CN112104918A - 基于卫星网络的图像传输方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于卫星网络的图像传输方法及装置，包括如下在卫星网络信号较弱的环境条件下，加强流媒体文件传输，采用TCP协议与UDP协议结合的网络传输方式，建立TCP连接和UDP连接分别用于命令传输和文件传输；发送服务器端与接收服务器端开启并监听多个UDP通信端口，发送服务器端将流媒体文件进行切分，切分后的片数据再逐一分成可以发送的UDP数据包，分别对UDP数据包进行排序并标记出UDP数据包所属的片数据的片序号及UDP数据包在所属的片数据中的包序号，接收服务器端检查UDP数据包组成的片数据是否完整，片数据不完整的请求发送服务器端重新发送数据包。保证在有限的卫星宽带资源下，实现更高效的图像传输。

Description

基于卫星网络的图像传输方法及装置
技术领域
本发明涉及卫星通信的多媒体通信技术领域，尤其涉及基于卫星网络的图像传输方法及装置。
背景技术
图像传输是指将图像信号通过通信网络（有线网络或无线网络）从远端传递给用户，用户可以通过手机或者互联网来实时监控，从而实现视频信息共享的一种技术。随着现代卫星技术的发展，在特定的环境下利用卫星通信进行图像的采集与传输的需求量不断增加，从军事装备的制导、瞄准系统、金融商业的安全监控，交通用的交通监控、监视系统，直到工业用现场监视系统，几乎每一个行业每一个领域都在使用视频图像传输。
视频传输对网络稳定、图像显示和控制的实时性要求很高，现有的卫星传输具有延时大丢包、延时抖动厉害、传输成本高昂的特点，图像采集和处理能力较差，且视频传输较慢，当遇到突发信息时，不能及时获取事故现场图像信息，严重影响后期对突发状况的处理。
发明内容
本发明提出了基于卫星网络的图像传输方法和装置，通过采用高效的视频压缩技术和主动通信方式实现图像采集和处理，以解决传输信道质量复杂及无外网直通环境的网络环境下获取视频信息，配合卫星网络进行传输，在有限的卫星宽带资源下，实现图像传输效果的优化。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：
本发明基于卫星网络的图像传输方法，包括以下步骤：
在卫星网络信号较弱的环境条件下，加强流媒体文件传输，采用TCP协议与UDP协议结合的网络传输方式，建立TCP协议连接用于发送服务器端与接收服务器端命令的传输，UDP协议连接用于发送服务器端与接收服务器端文件的传输；发送服务器端与接收服务器端开启并监听多个UDP通信端口，发送服务器端将流媒体文件按播放时间进行切分，切分后的片数据再逐一分成可以发送的UDP数据包，分别对每个UDP数据包按切分的顺序进行排序并标记出UDP数据包所属的片数据的片序号及UDP数据包在所属片数据中的包序号。
S1、在发送服务器端配置各流媒体文件的接收服务器端的IP地址；
S2、发送服务器端的TCP命令协议交互线程接收到来自接收服务器端包含文件发送指令的TCP命令请求；
S3、发送服务器端根据接收到的文件发送指令内容寻找对应的流媒体文件；
S4、发送服务器端将找到的流媒体文件按播放时间进行切分，切分后的片数据再逐一分成可以发送的UDP数据包，分别对每个UDP数据包按切分的顺序进行排序，并对切分后的每个UDP数据包作标记，标记出UDP数据包所属的片数据的片序号、UDP数据包在所属的片数据中的包序号；
S5、设定发送服务器端的发送定时器的间隔时间及心跳包间隔时间，每个心跳包间隔时间内检测一次发送服务器端与接收服务器端即时网络通信传输质量；
S6、发送服务器端根据找到的流媒体文件获取到该流媒体文件作为数据源的地址，即流媒体文件的数据源地址，并定义发送服务器端和接收服务器端的UDP协议通信端口区间；
S7、发送服务器端与接收服务器端开启并监听多个UDP协议通信端口，建立文件数据传输会话机制；
S8、建立文件数据传输会话机制后，发送服务器端从数据源地址中将流媒体文件切分成的多个UDP数据包定时以片数据为单位发送给接收服务器端， 接收服务器端对收到的UDP数据包按所对应的片数据中的包序号进行排序；
S9、，检查接收到的UDP数据包组成的片数据是否完整，如果片数据中UDP数据包的包序号不连续，则说明发送服务器端发送的片数据存在UDP数据包丢失的问题，接收服务器端重新请求发送服务器端发送丢失的UDP数据包。
