CN106028174A - 一种恶劣低速通信条件下的图像传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种恶劣低速通信条件下的图像传输方法，采用图像文件的分包传输机制和传输过程中的缺包检索及补包机制。本发明相比目前现有的基于低速通信条件的图像传输方法，省去了每个数据包需要数据中心进行确认的步骤，有效降低了下行数据的次数，使图像传输对信道带宽的占用节省近一半，因此有效缩短了传输所需的时间；并且采用自动查找传输丢包并补包的机制，有效提高了较为恶劣的通信条件下图像文件的传输速度，确保了图像文件的完整性。

Description

一种恶劣低速通信条件下的图像传输方法

技术领域

本发明涉及一种图像传输方法，具体涉及一种恶劣低速通信条件下的图像传输方法。

背景技术

随着电子技术、通信技术以及数据分析技术的不断发展，在很多行业的野外监测系统中，如水文、气象、地质灾害等、人们已不满足于采集雨水情、墒情、风速风向、温湿度、位移形变等传统的物理量，现场的图像作为一种重要的信息已逐步应用于这些行业的自动化监测系统中。因为当有现场有灾情发生时，图像是对灾情程度判断最有效的依据。

然而在这些行业的野外自动监测系统中，很多监测设备安装在偏远山区，设备一般采用超短波、GPRS等通信方式向数据中心传输原始的监测数据，这些通信方式在偏远山区往往受地形地貌和天气影响不能保证很高的通信质量，虽然满足传统的监测数据如雨水情信息、气象信息、位移形变信息等小数据量的传输没有问题，但对于大数据量的图像信息传输来说，在采用传统图像传输方法时，恶劣的通信条件严重阻碍了图像传输质量。

目前实现野外现场的图像信息采集传输一般有两种方案：

1)在监测现场和数据中心之间架设通信条件良好的传输信道，例如有线信道或专用的高速宽带无线信道(如WiMax、微波等)，采用专用视频图像监测设备(如摄像头、视频服务器)进行图像数据采集和传输，该方案和常见的交通视频图像监测类似。

2)采用VHF、GPRS等低速信道，这些通信方式的建设成本较低，一般不支持连续数据流传输，对于一个包含较大数据量的图像文件，需要将文件拆分为多包进行传输。现有的传输方法为确保文件传输的完整性，要求每发出一个数据包后，等待数据中心的确认，收到确认才进行下一个数据包的发送。

对于方案1，可以有效确保图像传输的质量，并且传输的速度相对低速信道要高很多。但在偏远山区，如果现场和数据中心之间距离较远，架设专用传输信道的成本往往很大，远远超出监测设备本身的价格。因此除了有特殊需要，一般监测系统在设计时不会考虑采用此方案进行图像传输。

对于方案2，当采用VHF或GPRS这类低速信道时，在偏远山区这种通信条件较为恶劣的地区，数据传输丢包的概率很大，某些情况下甚至达到50％。而现有的传输方法要求每传输一个数据包就等待中心站的确认，以传输一个100K字节的图像文件为例，将文件分割为100个1K字节的数据包，信道传输速率9600bps，一个数据包从监测设备发出到等待到中心站的确认共花费2秒时间，在一次通信传输丢包率为20％时，完成一个完整图像文件的传输大约需要5分钟左右，如此大的延时在某些关键应用中是不能允许的。此外对于安装在野外的监测设备来说，一般现场没有交流供电，只能采用蓄电池和太阳能供电，如果图像采集较为频繁，采用这种方法就要求监测设备配备大容量的蓄电池和大功率太阳能电池，以应对图像传输时间长造成的大量电能消耗，而在交通不便的偏远山区，大容量的蓄电池和太阳能电池将大大增加设备的运输成本。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种恶劣低速通信条件下的图像传输方法，相比现有的图像传输方法，对信道带宽的占用节省将近一半， 并且采用自动查找传输丢包并补包的机制，有效提高了较为恶劣的通信条件下图像文件的传输速度，确保了图像文件的完整性。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种恶劣低速通信条件下的图像传输方法，其特征是，包括如下步骤：

1)监测设备向数据中心发起图像文件传输时，按照传输信道所支持的传输一包数据最大字节数，假定该字节数为K，将图像文件分割为多包，总包数假定为N包，每包除最后1包外大小均为K，最后1包的大小为图像文件的总字节数减去K×(N-1)，每包按照自身在图像文件中的位置从1～N进行编号；

2)监测设备向数据中心发起图像传输请求，该请求数据内包含图像文件的采集时间、大小、总包数信息，并等待数据中心的确认；

3)监测设备等到数据中心对图像传输请求的通过后，按照从小到大的编号顺序将1～N的图像数据包发送给数据中心，发送的数据包中均包含数据包本身的大小信息、数据包的编号信息，以及原始的图像数据；

