CN110011723A - 一种基于北斗一键报警的短报文图像步进传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于北斗一键报警的短报文图像步进传输方法，涉及北斗卫星短报文技术领域，包括以下步骤：在发送端采用比值法对SIP中影像块进行变化检测，确定是否需对影像进行数据更新；对需更新的影像块，通过压缩打包等处理后，由北斗发送给接收端，为接收端进行影像数据更新。本发明基于SIP的北斗卫星短报文系统传输影像技术及所采用的传输策略，较好地解决了北斗卫星系统数据传输丢包问题，并将北斗窄带宽通信环境下的影像数据更新的实时性提高至分钟级，使得大数据量的遥感影像数据近实时更新成为可能，使得北斗通信功能得到了更大的发挥，具有重要的应用价值。

Description

一种基于北斗一键报警的短报文图像步进传输方法

技术领域

本发明涉及北斗卫星短报文技术领域，具体为一种基于北斗一键报警的短报文图像步进传输方法。

背景技术

斗卫星导航定位系统不同于GPS的一个重要特色是，除提供定位服务外，还能提供简短报文通信服务，只是不同级别的用户服务时间间隔、一次传输数据量大小等存在差别。因此，在利用北斗卫星短报文系统数据传输应用方面，国内也有少数学者进行相关研究，如张东等于2005年利用北斗卫星进行文件传输；成方林等2008年对北斗卫星传输大数据的传输协议进行了探讨。但由于北斗卫星通信带宽和服务频率的限制，采用北斗卫星传输大数据文件的应用很少。

传统的影像金字塔模型缺乏对局部影像数据的快速索引，从而导致影像数据局部更新困难的问题，北京大学空天信息工程研究中心项目组2009年提出了影像金字塔内分层、分块的策略，以及剖分影像块按照Hilbert曲线进行编码与组织的剖分金字塔SIP模型。这种基于数据块组织的数据结构有利于局部数据的快速提取与更新。

基于北斗卫星遥感影像的传输框架如图1所示。其中，剖分影像金字塔SIP是整个影像更新的基础，其基本制作过程是先根据北斗卫星短报文通信带宽，分析最佳传输的影像块粒度并建立影像SIP文件；然后将SIP数据预装到接收终端，并作为底图数据。当需对接收端进行影像数据更新时，发送端会对数据更新的影像块进行变化检测，然后将信息变化的影像块经压缩分包处理后与影像块编码一起，并由北斗短报文系统发送给接收端。接收端则根据数据编码将影像块放到恰当的影像位置，从而实现对接收端遥感影像数据的更新。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于北斗一键报警的短报文图像步进传输方法，基于SIP的北斗卫星短报文系统传输影像技术及所采用的传输策略，解决了北斗卫星系统数据传输丢包的问题，并将北斗窄带宽通信环境下的影像数据更新的实时性提高至分钟级，使得大数据量的遥感影像数据近实时更新成为可能，使得北斗通信功能得到了更大的发挥，具有重要的应用价值。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于北斗一键报警的短报文图像步进传输方法，鉴于同一区域时间相近的不同时相遥感影像存在大量信息冗余的特点和SIP局部数据更新的优势，本文提出只更新信息变化的数据块的策略，以代替传统传输整幅影像数据方式，通过减少传输数据量，实现数据快速更新，具体方法是：包括以下步骤：在发送端采用比值法对SIP中影像块进行变化检测，确定是否需对影像进行数据更新；对需更新的影像块，通过压缩打包等处理后，由北斗发送给接收端，为接收端进行影像数据更新。