进一步的，发送服务器端与接收服务器端即时检查网络通信传输质量，具体步骤为：
S501、发送服务器端与接收服务器端成功建立文件数据传输会话机制后，发送服务器端定时向接收服务器端发送UDP报文；
S502、接收服务器端收到来自发送服务器端发送的UDP报文后，必须立即回应发送服务器端；
S503、发送服务器端检查是否收到来自接收服务器端的回应消息，如果成功收到接收服务器端的回应消息，则继续发送片数据的UDP数据包；
S504、如果发送服务器端长时间没有收到来自接收服务器端的回应，则判定网络通信出现故障，发送服务器端重新选择一个发送服务器端的UDP通信端口，再次发送接收服务器端未接收到的UDP报文，直至发送服务器端成功收到来自接收服务器端发送的回应消息。
进一步的，计算每次定时发送的片数据中包含UDP数据包的个数，具体计算表达式为：单个片数据中UDP数据包的个数=固定时长片数据的大小 / 单次发送UDP数据包大小。
进一步的，每个片数据中包含数量一定的UDP数据包，每个UDP数据包的载荷数据的前几个字节中存储了该UDP数据包所对应的片数据在流媒体文件中的片序号、所对应的片数据中包含UDP数据包的总个数、该UDP数据包在所对应的片数据中的包序号。
进一步的，接收服务器端检查接收到的UDP数据包组成的片数据是否完整，具体步骤为：
S901、接收服务器端根据收到的每个片数据中包含的UDP数据包的包序号信息判定该片数据是否完整；
S902、如果片数据中UDP数据包的包序号不连续，则接收服务器端重新请求发送服务器端发送丢失的UDP数据包，发送服务器端重新传输片数据中丢失的UDP数据包；
S903、再次检查组成片数据的UDP数据包的包序号是否完整，如果接收服务器端收到的UDP数据包与发送服务器端发送的UDP数据包的包序号是一致的，则表明此次片数据发送成功。
一种用于实现所述基于卫星网络的图像传输方法所采用的图像传输装置，包括：视频采集模块、视频压缩模块、视频存储模块、视频发送模块、用户移动客户端或用户PC客户端、服务端双向通信控制模块、通信控制模块、图像接收模块、视频服务器、卫星、卫星小站。
视频采集模块利用摄像机采集各种符合onvif协议的摄像头视频图像，视频压缩模块对采集到的视频图像进行图像压缩处理，视频存储模块将压缩后的视频文件根据时间维度切分后存储成指定格式的视频流文件。
用户移动客户端或用户PC客户端发起查看摄像头命令并将命令发送给服务端双向通信控制模块，服务端双向通信控制模块接收到来自用户移动客户端或用户PC客户端的查看摄像头命令，并将收到的查看摄像头命令转换成特定格式的通信命令，服务端双向通信控制模块根据生成的通信命令的特定参数自动发送给相应的NVR端（网络视频录像机）的通信控制模块，NVR端的通信控制模块解析接收到来自服务端双向通信控制模块发送的命令，通信控制模块根据命令唤醒视频发送模块，视频发送模块将存储于视频存储模块中的视频流文件进行发送。
视频服务器中的图像接收模块收到来自视频发送模块的视频流文件，根据收到的视频流文件的包头信息将视频流文件存储在视频服务器中相应的位置，并将视频流文件的地址返回给用户移动客户端或用户PC客户端。
其中视频采集模块负责采集各摄像头采集终端中符合onvif协议的视频图像；
视频压缩模块用于抽取指定数字的视频帧，重置关键视频帧的时间间隔，根据时间维度生成视频流文件切分；
视频存储模块用于根据分辨率、NVR端的IP地址、摄像头的IP地址及时间维度存储视频文件；
通信控制模块负责主动连接视频服务器端，并支持网络断线重连，负责接收视频服务器发送的命令，并解析该命令；
视频发送模块负责查找视频文件，切分视频文件包，发送切分文件到视频服务器端，并支持断线重连发送；
卫星和卫星小站作为通信中介；
视频服务器用于服务端的卫星网络通信和存储视频文件；
服务端双向通信控制模块负责监听、转换和解析NVR端的命令和用户端的命令；
图像接收模块接收视频切分文件，根据包头规则将切分文件组装成完整的视频格式文件，并根据分辨率，NVR端的IP地址,摄像头的IP地址,时间维度存储视频文件；
用户移动客户端和用户PC客户端用于远程多画面的浏览以及不同规格的画面监控，支持全屏多窗口、单窗口模式。
