在步骤122中，建立双STA角色。一个站STA1与婴孩单元的软件接入点通信，并且另一个STA2与家庭接入点通信(见图4)。
[0180] 在步骤124中，建立双线程。
[0181] 在一个线程中，在步骤126中进行到接入点的连接，并且在步骤128中进行对STA1的IP地址请求。
[0182] 在另一个线程中，在步骤130中进行到婴孩单元的连接，并且在步骤132中进行IP地址请求。
[0183] 该过程在步骤134结束。
[0184] 图11示出了婴孩单元和父母单元的通信逻辑。
[0185] 婴孩单元10已经建立了直接与父母单元30(IP－10.0.0.2)的站PU－STA1连接的软件接入点(IP－10.0.0.1)。这通过对等连接来完成。
[0186] 婴孩单元10还建立了与家庭接入点50通信的站BU－STA(IP－192.168.1.2)。父母单元30还具有站PU－STA2(IP－192.168.1.3)，其也与家庭接入点50(路由器)通信。因此，它们可以经由中介(家庭接入点)进行通信。
[0187] 图11示出了两个通信信道的逻辑视图以及它如何与婴孩单元和父母单元中的应用软件相关。应用使用单个接口进行通信，并且网络控制单元确定使用哪个路由。固件分为3个不同层：
[0188] 应用层涉及视频婴孩监测器的基本功能。
[0189] 网络抽象层提供到应用层的单个接口，并且同时控制在较低层中使用的实际路径。
[0190] OS级套接字层提供对每个路径的物理访问。
[0191] 为了促进最小化从婴孩单元发射的辐射的能力，可以由父母单元执行链路质量的评估。父母单元可以例如周期性地向婴孩单元发送分组流，并且婴孩单元将在大多数时间处于接收模式，从而最小化辐射。父母单元将收集诸如分组丢失率、时延等过程中的数据，以估计链路质量并且选择用于视频传输的最佳可能链路。
[0192] 这样，可以使用动态切换方法来选择和挑选用于流传输视听数据的最佳通信信道。
[0193] 在上面的示例中，婴孩单元被设置为软件接入点，但是它同样可以由父母单元设置。
[0194] 参照Wi‑Fi模块架构来解释功率节省功能。然而，相同的方法可应用于其它RF收发器模块。
[0195] 通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时可以理解和实现所公开实施例的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。
[0196] 单个处理器或其它单元可以实现权利要求中所述的若干项的功能。
[0197] 在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。
[0198] 计算机程序可以存储/分布在适当的介质上，例如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的一部分提供的光存储介质或固态介质，但是也可以以其他形式分布，例如经由因特网或其他有线或无线电信系统。
[0199] 如果在权利要求或说明书中使用术语“适于”，则应注意，术语“适于”旨在等同于术语“被配置为”。
[0200] 权利要求中的任何附图标记不应解释为限制范围。