进一步的，包括遥感影像变化检测方法：在进行变化监测时，先设置阈值k0＝0.75，并比较变化信息与原信息的百分比值k与k0的大小来确定是否应该更新影像。

进一步的，若k≥k0，认为信息发生了变化，数据须更新；若k＜k0，则认为信息没有变化，数据不必更新。

进一步的，包括北斗通信数据包丢失检测和重传机制：为了确保通信成功，发送端在请求消息发送时，在A时刻开始进行时间t1统计，若t1＞2Δt且仍无信息反馈，则继续进行发送申请消息；若重复4次申请后仍然无响应，则放弃申请；若通信正常，接收端在接收到第一个数据包后开始进行统计丢失数据包；如果没有数据包丢失，则表示接收数据成功；如果存在数据包丢失，则当接收端接收到文件结束消息后，开始反馈丢包信息并统计时间t2和反馈次数m；若t2＞2Δt且没有收到反馈信息，则再次发送重传申请；若t2＞4Δt时仍没收到重传数据包则放弃反馈且销毁已接收的数据；若反馈次数m＞2且仍有数据包丢失，则放弃反馈并销毁已有相关信息。

进一步的，发送端对遥感影像块进行压缩处理并添加传输协议头结构，制作成北斗系统标准的数据包后，由北斗卫星通信组件模块发送给接收端。

进一步的，接收端收到数据包后，首先对数据包进行分析，判断是否存在丢包，以及数据包是第一次发送的还是补发的；若是第一次发送的数据包，则直接将除传输协议头结构外的影像数据追加到接收影像数据的缓冲区中，并进行数据包解压；若是补发的数据包，则根据数据包序号信息将影像数据插入到影像缓冲区相应的位置；若数据包是第一次发送的但并不是已接收的数据包的后续包，则表明存在丢包，需进行丢包信息统计，并将丢包信息通过北斗反馈给发送端。

(三)有益效果

本发明提供了一种基于北斗一键报警的短报文图像步进传输方法，具备以下有益效果：

(1)本发明基于SIP的北斗卫星短报文系统传输影像技术及所采用的传输策略，较好地解决了北斗卫星系统数据传输丢包问题，并将北斗窄带宽通信环境下的影像数据更新的实时性提高至分钟级，使得大数据量的遥感影像数据近实时更新成为可能，使得北斗通信功能得到了更大的发挥，具有重要的应用价值。

(2)本发明采用影像压缩技术和传输局部目标区域数据块的传输策略，减少传输数据量和次数，以解决窄带宽通信传输大影像数据的矛盾，达到提高数据传输的时效性。

附图说明

图1为本发明的基于北斗卫星遥感影像的传输框架图。

图2为本发明的基于变化信息的遥感影像更新流程图。

图3为本发明的北斗卫星数据丢包检测与重传机制示意图。

图4为本发明的发送端处理流程图。

图5为本发明的接收端处理流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

请参阅图1-5，一种基于北斗一键报警的短报文图像步进传输方法，包括以下步骤：在发送端采用比值法对SIP中影像块进行变化检测，确定是否需对影像进行数据更新；对需更新的影像块，通过压缩打包等处理后，由北斗发送给接收端，为接收端进行影像数据更新。

还包括遥感影像变化检测方法：在进行变化监测时，先设置阈值k0＝0.75，并比较变化信息与原信息的百分比值k与k0的大小来确定是否应该更新影像；若k≥k0，认为信息发生了变化，数据须更新；若k＜k0，则认为信息没有变化，数据不必更新。

还包括北斗通信数据包丢失检测和重传机制：为了确保通信成功，发送端在请求消息发送时，在A时刻开始进行时间t1统计，若t1＞2Δt且仍无信息反馈，则继续进行发送申请消息；若重复4次申请后仍然无响应，则放弃申请；若通信正常，接收端在接收到第一个数据包后开始进行统计丢失数据包；如果没有数据包丢失，则表示接收数据成功；如果存在数据包丢失，则当接收端接收到文件结束消息后，开始反馈丢包信息并统计时间t2和反馈次数m；若t2＞2Δt且没有收到反馈信息，则再次发送重传申请；若t2＞4Δt时仍没收到重传数据包则放弃反馈且销毁已接收的数据；若反馈次数m＞2且仍有数据包丢失，则放弃反馈并销毁已有相关信息。