与现有技术相比，本发明的优点是使在卫星网络通讯下的图像传输带宽占用率小，只要带宽达到 10Kb即可实现视频的有效传输，同时可设置丢包延迟，即使在网络环境不稳定的条件下对视频文件进行回传也能够保证视频传输的流畅度；断线重连，保障网络传输通畅，并可以设置网络延迟，在卫星网络信号较弱的环境条件下，仍能保证视频内容不丢帧；满足多个视频文件接收站点服务器的登录及连接，实现数据高度共享；可同时实现多个画面视频浏览和不同规格视频画面的监控，支持全屏多窗口或单窗口模式；支持远程录像及录像控制，并可定时录像并提供视频录像文件播放器，支持对视频编码器参数的远程控制，保证在有限的卫星宽带资源下，实现更高效的图像传输。
附图说明
图1为本发明的图像传输方法的流程图；
图2为本发明的图像传输装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，本发明公开了基于卫星网络的图像传输方法，所述方法包括如下步骤：
S1、在发送服务器端配置各流媒体文件的接收服务器端的IP地址；
S2、发送服务器端的TCP命令协议交互线程收到来自接收服务器端包含文件发送指令的TCP命令请求；
S3、发送服务器端根据收到的文件发送指令内容寻找对应的流媒体文件；
S4、发送服务器端将找到的流媒体文件按播放时间进行切分，切分后的片数据再逐一分成可以发送的UDP数据包，分别对每个UDP数据包按切分的顺序进行排序，并对切分后的每个UDP数据包作标记，标记出UDP数据包所属的片数据的片序号、UDP数据包在所属的片数据中的包序号；
S5、设定发送服务器端的发送定时器的间隔时间及心跳包间隔时间，每个心跳包间隔时间内检测一次发送服务器端与接收服务器端即时网络通信传输质量；
S6、发送服务器端根据找到的流媒体文件获取到该流媒体文件作为数据源的地址，即流媒体文件的数据源地址，并定义发送服务器端和接收服务器端的UDP协议通信端口区间；
S7、发送服务器端与接收服务器端开启并监听多个UDP协议通信端口，建立文件数据传输会话机制；
S8、建立文件数据传输会话机制后，发送服务器端从数据源地址中将流媒体文件切分成的多个UDP数据包定时以片数据为单位发送给接收服务器端， 接收服务器端对收到的UDP数据包按所对应的片数据中的包序号进行排序；
S9、接收服务器端检查接收到的UDP数据包组成的片数据是否完整，如果片数据中UDP数据包的包序号不连续，则发送的片数据存在UDP数据包丢失的问题，接收服务器端重新请求发送丢失的UDP数据包，发送服务器端重新传输片数据中丢失的UDP数据包。
进一步的，发送服务器端与接收服务器端即时检查网络通信传输质量，具体步骤为：
S501、发送服务器端与接收服务器端成功建立文件数据传输会话机制后，发送服务器端定时向接收服务器端发送UDP报文；
S502、接收服务器端接收到来自发送服务器端发送的UDP报文后，必须立即回应发送服务器端；
S503、如果发送服务器端长时间没有收到来自接收服务器端的回应，则判定网络通信出现故障，发送服务器端重新选择一个发送服务器端的UDP通信端口，再次发送接收服务器端未接收到的UDP报文，直至发送服务器端成功收到来自接收服务器端发送的回应消息；
S504、发送服务器端检查是否收到来自接收服务器端的回应消息，如果成功收到接收服务器端的回应消息，则继续发送片数据的UDP数据包。
进一步的，计算出每次定时发送的片数据中包含UDP数据包的个数，具体计算表达式为：单个片数据中UDP数据包的个数=固定时长片数据的大小 / 单次发送UDP数据包大小。
进一步的，每个片数据中包含数量一定的UDP数据包，接收服务器端接收到的每个UDP数据包的载荷数据的前几个字节中存储了该UDP数据包所对应的片数据在流媒体文件中的片序号、所对应的片数据中包含UDP数据包的总个数、该UDP数据包在所对应的片数据中的包序号。
进一步的，接收服务器端对收到的UDP数据包按所对应的片数据中的包序号进行排序，接收服务器端检查接收到的UDP数据包组成的片数据是否完整，包括以下具体步骤：
S901、接收服务器端根据收到的每个片数据中包含的UDP数据包的包序号信息判定该片数据是否完整；
S902、如果片数据中UDP数据包的包序号不连续，则接收服务器端重新请求发送服务器端发送丢失的UDP数据包，发送服务器端重新传输片数据中丢失的UDP数据包；
S903、再次检查组成片数据的UDP数据包的包序号是否完整，如果接收服务器端收到的UDP数据包与发送服务器端发送的UDP数据包的包序号是一致的，则表明此次片数据发送成功。
