一種遙感數(shù)據(jù)有限帶寬下剖分分塊漸進(jìn)傳輸方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種遙感數(shù)據(jù)有限帶寬下剖分分塊漸進(jìn)傳輸方法，該方法將待傳影像按照全球網(wǎng)格剖分和編碼技術(shù)進(jìn)行剖分與編碼處理；在數(shù)據(jù)傳輸時，發(fā)送端根據(jù)所需像素分辨率對待發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行下采樣，以剖分面片為傳輸單位封裝影像基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包，確定待發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)域內(nèi)不同空間位置的剖分面片的優(yōu)先級，來決定各剖分面片的傳輸順序；所述優(yōu)先級的確定以剖分面片數(shù)據(jù)變化量和導(dǎo)航路徑預(yù)測信息為屬性，所述導(dǎo)航路徑預(yù)測信息表示剖分面片中的動目標(biāo)與導(dǎo)航預(yù)測路徑的偏移量，優(yōu)先級隨剖分面片數(shù)據(jù)變化量的減小和所述位置偏差的增大而遞減。
【專利說明】一種遙感數(shù)據(jù)有限帶寬下剖分分塊漸進(jìn)傳輸方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及遙感和GIS、通信【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種針對有限帶寬通信條件下的 遙感數(shù)據(jù)剖分分塊的漸進(jìn)式傳輸方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前，遙感與對地觀測技術(shù)的發(fā)展，特別是傳感器分辨率的提高與影像覆蓋區(qū)域 的增大，帶來了遙感影像數(shù)據(jù)量急劇膨脹的問題。這樣，在影像數(shù)據(jù)的傳輸服務(wù)中，無論通 過何種通信介質(zhì)和方式來傳輸數(shù)據(jù)，其通信帶寬總是有限的。因此，本專利提及的窄帶寬， 并不只是傳統(tǒng)意義的窄帶，而是相對于遙感數(shù)據(jù)大數(shù)據(jù)量而言的有限帶寬。假設(shè)在數(shù)據(jù)速 率為64kbps的網(wǎng)絡(luò)條件下傳輸lm分辨率的廈門機(jī)場的TIF格式遙感影像，在理想情況下 需要約1900s(約30min)，而在更窄帶寬、低數(shù)據(jù)速率、低信噪比、丟包率高的網(wǎng)絡(luò)條件下， 傳輸時間則會更加漫長。面對遙感影像的巨大數(shù)據(jù)量如何利用相對有限的帶寬來保障數(shù)據(jù) 的高效、同時適于數(shù)據(jù)服務(wù)的傳輸是不可避免需要關(guān)注的關(guān)鍵問題。特別地，有限帶寬下的 數(shù)據(jù)傳輸常應(yīng)用于導(dǎo)航定位終端設(shè)備中，那么如何融合導(dǎo)航信息與數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制來提高數(shù) 據(jù)服務(wù)效能也是一個值得考慮的問題。
[0003] 在現(xiàn)有遙感數(shù)據(jù)的傳輸研究中，對數(shù)據(jù)分包問題的處理和漸進(jìn)式傳輸策略一般可 以分為如下三種類型：
[0004] ①將數(shù)據(jù)分為數(shù)據(jù)包，設(shè)計包內(nèi)標(biāo)識與通信模型。
[0005] 分包是進(jìn)行窄帶網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下大文件傳輸?shù)淖罨九c最常用的方法。在有限的網(wǎng)絡(luò) 資源下直接進(jìn)行大文件的傳輸極易因為部分?jǐn)?shù)據(jù)的丟失、錯漏而造成整個文件傳輸失敗， 因此需要數(shù)據(jù)的拆分、以數(shù)據(jù)包為單位發(fā)送來提高效率。基本分包通信操作如下：
[0006] a)發(fā)送、接收雙方約定數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)，發(fā)送方將待發(fā)文件按照約定格式分成若干數(shù) 據(jù)包；
[0007] b)發(fā)送方在每個數(shù)據(jù)包加入包標(biāo)識，接收方監(jiān)聽數(shù)據(jù)流；
[0008] c)發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)包，接收方接收數(shù)據(jù)包，直到發(fā)送結(jié)束；
[0009] d)接收方按照約定格式拆分?jǐn)?shù)據(jù)包，解析數(shù)據(jù)內(nèi)容；