所述发送端对遥感影像块进行JPEG2000压缩处理并添加传输协议头结构，制作成北斗系统标准的数据包后，由北斗卫星通信组件模块发送给接收端。

所述接收端收到数据包后，首先对数据包进行分析，判断是否存在丢包，以及数据包是第一次发送的还是补发的；若是第一次发送的数据包，则直接将除传输协议头结构外的影像数据追加到接收影像数据的缓冲区中，并进行JPEG2000数据包解压；若是补发的数据包，则根据数据包序号信息将影像数据插入到影像缓冲区相应的位置；若数据包是第一次发送的但并不是已接收的数据包的后续包，则表明存在丢包，需进行丢包信息统计，并将丢包信息通过北斗反馈给发送端。

基于影像块的数据传输针对影像数据量大与通信带宽窄的矛盾和北斗更新整个文件方式时效性低的问题，本文采用影像压缩技术和传输局部目标区域数据块的传输策略，减少传输数据量和次数，以解决窄带宽通信传输大影像数据的矛盾，达到提高数据传输的时效性。因此，数据块大小的设计是传输的关键。为此，建立SIP时，应根据实际通信带宽、遥感影像的位深(bit depth)、图像压缩比例(scale)等信息，来确定SIP影像块大小。

基于变化信息的影像块传输：

鉴于同一区域时间相近的不同时相遥感影像存在大量信息冗余的特点和SIP局部数据更新的优势，本文提出只更新信息变化的数据块的策略，以代替传统传输整幅影像数据方式，通过减少传输数据量，实现数据快速更新。具体方法是，在发送端采用比值法对SIP中影像块进行变化检测，确定是否需对影像进行数据更新；对需更新的影像块，通过压缩打包等处理后，由北斗发送给接收端，为接收端进行影像数据更新。

如图2所示，遥感影像变化检测方法采用目前成熟的比值法。在进行变化监测时，先设置阈值k0＝0.75，并比较变化信息与原信息的百分比值k与k0的大小来确定是否应该更新影像。若k≥k0，认为信息发生了变化，数据须更新；若k＜k0，则认为信息没有变化，数据不必更新。

基于图标编码的信息传输：

针对北斗通信带宽窄和影像数据量大的现状，提出传输图标编码的传输策略，即对状态有限的目标，如道路是否畅通、桥梁是否完好等情况，发送端和服务端对这些目标状态的影像块或图标进行编号。当某一方发送这些目标信息时，只需将目标编号和相应的地址编码信息发送给另一方，然后另一方通过编码解译将对应目标状态的影像数据块对数据底图进行更新。这种通过传输地物状态图标编码方式，可极大地降低数据传输量和传输次数，适应窄带宽的北斗通信环境，提高北斗数据传输效率。

数据包丢失检测和重传技术：

鉴于北斗通信信号易受高目标遮挡而出现数据包丢失的现象，若因丢失某个数据包而重传整个文件，将花费更长的时间。因此，本文针对北斗通信没有对丢失数据包进行补传的机制，专门设计了数据包丢失检测和重传技术。但为了防止因接收补传数据包而长时间等待，先介绍丢包处理的一些规则：

规则1：

因第一个数据包含有影像块编码、大小，以及传输包数等信息，故若第一个数据包丢失，则接收端放弃接收后续的其他数据包。

规则2：

接收端反馈丢失数据包信息时，最多反馈2次，每次等待时间为2Δt；若等待时间超过4Δt且仍没有接收到发送端补发的消息，则接收端放弃反馈丢失数据包信息并销毁已接收的数据。

规则3：

接收端反馈丢包信息且获得补发的数据包后，当补发的数据包仍有数据包丢失，仍继续反馈补发所丢失的数据包信息。但若第二次补发数据包仍有数据包丢失，此后放弃反馈丢失的数据包信息并销毁已接收的数据。

基于前文的处理规则，北斗通信数据包丢失检测和重传机制如3图所示。在图3中，为了确保通信成功，发送端在请求消息发送时，在A时刻开始进行时间t1统计，若t1＞2Δt且仍无信息反馈，则继续进行发送申请消息；若重复4次申请后仍然无响应，则放弃申请。若通信正常，接收端在接收到第一个数据包后(B时刻)开始进行统计丢失数据包。如果没有数据包丢失，则表示接收数据成功；如果存在数据包丢失，则当接收端接收到文件结束消息后(C时刻)，开始反馈丢包信息并统计时间t2和反馈次数m。若t2＞2Δt且没有收到反馈信息，则再次发送重传申请；若t2＞4Δt时仍没收到重传数据包则放弃反馈且销毁已接收的数据；；若反馈次数m＞2且仍有数据包丢失，则放弃反馈并销毁已有相关信息。