在卫星网络信号较弱的环境条件下，加强流媒体文件传输，采用TCP协议与UDP协议结合的网络传输方式，建立TCP协议连接用于发送服务器端与接收服务器端命令的传输，UDP协议连接用于发送服务器端与接收服务器端文件的传输；发送服务器端与接收服务器端开启并监听多个UDP通信端口，发送服务器端将流媒体文件按播放时间进行切分，切分后的片数据再逐一分成可以发送的UDP数据包，分别对每个UDP数据包按切分的顺序进行排序并标记出UDP数据包所属的片数据的片序号及UDP数据包在所属的片数据中的包序号。
如图2所示，本发明用于实现上述基于卫星网络的图像传输方法所采用的图像传输装置，包括：
视频采集模块、视频压缩模块、视频存储模块、视频发送模块、用户移动客户端或用户PC客户端、服务端双向通信控制模块、通信控制模块、图像接收模块、视频服务器、卫星、卫星小站；视频采集模块的输出端接视频压缩模块的输入端，视频压缩模块的输出端接视频存储模块的输入端，视频存储模块的输出端接视频发送模块的输入端，通信控制模块的输出端接视频发送模块的输入端；用户移动客户端或用户PC客户端的输出端连接服务端双向通信控制模块的输入端，服务端双向通信控制模块的输出端以无线传输的方式与通信控制模块的输入端相连接，视频发送模块的输出端接图像接收模块的输入端，图像接收模块的输出端分别与用户移动客户端或用户PC客户端的输入端、视频服务端的输入端连接；视频服务器的输出端分别以无线传输的方式与通信控制模块的输入端、卫星的输入端相连接；卫星的输出端与卫星小站的输入端相连接。
视频采集模块利用摄像机采集各种符合onvif协议的摄像头视频图像，视频压缩模块对采集到的视频图像进行图像压缩处理，视频存储模块将压缩后的视频文件根据时间维度切分后存储成指定格式的视频流文件。
用户移动客户端或用户PC客户端发起查看摄像头命令并将命令发送给服务端双向通信控制模块，服务端双向通信控制模块接收到来自用户移动客户端或用户PC客户端的查看摄像头命令，并将收到的查看摄像头命令转换成特定格式的通信命令，服务端双向通信控制模块根据生成的通信命令的特定参数自动发送给相应的NVR端（网络视频录像机）的通信控制模块，NVR端的通信控制模块解析接收到来自服务端双向通信控制模块发送的命令，通信控制模块根据命令唤醒视频发送模块，视频发送模块将存储于视频存储模块中的视频流文件进行发送。
视频服务器中的图像接收模块收到来自视频发送模块的视频流文件，根据收到的视频流文件的包头信息将视频流文件存储在视频服务器中相应的位置，并将视频流文件的地址返回给用户移动客户端或用户PC客户端。
其中视频采集模块负责采集各摄像头采集终端中符合onvif协议的视频图像；
视频压缩模块用于抽取指定数字的视频帧，重置关键视频帧的时间间隔，根据时间维度生成视频流文件切分；
视频存储模块用于根据分辨率、NVR端的IP地址、摄像头的IP地址及时间维度存储视频文件；
通信控制模块负责主动连接视频服务器端，并支持网络断线重连，负责接收视频服务器发送的命令，并解析该命令；
视频发送模块负责查找视频文件，切分视频文件包，发送切分文件到视频服务器端，并支持断线重连发送；
卫星和卫星小站作为通信中介；
视频服务器用于服务端的卫星网络通信和存储视频文件；
服务端双向通信控制模块负责监听、转换和解析NVR端的命令和用户端的命令；
图像接收模块接收视频切分文件，根据包头规则将切分文件组装成完整的视频格式文件，并根据分辨率，NVR端的IP地址，摄像头的IP地址,时间维度分类存储视频文件；
用户移动客户端和用户PC客户端用于远程多画面的浏览以及不同规格的画面监控，支持全屏多窗口、单窗口模式。
本发明的保护范围包括但不限于以上实施方式，本发明的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.基于卫星网络的图像传输方法，其特征在于包括以下具体步骤：
S1、在发送服务器端配置各流媒体文件的接收服务器端的IP地址；
S2、发送服务器端的TCP命令协议交互线程接收到来自接收服务器端包含文件发送指令的TCP命令请求；
S3、发送服务器端根据接收到的文件发送指令内容寻找对应的流媒体文件；
S4、发送服务器端将找到的流媒体文件按播放时间进行切分，切分后的片数据再逐一分成可以发送的UDP数据包，分别对每个UDP数据包按切分的顺序进行排序，并对切分后的每个UDP数据包作标记，标记出UDP数据包所属的片数据的片序号、UDP数据包在所属片数据中的包序号；
