CN115665425B - 一种适用于卫星短报文通信的渐进式图片传输的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于卫星短报文通信的渐进式图片传输的方法，属于卫星短报文通信技术领域。一种适用于卫星短报文通信的渐进式图片传输的方法，对选取的待发送图片进行必要的去冗余信息处理形成原始图片，对原始图片通过小波变换分解出4张JPG子图。为解决目前利用北斗短报文传输图片地方式的关键问题是压缩率不够低、发送时间长的问题，对图片进行图像处理、小波变换、深度压缩后，再进行压缩数据的传输，克服了北斗民用卡发送短报文时频度低的局限，解决了图片大数据与短报文低负载的矛盾，避免了使用多卡并行发送造成的资源浪费，降低了图片传输的时间，提高了图片传输的效率。
Description
技术领域
本发明涉及卫星短报文通信技术领域，具体为一种适用于卫星短报文通信的渐进式图片传输的方法。
背景技术
北斗三号全球卫星导航系统承载着定位与导航的重任，这为国家安全提供了保证；相对于GPS，北斗系统也支持向授权用户提供短报文通信服务；
对于民用卡而言，短报文通信存在两个约束条件，即发送不小于间隔30秒/次，短报文长度不大于1750字节数据；由于上述的约束条件，导致民用卡发送短报文一般应用于发送频度低，数据量小的场景。因而目前对于北斗短报文应用场景绝大多数是通过文字作为信息载体的；
但是随着用户需求的升级，基于北斗短报文传输图片，声音将是1个值得深入研究的趋势。毕竟一张图片包含的信息量比起文字是多了几个数量级的，可以更直观地、更准确地提供必要信息；
目前利用北斗短报文传输图片地方式的关键问题是压缩率不够低、发送时间长；
都是基于JPG文件切割后发送的，而在经过一定的图像处理后生成的JPG，压缩率仍然达到10:1。对于高分辨率的图像，生成的JPG文件将要达到几十KB。这对于民用卡的传输能力绝对是巨大考验，往往一张图片要传输几十次，间隔几十分钟才能传输完，中间还要考虑各种防丢包。因此以JPG为基准数据的传输方式是不太适合北斗系统的；
当然还有利用多卡并行发送来解决北斗低频度的瓶颈，这种方式粗放地提高发送带宽，对于卡号资源是一种很大的浪费，不值得考虑。
因此我们提出一种基于北斗三号系统渐进式深度压缩图片传输的方法，在北斗系统短报文发送频度低，数据量少的情况下，用户可以尽量快地将图片传输给对方。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于卫星短报文通信的渐进式图片传输的方法，对图片进行图像处理、小波变换、深度压缩后，再进行压缩数据的传输，克服了北斗民用卡发送短报文时频度低的局限，解决了图片大数据与短报文低负载的矛盾，避免了使用多卡并行发送造成的资源浪费，降低了图片传输的时间，提高了图片传输的效率，可以解决现有技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种适用于卫星短报文通信的渐进式图片传输的方法，包括如下步骤：
步骤一：对选取的待发送图片进行必要的去冗余信息处理形成原始图片；
步骤二：对原始图片通过小波变换分解出4张JPG子图；
步骤三：对低频子图在平衡图像质量评价以及短报文最大长度限制条件下，进行HEVC编码；
步骤四：在1个短报文单元内发送低频子图的HEVC编码数据；
步骤五：在1个短报文单元内发送1个高频子图，合计发送三次；
步骤六：接收端收到低频深度压缩数据后进行解码还原成低频子图，即低分辨率缩略图；
步骤七：接收端接收完整其他三张高频子图后，进行小波反变换，合成出基于低频子图的高分辨率图。
优选的，所述步骤一中，图像处理包括变换到指定分辨率、灰阶化、均衡归一化和减少灰阶数。
优选的，所述步骤二中，通过小波变换获得的1个低频子图包含主要的基础信息和3个高频子图；
同比例降低高频子图的高频特征值，确保所有高频子图大小都在单个短报文最大发送长度内。
优选的，所述步骤三中，通过对HEVC编码出的数据进行有效性复核，迭代逼近最合适的低频子图分辨率以及编码质量参数值后，再最终HEVC编码。