数据中心每收到一个数据包，记录下该数据包的编号，并把数据包中对应的图像数据写入一个临时缓冲区；监测设备发送数据包的过程中不等待数据中心的任何响应；

4)监测设备将所有数据包发送完毕后，向数据中心发送传输结束请求；若数据中心收到结束请求，首先根据收到的文件总包数和已收到的数据包编号，检查是否存在未收到的数据包，如果有未收到的数据包，将所有数据包编号统计出来，生成图像文件补包请求，返回给监测设备；数据中心发送补包请求后应等待遥测站发送的补包数据；

5)监测设备收到数据中心返回的文件补包请求后，将对应编号的数据包重 新发送给数据中心，发送完毕后再次发送传输结束请求；

数据中心收到请求后按照步骤4)中所述进行缺包检索和补包请求发送的步骤，直到数据中心未再检测到缺包；

6)数据中心接收到监测设备发送的传输结束请求后未发现缺包后，向监测设备发送请求确认；

监测设备收到确认后认为本次图像传输结束；

数据中心将临时缓冲区中的图像数据提取出来，生成最终的图像文件；

7)监测设备在发送传输结束请求后，等待数据中心的确认；若在规定的超时时间内没有收到正确的确认，则重新发送请求，若请求发送的次数超过规定的最大重试次数，则放弃本次的图像传输。

8)数据中心在接收图像数据包的过程中，若超过规定时间内没有接收到后续的数据包，则立即根据收到的文件总包数和已收到的数据包编号，检查是否存在未收到的数据包，如果有未收到的数据包，将所有数据包编号统计出来，生成图像文件补包请求，返回给监测设备；并返回到步骤4)。

进一步地，所述步骤2)中若在规定的超时时间内没有收到正确的确认，则重新发送请求，若请求发送的次数超过规定的最大重试次数，则放弃本次的图像传输。

进一步地，所述步骤4)中若在规定的超时时间内没有收到监测设备发送的图像补包数据，则重新发送补包请求，若请求发送的次数超过规定的最大重试次数，则放弃本次的图像传输。

本发明所达到的有益效果：相比目前现有的基于低速通信条件的图像传输方法，本发明省去了每个数据包需要数据中心进行确认的步骤，有效降低了下 行数据的次数，使图像传输对信道带宽的占用节省近一半，因此有效缩短了传输所需的时间；并且采用自动查找传输丢包并补包的机制，有效提高了较为恶劣的通信条件下图像文件的传输速度，确保了图像文件的完整性。

具体实施方式

下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明提出的图像传输方法，其工作流程如下：

步骤一：监测设备向数据中心发起图像文件传输时，首先按照传输信道所支持的传输一包数据最大字节数，假定该字节数为K，将图像文件分割为多包，总包数假定为N包。每包除最后1包外大小均为K，最后1包的大小为图像文件的总字节数减去K×(N-1)。每包按照自身在图像文件中的位置从1～N进行编号。

步骤二：监测设备向数据中心首先发起图像传输请求，该请求数据内包含图像文件的采集时间、大小、总包数信息，并等待数据中心的确认。若在规定的超时时间内(应根据实际现场通信情况确定)没有收到正确的确认，则重新发送请求，若请求发送的次数超过规定的最大重试次数(根据应用情况确定)，则放弃本次的图像传输。

步骤三：监测设备等到数据中心对图像传输的请求后，按照从小到大的编号顺序将1～N的图像数据包发送给数据中心，发送的数据包中均包含数据包本身的大小信息、数据包的编号信息，以及原始的图像数据。数据中心每收到一个数据包，记录下该数据包的编号，并把数据包中对应的图像数据写入一个临时缓冲区。监测设备发送数据包的过程中不等待数据中心的任何响应。

步骤四：监测设备将所有数据包发送完毕后，向数据中心发送传输结束请求，若数据中心收到结束请求，首先根据收到的文件总包数和已收到的数据包编号，检查是否存在未收到的数据包，如果有未收到的数据包，将所有数据包编号统计出来，生成图像文件补包请求，返回给监测设备。数据中心发送补包请求后应等待遥测站发送的补包数据，若在规定的超时时间内(应根据实际现场通信情况确定)没有收到监测设备发送的图像补包数据，则重新发送补包请求，若请求发送的次数超过规定的最大重试次数(根据应用情况确定)，则放弃本次的图像传输。

步骤五：监测设备收到数据中心返回的文件补包请求后，将对应编号的数据包重新发送给数据中心，发送完毕后再次发送传输结束请求。数据中心收到请求后按照步骤4)中所述进行缺包检索和补包请求发送的步骤。直到数据中心未再检测到缺包。

步骤六：当数据中心接收到监测设备发送的传输结束请求后未发现缺包，则向监测设备发送请求确认。监测设备收到确认后认为本次图像传输结束。数据中心将临时缓冲区中的图像数据提取出来，生成最终的图像文件。