S5、设定发送服务器端的发送定时器的间隔时间及心跳包间隔时间，每个心跳包间隔时间内检测一次发送服务器端与接收服务器端即时网络通信传输质量；
S6、发送服务器端根据找到的流媒体文件获取到该流媒体文件作为数据源的地址，即流媒体文件的数据源地址，并定义发送服务器端和接收服务器端的UDP协议通信端口区间；
S7、发送服务器端与接收服务器端开启并监听多个UDP协议通信端口，建立文件数据传输会话机制；
S8、建立文件数据传输会话机制后，发送服务器端从数据源地址中将流媒体文件切分成的多个UDP数据包定时以片数据为单位发送给接收服务器端， 接收服务器端对收到的UDP数据包按所对应的片数据中的包序号进行排序；
S9、接收服务器端检查接收到的UDP数据包组成的片数据是否完整，如果片数据中UDP数据包的包序号不连续，则发送的片数据存在UDP数据包丢失的问题，接收服务器端重新请求发送丢失的UDP数据包，发送服务器端重新传输片数据中丢失的UDP数据包。
2.如权利要求1所述的基于卫星网络的图像传输方法，其特征在于所述步骤S5中每个心跳包间隔时间内检测一次发送服务器端与接收服务器端即时网络通信传输质量，包括以下具体步骤：
S501、发送服务器端与接收服务器端成功建立文件数据传输会话机制后，发送服务器端定时向接收服务器端发送UDP报文；
S502、接收服务器端收到来自发送服务器端发送的UDP报文后，必须立即回应发送服务器端；
S503、发送服务器端检查是否收到来自接收服务器端的回应消息，如果成功收到接收服务器端的回应消息，则继续发送片数据的UDP数据包；
S504、如果发送服务器端长时间没有收到来自接收服务器端的回应，则判定网络通信出现故障，发送服务器端重新选择一个发送服务器端的UDP通信端口，再次发送接收服务器端未接收到的UDP报文，直至发送服务器端成功收到来自接收服务器端发送的回应消息。
3.如权利要求1所述的基于卫星网络的图像传输方法，其特征在于所述的步骤S8中，计算每次定时发送的片数据中包含UDP数据包的个数的具体表达式为：单个片数据中UDP数据包的个数=固定时长片数据的大小 / 单次发送UDP数据包大小。
4.如权利要求1所述的基于卫星网络的图像传输方法，其特征在于所述的步骤S8中，接收服务器端收到每个UDP数据包的载荷数据的前几个字节中存储了该UDP数据包所对应的片数据在流媒体文件中的片序号、所对应的片数据中包含UDP数据包的总个数、该UDP数据包在所对应的片数据中的包序号。
5.如权利要求1所述的基于卫星网络的图像传输方法，其特征在于所述步骤S9中接收服务器端检查收到的UDP数据包组成的片数据是否完整，包括以下具体步骤：
S901、接收服务器端根据收到的每个片数据中包含的UDP数据包的包序号信息判定该片数据是否完整；
S902、如果片数据中UDP数据包的包序号不连续，则接收服务器端重新请求发送服务器端发送丢失的UDP数据包，发送服务器端重新传输片数据中丢失的UDP数据包；
S903、再次检查组成片数据的UDP数据包的包序号是否完整，如果接收服务器端收到的UDP数据包与发送服务器端发送的UDP数据包的包序号是一致的，则表明此次片数据发送成功。
6.一种用于实现如权利要求1~5任一项所述基于卫星网络的图像传输方法所采用的图像传输装置，其特征在于该装置主要包括视频采集模块、视频压缩模块、视频存储模块、视频发送模块、用户移动客户端或用户PC客户端、服务端双向通信控制模块、通信控制模块、图像接收模块、视频服务器、卫星；视频采集模块的输出端接视频压缩模块的输入端，视频压缩模块的输出端接视频存储模块的输入端，视频存储模块的输出端接视频发送模块的输入端，通信控制模块的输出端接视频发送模块的输入端；用户移动客户端或用户PC客户端的输出端连接服务端双向通信控制模块的输入端，服务端双向通信控制模块的输出端以无线传输的方式与通信控制模块的输入端相连接，视频发送模块的输出端接图像接收模块的输入端，图像接收模块的输出端分别与用户移动客户端或用户PC客户端的输入端、视频服务端的输入端连接；视频服务器的输出端分别以无线传输的方式与通信控制模块的输入端、卫星的输入端相连接。
7.如权利要求6所述的图像传输装置，其特征在于：该装置还包括卫星小站，卫星的输出端与卫星小站的输入端相连接。
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