本發(fā)明設(shè)計屬于數(shù)據(jù)傳輸與通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于udp協(xié)議(userdatagramprotocol)實時可靠圖像傳輸方案。

背景技術(shù)：

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，無線數(shù)據(jù)傳輸在通信、控制等領(lǐng)域得到了普遍的應(yīng)用，極大的方便了人們的生活。

一般來說，無線傳輸服務(wù)在選擇傳輸層協(xié)議時有兩種主要的選擇即tcp和udp。tcp協(xié)議(transmissioncontrolprotocol)全稱為傳輸控制協(xié)議，是一種面向連接的、可靠的、基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議，其正式規(guī)范為ietfrfc793。udp協(xié)議全稱為用戶數(shù)據(jù)報文協(xié)議，是一種無連接的傳輸層協(xié)議，提供面向事物的簡單的不可靠信息傳遞，其正式規(guī)范為ietfrfc768。

二者相比而言，基于tcp協(xié)議傳輸時，在傳輸數(shù)據(jù)前，收發(fā)兩端必須通過多次“握手協(xié)議”來建立可靠的連接，在數(shù)據(jù)傳遞時還擁有確認、糾錯、重發(fā)、擁塞控制機制，因此tcp協(xié)議傳輸是一種可靠的通信協(xié)議。但是也正因需要建立連接并可靠傳輸數(shù)據(jù)，導(dǎo)致了tcp傳輸協(xié)議的傳輸速率相對較慢，效率偏低且占用系統(tǒng)資源較高。基于cdp協(xié)議傳輸時，數(shù)據(jù)傳輸前源端與終端不需要建立連接，發(fā)送端只需要將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上由接收端來抓取數(shù)據(jù)，收發(fā)過程中也不需要對連接狀態(tài)和數(shù)據(jù)可靠性進行維護，因此udp協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸速度只受制于源端生成數(shù)據(jù)的速率、傳輸帶寬以及源端終端主機性能等因素，速度相對較快，效率較高，系統(tǒng)資源占用小。但是由于其是一個非連接協(xié)議且無數(shù)據(jù)可靠保護機制，因此其可靠性較低。

針對如無人機圖傳等對數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性要求較高的場景下，udp協(xié)議所提供的高效、低延時服務(wù)，可有效保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性。因此在基于udp協(xié)議實時圖像傳輸方案中，保證其高效高速的前提下，提高其數(shù)據(jù)傳輸可靠度，保證圖像質(zhì)量受到了研究者的廣泛關(guān)注與研究。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于udp協(xié)議的實時可靠圖像傳輸方法。由于udp協(xié)議下數(shù)據(jù)包在無線傳輸過程中丟包率較高會造成圖像無法正確顯示，因此本方案重新設(shè)計了圖像數(shù)據(jù)打包與傳輸方式，使得丟包率減低至0％，實現(xiàn)了實時可靠的無線圖像傳輸系統(tǒng)。技術(shù)方案如下：

一種基于udp協(xié)議實時可靠圖像傳輸方案，發(fā)送端從圖像處理系統(tǒng)獲取待傳輸?shù)倪B續(xù)的二進制圖像碼流，組織打包之后通過無線收發(fā)模塊以udp協(xié)議傳輸，方法如下：

(1)在圖像處理與圖像傳輸之間加入異步fifo作為數(shù)據(jù)緩沖，在接收數(shù)據(jù)的同時控制數(shù)據(jù)吞吐率，避免數(shù)據(jù)缺失；

(2)二進制圖像碼流在增加相應(yīng)頭信息后以數(shù)據(jù)包方式存放于sdram中待用，sdram被劃分為兩部分：數(shù)據(jù)包索引區(qū)和數(shù)據(jù)包存放區(qū)，數(shù)據(jù)包索引區(qū)存放一種包含數(shù)據(jù)包長度與數(shù)據(jù)包頭地址的索引數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；數(shù)據(jù)包存放區(qū)以分段的方式存放包數(shù)據(jù)，每段第一字節(jié)為包序號，分段長度為固定長度；

(3)數(shù)據(jù)包的訪問共四種方式：

1)初始化：對數(shù)據(jù)包索引區(qū)域的包長度、數(shù)據(jù)包首地址和數(shù)據(jù)包存放區(qū)的包序號進行初始化，初始化后各包長度為0；