[0010] 簡單分包的方法盡管有利于提高大文件的傳輸成功率，應(yīng)用在遙感數(shù)據(jù)傳輸方面 卻存在著不足。一般來說分包策略都是從數(shù)據(jù)量出發(fā)而考慮的，一個包只是含有一段數(shù)據(jù) 的含義不明的數(shù)據(jù)片段，忽略了遙感數(shù)據(jù)本身所帶有的豐富地理屬性，不能靈活響應(yīng)與地 理信息相關(guān)的請求，一旦單包發(fā)生了傳輸錯誤，也不能直觀了解所丟失信息的內(nèi)容。
[0011] ②將傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行漸進(jìn)式圖像編碼，并進(jìn)行傳輸。
[0012] 一些圖像編碼方式（如JPEG2000)采用特別的小波變換方式使得圖像具有質(zhì)量漸 進(jìn)、分辨率漸進(jìn)、空間位置漸進(jìn)和彩色分量漸進(jìn)的四維漸進(jìn)特點，可以在頻率域上實現(xiàn)先傳 輸?shù)头直媛瘦喞?、再傳輸高分辨率?xì)節(jié)的漸進(jìn)方式，適合一些較差通信環(huán)境中的傳輸。
[0013] 不過由于很多現(xiàn)有大多數(shù)遙感數(shù)據(jù)的格式并不具有支持漸進(jìn)式傳輸?shù)奶攸c，此類 漸傳輸技術(shù)并不能在遙感數(shù)據(jù)的傳輸應(yīng)用中完全推廣。另外，由于遙感數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求往 往是面向空間的，因此同一幅遙感圖像的不同位置往往對于用戶而言權(quán)重不同。
[0014] ③為影像數(shù)據(jù)建立多分辨率模型，按照用戶需求區(qū)域變化傳輸數(shù)據(jù)。
[0015] 在一些WebGIS應(yīng)用（例如Google Maps)中，高分辨率或大比例尺影像按照縮放 級別預(yù)先存儲在多分辨率影像"金字塔"中，根據(jù)客戶端視圖請求的變化來調(diào)用不同級別的 數(shù)據(jù)。
[0016] 多分辨率影像金字塔會使數(shù)據(jù)量增加到原始數(shù)據(jù)的1. 5倍左右而占用大量存儲 空間，并且需要額外設(shè)計客戶端緩存、服務(wù)器負(fù)載均衡等存儲與調(diào)度策略，因此遙感數(shù)據(jù) 金字塔模型多用于大規(guī)模數(shù)據(jù)的訪問與可視化，而在有限網(wǎng)絡(luò)資源下的遙感數(shù)據(jù)漸進(jìn)傳輸 中，不僅十分耗費內(nèi)存，且很難發(fā)揮出應(yīng)有的快速訪問效能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 有鑒于此，本發(fā)明提供了一種適用于有限帶寬通信條件下遙感數(shù)據(jù)剖分分塊漸進(jìn) 傳輸方法，目的是為了實現(xiàn)一般數(shù)據(jù)量較大的遙感數(shù)據(jù)在相對窄帶寬的通信條件下的傳 輸。該方法根據(jù)接收端數(shù)據(jù)請求的地理屬性，按照相關(guān)度，漸進(jìn)地傳輸目標(biāo)區(qū)域的感興趣數(shù) 據(jù)，通過面片優(yōu)選級的確定，使得需要優(yōu)先傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可以最先得到更新。
[0018] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0019] 步驟1、將待傳影像按照全球剖分網(wǎng)格和編碼方法進(jìn)行剖分與編碼處理；
[0020] 步驟2、在數(shù)據(jù)傳輸時，發(fā)送端根據(jù)所需像素分辨率對待發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行下采樣，以 剖分面片為傳輸單位封裝影像基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包，確定不同空間位置的剖分面片的優(yōu)先級，來決 定各剖分面片的傳輸順序；
[0021] 其中，所述優(yōu)先級的確定以剖分面片數(shù)據(jù)變化量ChangePercent和導(dǎo)航路徑預(yù)測 信息為屬性，所述導(dǎo)航路徑預(yù)測信息表示剖分面片中的動目標(biāo)與導(dǎo)航預(yù)測路徑的位置偏差 NaviDist，優(yōu)先級隨剖分面片數(shù)據(jù)變化量ChangePercent的減小和所述位置偏差NaviDist 的增大而遞減。
[0022] 優(yōu)選地，步驟2的傳輸過程還包括重傳機(jī)制，即當(dāng)接收端檢測到數(shù)據(jù)丟失、錯誤， 則向發(fā)送端發(fā)送重發(fā)申請，接收端根據(jù)重發(fā)申請進(jìn)行影像基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包的重發(fā)操作。