下面是本文设计的数据传输协议头结构:

typedef struct tagBDPACKETHEADER{

DWORD dwdBDID；∥发送端北斗卫星用户ID

DWORD dwdBDDestID；∥接收端北斗卫星用户ID

BYTE btPacketID；∥标识；0x0为消息，0x01为一般文件，0x02为影像，0x03为图标

WORD wdPacketNo；∥传输数据包的序号

BYTE btPacketType；∥数据包的类型；0x0为第一次发送，0x01为补发

DWORD dwdPacketLength；∥传输内容的长度

}；

在数据接收时，接收端通过分析包头的包序号wdPacketNo判断是否丢包并将所丢失包的序号进行记录；通过判断数据包类型btPacketType来判断所接收的数据包是第一次发送还是补发的。

设计流程：

发送端：

发送端对遥感影像块进行JPEG2000压缩处理并添加传输协议头结构，制作成北斗系统标准的数据包后，由北斗卫星通信组件模块发送给接收端。此外，发送端还需补发接收端反馈丢失的数据包。发送端信息处理流程如图4所示。

接收端：

如图5所示，接收端收到数据包后，首先对数据包进行分析，判断是否存在丢包，以及数据包是第一次发送的还是补发的。若是第一次发送的数据包，则直接将除传输协议头结构外的影像数据追加到接收影像数据的缓冲区中，并进行JPEG2000数据包解压；若是补发的数据包，则根据数据包序号信息将影像数据插入到影像缓冲区相应的位置；若数据包是第一次发送的但并不是已接收的数据包的后续包，则表明存在丢包，需进行丢包信息统计，并将丢包信息通过北斗反馈给发送端。

综上所述，基于SIP的北斗卫星短报文系统传输影像技术及所采用的传输策略，较好地解决了北斗卫星系统数据传输丢包问题，并将北斗窄带宽通信环境下的影像数据更新的实时性提高至分钟级，使得大数据量的遥感影像数据近实时更新成为可能，使得北斗通信功能得到了更大的发挥，具有重要的应用价值。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于北斗一键报警的短报文图像步进传输方法，其特征在于以下步骤：

S1、在发送端采用比值法对SIP中影像块进行变化检测，确定是否需对影像进行数据更新；

S2、对需更新的影像块，通过压缩打包等处理后，由北斗发送给接收端，为接收端进行影像数据更新。

2.根据权利要求1所述的一种基于北斗一键报警的短报文图像步进传输方法，其特征在于：包括遥感影像变化检测方法：在进行变化监测时，先设置阈值k0，并比较变化信息与原信息的百分比值k与k0的大小来确定是否应该更新影像。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于北斗一键报警的短报文图像步进传输方法，其特征在于：步骤S1中还包括北斗通信数据包丢失检测和重传机制。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于北斗一键报警的短报文图像步进传输方法，其特征在于：发送端对遥感影像块进行压缩处理并添加传输协议头结构，制作成北斗系统标准的数据包后，由北斗卫星通信组件模块发送给接收端。

5.根据权利要求1所述的一种基于北斗一键报警的短报文图像步进传输方法，其特征在于：在步骤S2中还包括接收端收到数据包后，首先对数据包进行分析，判断是否存在丢包。

6.根据权利要求5所述的一种基于北斗一键报警的短报文图像步进传输方法，其特征在于：并判断数据包是第一次发送的还是补发的；若是第一次发送的数据包，则直接将除传输协议头结构外的影像数据追加到接收影像数据的缓冲区中，并进行数据包解压；若是补发的数据包，则根据数据包序号信息将影像数据插入到影像缓冲区相应的位置。

7.根据权利要求2所述的一种基于北斗一键报警的短报文图像步进传输方法，其特征在于：若k≥k0，认为信息发生了变化，数据须更新；若k＜k0，则认为信息没有变化，数据不必更新。