2)數(shù)據(jù)寫入：寫入數(shù)據(jù)時從數(shù)據(jù)包存放區(qū)每一段的第二個字節(jié)開始寫入數(shù)據(jù)，第一字節(jié)已寫入包序號，寫入完成后更新索引中的包長度值；

3)數(shù)據(jù)讀?。鹤x取數(shù)據(jù)包時，首先在數(shù)據(jù)包索引區(qū)檢查包長度是否為0，為0說明包已經(jīng)清空不需要讀??；否則，以數(shù)據(jù)包索引區(qū)包首地址為起點讀取包長度字節(jié)的碼流；

4)數(shù)據(jù)清空：清空數(shù)據(jù)包索引區(qū)數(shù)據(jù)包長度屬性，不需要對數(shù)據(jù)包存放區(qū)進行操作；

(4)發(fā)送端對于一幀圖像的多個數(shù)據(jù)包進行循環(huán)發(fā)送，若接收到反饋信息顯示某一數(shù)據(jù)包已被接收，則清空該數(shù)據(jù)包相對應(yīng)的索引信息并將包數(shù)量屬性減1，在一幀圖像數(shù)據(jù)全部被接收成功開始下一幀圖像的發(fā)送。

附圖說明

圖1是sdram存儲空間劃分

圖2是發(fā)送端模塊結(jié)構(gòu)

圖3是數(shù)據(jù)包收發(fā)流程

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本方案進行詳細說明。

本發(fā)明是一種基于udp協(xié)議的實時可靠圖像傳輸方法，由于udp協(xié)議下數(shù)據(jù)包在無線傳輸過程中丟包率較高會造成圖像無法正確顯示，因此本方案設(shè)計了全新的圖像數(shù)據(jù)打包與傳輸方式，使得丟包率減低至0％，實現(xiàn)了實時可靠的無線圖像傳輸系統(tǒng)。

本數(shù)據(jù)收發(fā)方案分為發(fā)送端與接收端。發(fā)送端工作于niosii嵌入式系統(tǒng)，從圖像處理系統(tǒng)獲取待傳輸?shù)倪B續(xù)的二進制圖像碼流，組織打包之后通過無線收發(fā)模塊以udp協(xié)議傳輸。接收端工作于python腳本，抓取網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包、組織文件并發(fā)送反饋信息。

方案對發(fā)送端的待傳輸圖像數(shù)據(jù)暫存與打包進行了全新設(shè)計。由于圖像處理系統(tǒng)與本傳輸系統(tǒng)多為異步系統(tǒng)(工作頻率不一致)，因此在兩系統(tǒng)之間加入異步fifo作為數(shù)據(jù)緩沖，在接收數(shù)據(jù)的同時打到控制數(shù)據(jù)吞吐率的效果，避免傳入nios系統(tǒng)中的圖像被之后的數(shù)據(jù)所覆蓋導(dǎo)致數(shù)據(jù)缺失。

文件碼流在增加相應(yīng)頭信息后以數(shù)據(jù)包方式存放于sdram中待用。sdram被劃分為兩部分：數(shù)據(jù)包索引區(qū)(packageindex區(qū))和數(shù)據(jù)包存放區(qū)(package區(qū))。數(shù)據(jù)包索引區(qū)存放一種包含數(shù)據(jù)包長度與數(shù)據(jù)包頭地址的索引數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；數(shù)據(jù)包存放區(qū)以分段的方式存放包數(shù)據(jù)，每段第一字節(jié)為包序號，分段長度為1401字節(jié)(網(wǎng)絡(luò)包存在1460字節(jié)的長度限制)。數(shù)據(jù)包的訪問共四種方式。

1)初始化：對數(shù)據(jù)包索引區(qū)域的包長度、數(shù)據(jù)包首地址和數(shù)據(jù)包存放區(qū)的包序號進行初始化，初始化后各包長度為0(即空包)。

2)數(shù)據(jù)寫入：寫入數(shù)據(jù)時從包存放區(qū)每一段的第二個字節(jié)開始寫入數(shù)據(jù)(第一字節(jié)已寫入包序號)，寫入完成后更新索引中的包長度值。

3)數(shù)據(jù)讀?。鹤x取數(shù)據(jù)包時，首先在包索引區(qū)檢查包長度是否為0，為0說明包已經(jīng)清空不需要讀??；否則，以索引區(qū)包首地址為起點讀取包長度字節(jié)的碼流。