[0023] 下面針對步驟2進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0024] 步驟201、當(dāng)有數(shù)據(jù)需求時，請求端向發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)請求；所述數(shù)據(jù)請求包括所 申請的矩形區(qū)域的定位角點的全球剖分網(wǎng)格編碼Q、矩形區(qū)域的經(jīng)向地理跨度XSpan、矩形 區(qū)域的緯向地理跨度YSpan、請求的像素分辨率Re S〇elient和最低傳輸速率vcell。
[0025] 在一優(yōu)選實施例中，請求端同時還向發(fā)送端發(fā)送優(yōu)先級設(shè)定信息，用于輔助發(fā)送 端確定傳輸面片的順序，其中，優(yōu)先級設(shè)定信息包括表達(dá)剖分面片數(shù)據(jù)變化量對優(yōu)先級影 響程度的權(quán)重A aange，以及表達(dá)導(dǎo)航路徑預(yù)測信息對優(yōu)先級影響程度的權(quán)重ANavigatim ;兩 個權(quán)重分別控制兩個屬性對于最終優(yōu)先級的影響程度，影響程度越高，權(quán)重值越接近1。
[0026] 則請求端所發(fā)送的消息數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)如下：
[0027]

【權(quán)利要求】
1. 一種遙感數(shù)據(jù)剖分分塊漸進(jìn)傳輸方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟1、將待傳影像按照全球網(wǎng)格剖分和編碼技術(shù)進(jìn)行剖分與編碼處理； 步驟2、在數(shù)據(jù)傳輸時，發(fā)送端根據(jù)所需像素分辨率對待發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行下采樣，以剖分 面片為傳輸單位封裝影像基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包，確定待發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)域內(nèi)不同空間位置的剖分面片的 優(yōu)先級，來決定各剖分面片的傳輸順序； 所述優(yōu)先級的確定以剖分面片數(shù)據(jù)變化量ChangePercent和導(dǎo)航路徑預(yù)測信息為屬 性，所述導(dǎo)航路徑預(yù)測信息表示剖分面片中的動目標(biāo)與導(dǎo)航預(yù)測路徑的偏移量NaviDist， 優(yōu)先級隨剖分面片數(shù)據(jù)變化量ChangePercent的減小和所述位置偏差NaviDist的增大而 遞減。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2具體包括： 步驟201、請求端向發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)請求；其中數(shù)據(jù)請求包括所申請的矩形區(qū)域的定 位角點的全球剖分網(wǎng)格編碼Q、矩形區(qū)域的經(jīng)向地理跨度XSpan、矩形區(qū)域的緯向地理跨度 YSpan、請求的像素分辨率Resoelient和最低傳輸速率vcell ; 步驟202、發(fā)送端接收并解析所接收信息； 步驟203、一個剖分面片由單個數(shù)據(jù)包來傳輸，發(fā)送端估算單個數(shù)據(jù)包內(nèi)容納面片尺度 Scalesubdv與相應(yīng)剖分層級Levsubdv ;Scalesubdv由網(wǎng)絡(luò)帶寬R、最低傳輸速率vcell、待傳輸影像 數(shù)據(jù)的像素位深度D印th、像素分辨率Re S〇elient來確定； 步驟204、根據(jù)剖分層級Levsubdv確定包含所述矩形區(qū)域的最小的面片集合； 步驟205、結(jié)合歷史數(shù)據(jù)，確定所述面片集合中每個剖分面片的像素變化比例，即所述 剖分面片數(shù)據(jù)變化量ChangePercent,并以ChangePercent降序排列所述面片集合中的剖 分面片，位置靠前則優(yōu)先級越高； 步驟206、確定所述面片集合中的動目標(biāo)，利用歷史數(shù)據(jù)估計動目標(biāo)的導(dǎo)航預(yù)測路徑， 計算當(dāng)前時刻動目標(biāo)偏離所述導(dǎo)航預(yù)測路徑的偏移量NaviDist，即所述導(dǎo)航路徑預(yù)測信 息，并以NaviDist升序排列所述面片集合中的剖分面片，位置靠前則優(yōu)先級越高；步驟205 和步驟206的順序不分先后； 步驟207、融合步驟205和206的剖分面片排序結(jié)果，重新排列所述面片集合中剖分面 片； 步驟208、采用所需的像素分辨率對所述面片集合中的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行下采樣； 步驟209、發(fā)送端以剖分面片為單位封裝影像基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包，根據(jù)步驟207確定的排序以 升序順序進(jìn)行發(fā)送。