优选的，HEVC编码方法包括如下步骤：
S1：在分辨率确定的情况下，获取对HEVC编码出的数据进行有效性复核；
S2：进行本地解码，获取解码后的图像质量评价以及编码质量参数；
S3：图像质量评价处于预期范围内，且HEVC编码出的数据量不大于短报文最大长度，确定获得最合适的低频子图分辨率以及编码质量参数；
S4：图像质量评价处于预期范围内，但HEVC编码出的数据量大于短报文最大长度，则缩小低频子图的分辨率，重新执行S1；
S5：图像质量评价大于预期范围，则增加HEVC编码质量参数，重新执行S1；
S6：图像质量评价小于预期范围，则降低HEVC编码质量参数，重新执行S1。
优选的，所述S2中，图像质量评价值越大，图像质量越好，编码出的数据量也越大；
编码质量参数值越大，图像质量越差，编码出的数据量也越小。
优选的，所述最终确定的低频子图分辨率与最初的低频子图分辨率不同，则重新执行步骤二，确定对应的另外3个高频子图。
优选的，所述步骤四、步骤五、步骤六和步骤七中，涉及的短报文数据结构，具体为：短报文负载结构为图片数据N字节、图片数据长度2字节、图像数据类型1字节、包序号2字节、预留5字节合计负载长度不超过1750字节。
优选的，所述步骤六和步骤七中，在接收端可接受的时间范围内确定能收到缩略图还是高分辨率图。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明提供的一种适用于卫星短报文通信的渐进式图片传输的方法，对图片进行图像处理、小波变换、深度压缩后，再进行压缩数据的传输；克服了北斗民用卡发送短报文时频度低的局限；解决了图片大数据与短报文低负载的矛盾；避免了使用多卡并行发送造成的资源浪费；降低了图片传输的时间，提高了图片传输的效率；
2、本发明提供的一种适用于卫星短报文通信的渐进式图片传输的方法，通过小波变换获得的1个低频子图包含主要的基础信息和3个高频子图，同比例降低高频子图的高频特征值，确保所有高频子图大小都在单个短报文最大发送长度内，通过对HEVC编码出的数据进行有效性复核，迭代逼近最合适的低频子图分辨率以及编码质量参数值后，再最终HEVC编码。
附图说明
图1为本发明的基于卫星短报文通信的渐进式图片传输的整体流程示意图；
图2为本发明的基于卫星短报文通信的渐进式图片传输的发送端流程示意图；
图3为本发明的基于卫星短报文通信的渐进式图片传输的接收端流程示意图；
图4为本发明的基于卫星短报文通信的渐进式图片传输的数据结构示意图。
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供的一种实施例：一种适用于卫星短报文通信的渐进式图片传输的方法，包括如下步骤：
步骤一：对选取的待发送图片进行必要的去冗余信息处理形成原始图片；
步骤二：对原始图片通过小波变换分解出4张JPG子图；
步骤三：对低频子图在平衡图像质量评价以及短报文最大长度限制条件下，进行HEVC编码；
步骤四：在1个短报文单元内发送低频子图的HEVC编码数据；
步骤五：在1个短报文单元内发送1个高频子图，合计发送三次；
步骤六：接收端收到低频深度压缩数据后进行解码还原成低频子图，即低分辨率缩略图；
步骤七：接收端接收完整其他三张高频子图后，进行小波反变换，合成出基于低频子图的高分辨率图。
步骤一中，图像处理包括变换到指定分辨率、灰阶化、均衡归一化和减少灰阶数。
步骤二中，通过小波变换获得的1个低频子图包含主要的基础信息和3个高频子图；
同比例降低高频子图的高频特征值，确保所有高频子图大小都在单个短报文最大发送长度内。
步骤三中，通过对HEVC编码出的数据进行有效性复核，迭代逼近最合适的低频子图分辨率以及编码质量参数值后，再最终HEVC编码。
HEVC编码方法包括如下步骤：
S1：在分辨率确定的情况下，获取对HEVC编码出的数据进行有效性复核；
S2：进行本地解码，获取解码后的图像质量评价以及编码质量参数；
S3：图像质量评价处于预期范围内，且HEVC编码出的数据量不大于短报文最大长度，确定获得最合适的低频子图分辨率以及编码质量参数；