步骤七：监测设备在发送传输结束请求后，应等待数据中心的确认，若在规定的超时时间内(应根据实际现场通信情况确定)没有收到正确的确认，则重新发送请求，若请求发送的次数超过规定的最大重试次数(根据应用情况确定)，则放弃本次的图像传输。

步骤八：数据中心在接收图像数据包的过程中，若超过规定时间(应根据实际现场通信情况确定)内没有接收到后续的数据包，则立即根据收到的文件总包数和已收到的数据包编号，检查是否存在未收到的数据包，如果有未收到的 数据包，将所有数据包编号统计出来，生成图像文件补包请求，返回给监测设备。接下来的步骤和步骤四中相同。如果未缺包，将临时缓冲区中的图像数据提取出来，生成最终的图像文件。

相对于现有技术来说，本方法中加入了图像文件的分包传输机制：监测设备按照传输信道所支持的传输一包数据最大字节数对整个图像文件进行分包，并给每包按自身在图像文件中的位置进行编号；传输时按从低到高的编号顺序连续发送图像数据包，发送过程中不等待数据中心的确认；在所有数据包传输完毕后才等待中心站的确认或补包请求命令。

同时采用传输过程中的缺包检索及补包机制：监测设备首先需要向数据中心发起图像传输请求，该请求数据内包含图像文件的采集时间、大小、总包数信息；数据中心在收到图像传输结束请求或超时未收到监测设备的图像数据时，自动根据收到的文件总包数和已收到的数据包编号，检查是否存在未收到的数据包，如果有未收到的数据包，将所有数据包编号统计出来，生成图像文件补包请求，返回给监测设备。

本发明省去了每个数据包需要数据中心进行确认的步骤，有效降低了下行数据的次数，使图像传输对信道带宽的占用节省近一半，因此有效缩短了传输所需的时间。根据实测，采用本发明在平均一次丢包率为20％的低速信道中传输1M图像文件的时间只有目前方法的1/3。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种恶劣低速通信条件下的图像传输方法，其特征是，包括如下步骤：

1)监测设备向数据中心发起图像文件传输时，按照传输信道所支持的传输一包数据最大字节数，假定该字节数为K，将图像文件分割为多包，总包数假定为N包，每包除最后1包外大小均为K，最后1包的大小为图像文件的总字节数减去K×(N-1)，每包按照自身在图像文件中的位置从1～N进行编号；

2)监测设备向数据中心发起图像传输请求，该请求数据内包含图像文件的采集时间、大小、总包数信息，并等待数据中心的确认；

3)监测设备等到数据中心对图像传输请求的通过后，按照从小到大的编号顺序将1～N的图像数据包发送给数据中心，发送的数据包中均包含数据包本身的大小信息、数据包的编号信息，以及原始的图像数据；

数据中心每收到一个数据包，记录下该数据包的编号，并把数据包中对应的图像数据写入一个临时缓冲区；监测设备发送数据包的过程中不等待数据中心的任何响应；

4)监测设备将所有数据包发送完毕后，向数据中心发送传输结束请求；若数据中心收到结束请求，首先根据收到的文件总包数和已收到的数据包编号，检查是否存在未收到的数据包，如果有未收到的数据包，将所有数据包编号统计出来，生成图像文件补包请求，返回给监测设备；数据中心发送补包请求后应等待遥测站发送的补包数据；

5)监测设备收到数据中心返回的文件补包请求后，将对应编号的数据包重新发送给数据中心，发送完毕后再次发送传输结束请求；

数据中心收到请求后按照步骤4)中所述进行缺包检索和补包请求发送的步骤，直到数据中心未再检测到缺包；

6)数据中心接收到监测设备发送的传输结束请求后未发现缺包后，向监测设备发送请求确认；

监测设备收到确认后认为本次图像传输结束；

数据中心将临时缓冲区中的图像数据提取出来，生成最终的图像文件；

7)监测设备在发送传输结束请求后，等待数据中心的确认；若在规定的超时时间内没有收到正确的确认，则重新发送请求，若请求发送的次数超过规定的最大重试次数，则放弃本次的图像传输。

8)数据中心在接收图像数据包的过程中，若超过规定时间内没有接收到后续的数据包，则立即根据收到的文件总包数和已收到的数据包编号，检查是否存在未收到的数据包，如果有未收到的数据包，将所有数据包编号统计出来，生成图像文件补包请求，返回给监测设备；并返回到步骤4)。

2.根据权利要求1所述的一种恶劣低速通信条件下的图像传输方法，其特征是，所述步骤2)中若在规定的超时时间内没有收到正确的确认，则重新发送请求，若请求发送的次数超过规定的最大重试次数，则放弃本次的图像传输。

3.根据权利要求1所述的一种恶劣低速通信条件下的图像传输方法，其特征是，所述步骤4)中若在规定的超时时间内没有收到监测设备发送的图像补包数据，则重新发送补包请求，若请求发送的次数超过规定的最大重试次数，则放弃本次的图像传输。