4)數(shù)據(jù)清空：清空包索引區(qū)數(shù)據(jù)包長度屬性，不需要對數(shù)據(jù)包存放區(qū)進行操作。

這樣劃分存儲區(qū)域并進行相關(guān)操作的優(yōu)勢在于，待發(fā)送的圖像數(shù)據(jù)信息全部反應(yīng)在數(shù)據(jù)包索引區(qū)，通過對數(shù)據(jù)包索引區(qū)的讀取可以獲知包長度屬性、包地址屬性和包數(shù)量屬性。同時通過對數(shù)據(jù)包索引區(qū)的更新便可標記圖像數(shù)據(jù)包是否發(fā)送、清空等信息，而無需對包存儲區(qū)進行任何操作。

方案在收發(fā)方式上也進行了設(shè)計。由于無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下數(shù)據(jù)包丟失率很大，因此發(fā)送端對于一幀圖像的若干數(shù)據(jù)包進行循環(huán)發(fā)送，若接收到反饋信息顯示某一數(shù)據(jù)包已被接收，則清空該數(shù)據(jù)包相對應(yīng)的索引信息并將包數(shù)量屬性減1。在一幀圖像數(shù)據(jù)全部被接收成功開始下一幀圖像的發(fā)送。

基于以上發(fā)送端與接收端的操作，可靠圖像傳輸方案整體步驟如下：

1)系統(tǒng)初始化。無線收發(fā)模塊產(chǎn)生無線網(wǎng)絡(luò)連接發(fā)送端與接收端。發(fā)送端初始化緩存fifo與sdram，等待獲取圖像二進制碼流。接收端綁定ip、端口號、目的地址、目的端口，完成端口綁定和初始化，等待抓取網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包；

2)發(fā)送端獲取數(shù)據(jù)并打包。圖像數(shù)據(jù)經(jīng)fifo緩存后以索引區(qū)與存儲分區(qū)的方式打包存儲于sdram中，等待循環(huán)讀取發(fā)送，sdram存儲空間劃分如圖1所示；

3)發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)包。網(wǎng)絡(luò)連接后發(fā)送端將打包數(shù)據(jù)按照udp協(xié)議發(fā)送至無線網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送過程中只從sdram中讀取包長度不為零的數(shù)據(jù)包發(fā)送，忽略長度為零(即已被接收并清空)的數(shù)據(jù)包，發(fā)送的同時等待接收端信息反饋，發(fā)送端模塊結(jié)構(gòu)如圖2；

4)接收端接收數(shù)據(jù)包。接收端在計算機上生成并打開待寫入圖像文件，之后監(jiān)聽端口并等待數(shù)據(jù)包。接收到數(shù)據(jù)包后判定該包序號是否已在包序號列表中。若存在則認定為重復(fù)包并丟棄，若不重復(fù)則將包序號寫入序號列表，包數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)列表，并將序號列表與數(shù)據(jù)列表重排序；

5)接收端處理數(shù)據(jù)包。若接收端收到圖像分割包(即一幀圖像結(jié)束標志)后，則判定此時包序號總量與末序號是否一致。若一致，綜合以上兩點考慮可認定一幀圖像已接收完畢，將接收到的數(shù)據(jù)序列寫入文件中；若不一致則繼續(xù)抓取該幀圖像其他數(shù)據(jù)包；

6)接收端發(fā)送反饋信息。在接收端接收到網(wǎng)絡(luò)包后，提取包序號并發(fā)送該包序號的網(wǎng)絡(luò)包作為反饋信息給發(fā)送端，以便發(fā)送端判定該數(shù)據(jù)包是否發(fā)送成功；

7)發(fā)送端更新包索引區(qū)域。發(fā)送端收到接收到反饋包后，提取包序號并在索引區(qū)將該序號所對應(yīng)的包長渡屬性清零以標記該數(shù)據(jù)包已被接收成功，并將數(shù)據(jù)包總量減1；

8)判斷剩余包數(shù)量并循環(huán)發(fā)送。若剩余包數(shù)量為零表明一幀圖像已發(fā)送成功，回到步驟(2)開始下一幀圖像的發(fā)送；若不為零，則回到步驟(3)循環(huán)發(fā)送包長度未清零的數(shù)據(jù)包，直至包數(shù)量為零。數(shù)據(jù)包收發(fā)流程如圖3。