S4：图像质量评价处于预期范围内，但HEVC编码出的数据量大于短报文最大长度，则缩小低频子图的分辨率，重新执行S1；
S5：图像质量评价大于预期范围，则增加HEVC编码质量参数，重新执行S1；
S6：图像质量评价小于预期范围，则降低HEVC编码质量参数，重新执行S1。
S2中，图像质量评价值越大，图像质量越好，编码出的数据量也越大；
编码质量参数值越大，图像质量越差，编码出的数据量也越小。
最终确定的低频子图分辨率与最初的低频子图分辨率不同，则重新执行步骤二，确定对应的另外3个高频子图；
预期图片质量评价值psnr_ref＝29，默认编码质量参数q＝38，图像分辨率为w xh，假定w接近2倍h数值大小；
小波分解出的子图分辨率是w/2x h/2，即宽高各为原图一半；
北斗短报文单次最大发送量为MAX_PAYLOAD_LENGTH＝1740字节；
A.原始图像小波分解：
A1.对原始图进行灰阶优化以及直方均衡化处理后，获得原图p i c.jpg，再通过小波变换进行分解；
A2.获取低频子图cA.jpg和其他3个高频子图cH.jpg,cV.jpg,cD.jpg；
A3.如果3个高频子图JPG文件尺寸大于MAX_PAYLOAD_LENGTH，则不断同比例降低高频子图的特征值；
直到确保cH.jpg,cV.jpg,cD.jpg的大小都不大于MAX_PAYLOAD_LENGTH，此时低频子图分辨率为cAw_st x cAh_st。
B.拟合出最合适的分辨率以及最合适的图片质量评价：
B1.获取低频子图的分辨率cAw x cAh；
B2.使用自定义默认的HEVC编码参数对低频子图进行深度压缩，获取压缩文件cA.dat；
B3.对过程3的压缩文件cA.dat解压并获取图片质量评价反馈值psnr；
B4.如果[psnr]<psnr_ref，则令q＝q-1(q越小，图像质量越好－即psnr越大，压缩文件越大)；
B5.重复过程2-4，直到[psnr]＝＝psnr_ref([psnr]即取psnr整数部分)
B6.如果[psnr]>psnr_ref，则令q＝q+1(q越大，图像质量越差－即psnr越小，压缩文件越小)；
B7.重复过程2-4，直到[psnr]＝＝psnr_ref([psnr]即取psnr整数部分)
B8.可以确定HEVC编码质量参数q_ed，低频子图分辨率cAw_edxcAh_ed，低频HEVC编码文件cA_ed.dat；
B9.如果cA_ed.dat.size>MAX_PAYLOAD_LENGTH，则降低低频子图分辨率，令cAw＝cAw_ed-4且cAh＝cAh_ed-2；
B10.重复过程1-8，直到cA_ed.dat.size<＝MAX_PAYLOAD_LENGTH；
B11.可以确定HEVC最佳编码质量参数q_fin，低频子图最佳分辨率cAw_finxcAh_fin，低频最佳HEVC编码文件cA_fin.dat；
B12.由于过程1-11可能导致cAw_fin！＝cAw_st且cAh_fin！＝cAh_h，需要反向推理出原图pic的分辨率w_finxh_fin，再执行过程1；
目的是获得过程11的低频子图的最佳HEVC编码文件cA_fin.dat对应的其他3个高频子图cH_fin.jpg,cV_fin.jpg,cD_fin.jpg。
C.发送端发送北斗短报文：
C1.按cA_fin.dat,cH_fin.jpg,cV_fin.jpg,cD_fin.jpg的顺序依次发送北斗短报文
C2.北斗短报文负载结构顺序如下：
短报文负载结构为图片数据(<＝MAX_PAYLOAD_LENGTH字节)
·图片数据长度2字节
·图像数据类型1字节
·包序号2字节
·预留5字节
合计负载长度不超过1750字节；
假设cA_fin.dat的包序号为N，则cH_fin.jpg包序号为N+1,cV_fin.jpg包序号为N+2,cD_fin.jpg包序号为N+3；
发送端每发完1个短报文，下次的包序号＝当前包序号+1；
若cA_fin.dat的包序号N>65532，则N＝0。
D.接收端小波合成高分辨率图片：