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述請求端進(jìn)一步指定優(yōu)先級設(shè)定信 息，包括：表達(dá)剖分面片數(shù)據(jù)變化量ChangePercent對優(yōu)先級影響程度的權(quán)重λ aange，以及 表達(dá)位置偏差NaviDist對優(yōu)先級影響程度的權(quán)重λ Navigatim ;影響程度越高，權(quán)重值越接近 1 ; 在步驟207的融合過程中，利用兩個權(quán)重分別獨立控制兩個屬性對于最終優(yōu)先級的影 響程度。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于， 定義降序重排函數(shù)DownSort (attr)為將剖分面片序列按照屬性值attr降序重新排列 得到的新整數(shù)序號； 定義升序重排函數(shù)UpSort (attr)為將剖分面片序列按照屬性值attr升序重新排列得 到的新整數(shù)序號； 定義最終優(yōu)先級prior (i)為原序號為i的剖分面片經(jīng)過優(yōu)先級排序后得到的更新序 號； 所述融合過程具體為： 對剖分面片的原序號i按照屬性值ChangePercent降序重新排列，結(jié)合λ ehange;獲得新 序號h，即：
再對新序號^進(jìn)行升序重新排列，得到排序結(jié)果ChangeOrdedi]，即： ChangeOrder[i] = UpSort(i^ 對剖分面片的原序號i按照屬性值NaviDist升序重新排列，結(jié)合λ Navigatim獲得新序 號"，即：
再對新序號"進(jìn)行降序重新排列，得到排序結(jié)果NavigationOrder[i],即： NavigationOrder[i] = UpSort(i2) 融合兩個排序結(jié)果，即 prior(i) = UpSort(ChangeOrder[i]+NavigationOrder[i])〇
5. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟203中，所述估算單個數(shù)據(jù)包內(nèi)容納面 片尺度Scalesubdv具體為： 確定步驟1進(jìn)行全球剖分和編碼時的最小面片尺度為Scaleug^ubh ; 采用
計算網(wǎng)絡(luò)單包允許傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)尺度，然后找到與最大數(shù) 據(jù)尺度最接近且小于或等于該最大數(shù)據(jù)尺度的剖分面片尺度，即為網(wǎng)絡(luò)單包允許傳輸?shù)淖?大剖分面片尺度Scale network ? 貝lj，Scalesubdv = max(ScaleLogicsubdv，Scalenetwork) ;max〇 表示取最大； 那么步驟208進(jìn)行下采樣所使用的像素分辨率為：
6. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟205中，面片集合中的動目標(biāo)的確定方 式為：將像素變化比例高于設(shè)定閾值的剖分面片作為值得關(guān)注的動目標(biāo)。
7. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在數(shù)據(jù)傳輸時，根據(jù)剖分面片數(shù)據(jù)變化 量的屬性，僅傳輸待發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)域內(nèi)有變化的剖分片面。
8. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括，在傳輸過程中，當(dāng)接收端檢 測到數(shù)據(jù)丟失、錯誤，則向發(fā)送端發(fā)送重發(fā)申請，接收端根據(jù)重發(fā)申請進(jìn)行影像基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包 的重發(fā)操作。
9. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述全球網(wǎng)格剖分和編碼技術(shù)采用 GeoSOT全球網(wǎng)格剖分和編碼方案。
【文檔編號】H04N21/647GK104159129SQ201410387606
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月8日
【發(fā)明者】程承旗, 濮國梁, 吳尚竹 申請人:北京大學(xué)