D1.接收端监听短报文的接收情况；
D2.如果收到短报文，解析短报文的图片数据类型；
D3.如果短报文包含低频数据，则临时记录低频数据信息、解码低频数据成低频子图JPG文件、删除之前保存的高频子图JPG文件、显示低频子图作为缩略图；
D4.如果短报文包含高频数据，判断高频数据序号是否有效；
如果高频数据序号〈低频数据序号或高频数据序号〉低频数据序号+3，则高频数据序号无效，丢弃此短报文；
如果高频数据序号〉低频数据序号且高频数据序号〈＝低频数据序号+3，则高频数据序号有效，高频数据保存成高频子图JPG文件；
D5.重复D1-D4，直到接收高频数据超时；
D6.检查数据接收完整性并显示图片效果；
如果在规定时间内收到1个低频数据和3个高频数据，对4个子图JPG进行小波反变换，合成高分辨率图，接收端显示此高分辨率图；
如果在规定时间内收到1个低频数据但不足3个高频数据，则接收端显示缩略图；
如果在规定时间内收不到低频数据，则接收端不显示图片。
步骤四、步骤五、步骤六和步骤七中，涉及的短报文数据结构，具体为：短报文负载结构为图片数据N字节、图片数据长度2字节、图像数据类型1字节、包序号2字节、预留5字节合计负载长度不超过1750字节。
步骤六和步骤七中，在接收端可接受的时间范围内确定能收到缩略图还是高分辨率图。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将1个实体或者操作与另1个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (3)
1.一种适用于卫星短报文通信的渐进式图片传输的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：对选取的待发送图片进行去冗余信息处理形成原始图片；
步骤二：对原始图片通过小波变换分解出4张JPG子图，通过小波变换获得1个包含基础信息的低频子图和3个高频子图，同比例降低高频子图的高频特征值，确保所有高频子图大小都在单个短报文最大发送长度内；
步骤三：对低频子图在平衡图像质量评价以及短报文最大长度限制条件下，进行HEVC编码；
通过对HEVC编码出的数据进行有效性复核，迭代接近最合适的低频子图分辨率以及编码质量参数值后，再最终HEVC编码；
HEVC编码方法包括如下步骤：
S1：在分辨率确定的情况下，获取对HEVC编码出的数据进行有效性复核；
S2：进行本地解码，获取解码后的图像质量评价以及编码质量参数；
S3：图像质量评价处于预期范围内，且HEVC编码出的数据量不大于短报文最大长度，确定获得最合适的低频子图分辨率以及编码质量参数；
S4：图像质量评价处于预期范围内，HEVC编码出的数据量大于短报文最大长度，缩小低频子图的分辨率，重新执行S1；
S5：图像质量评价大于预期范围，增加HEVC编码质量参数，重新执行S1；
S6：图像质量评价小于预期范围，降低HEVC编码质量参数，重新执行S1；
步骤四：在1个短报文单元内发送低频子图的HEVC编码数据；
步骤五：在1个短报文单元内发送1个高频子图，发送三次；
步骤六：接收端收到低频深度压缩数据后进行解码还原成低频子图；
步骤七：接收端接收完整步骤五中其他三张高频子图后，进行小波反变换，合成出基于低频子图的高分辨率图。
2.根据权利要求1所述的一种适用于卫星短报文通信的渐进式图片传输的方法，其特征在于：所述步骤一中，去冗余信息处理包括变换到指定分辨率、灰阶化、均衡归一化和减少灰阶数。
3.根据权利要求1所述的一种适用于卫星短报文通信的渐进式图片传输的方法，其特征在于：所述步骤四、步骤五、步骤六和步骤七中的短报文数据结构，具体为：短报文负载结构为图片数据N字节、图片数据长度2字节、图像数据类型1字节、包序号2字节、预留5字节合计负载长度不超过1750字节。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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