專利名稱：船用氣象傳真圖像接收和處理裝置及接收和處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像接收設(shè)備，特別是一種適合在海洋船舶上使用的無線氣象傳
真圖像接收和處理設(shè)備。
背景技術(shù)：
船舶在海上航行，獲取氣象信息十分不便，因此惡劣的天氣和海況經(jīng)常對船舶安全航行構(gòu)成嚴(yán)重威脅，是引發(fā)海上事故的主要根源。長期以來，為保障船舶出海安全，許多國家均采取免費無線傳真的方式廣播天氣預(yù)報。通過在陸地上建立發(fā)射臺站，將文字、圖片等通過掃描和光電變換后，利用無線信道發(fā)送出去，以使船員能及時獲得氣象預(yù)報信息。世界氣象組織(麗0， World MeteorologicalOrganization)將全球發(fā)射臺站組成的服務(wù)網(wǎng)分成6個區(qū)域，保證航行在全球任何海域的船舶都可以接收到可靠的氣象資料。目前，全球已有數(shù)百個臺站分布于幾十個國家，他們被分配在2-24MHz頻段。每個臺站擁有唯一的臺站編號，發(fā)射頻點也不相同。根據(jù)規(guī)定，傳真圖像信號采用FSK調(diào)制，中心頻率1900Hz，頻偏400Hz，再以臺站頻點為載頻，經(jīng)過單邊帶調(diào)幅后發(fā)射。 和電話、有線傳真等通信方式相比，無線氣象傳真具備遠(yuǎn)距離無線傳輸?shù)膬?yōu)點，特別適合與海上船舶通信。要在船舶上接收陸地臺站發(fā)送的氣象傳真信號，還需要一種能夠接收和解調(diào)這些無線氣象傳真信號的設(shè)備。麗0要求并鼓勵各國在船舶上安裝氣象傳真接收設(shè)備，經(jīng)過近二十年實踐，氣象傳真接收機(jī)已成為各型船舶的標(biāo)準(zhǔn)配置，在船舶安全保障中發(fā)揮著重要作用。但我國在氣象傳真接收設(shè)備方面的研究起步較晚，國內(nèi)多數(shù)船舶均使用進(jìn)口產(chǎn)品。 氣象傳真圖像包含豐富的氣象、水文信息，如天氣、水溫、海浪、海流等，這些信息對船舶信息系統(tǒng)來說是寶貴的信息源。近幾年，國內(nèi)對氣象傳真接收設(shè)備的研究、傳真圖像數(shù)字化識別的研究都有所好轉(zhuǎn)。已有的相關(guān)報道多立足于對前端接收和解調(diào)電路的研究和改進(jìn)，或?qū)髡鎴D像的數(shù)字化識別。 國外生產(chǎn)船用氣象傳真接收設(shè)備的公司主要有日本古野電氣株式會社(FURUN0)、日本無線株式會社。通過美國和歐洲專利局網(wǎng)站檢索，關(guān)鍵詞"FURUNO、FAX"，共有檢索結(jié)果7項，如"Navtex Receiver，，(航行告警接收機(jī))、"Receiver"(接收機(jī))，"Fish Finder，，(魚群探測系統(tǒng))等，未見氣象傳真接收設(shè)備方面的專利。 目前常見的氣象傳真接收產(chǎn)品有FAX-207、JAX-9A、FAX-408、H/HQC001 (國產(chǎn))等。這些產(chǎn)品經(jīng)過數(shù)十年的技術(shù)積累，一般都具備較好的圖像接收功能，解決了無線氣象傳真接收的通信問題，能夠?qū)⒔邮盏降膫髡鎴D像以紙張的形式打印下來。這些特點滿足了氣象傳真接收設(shè)備的基本使用要求，但與當(dāng)前迅猛發(fā)展的嵌入式技術(shù)相比，其功能、使用過程和設(shè)計思路已經(jīng)顯示出諸多局限性，這主要體現(xiàn)在 1.體積龐大，使用和安裝地點受限。當(dāng)前的氣象傳真接收設(shè)備包括接收、控制、打印和電源部分，熱敏打印頭體積很大，同時也增加了電源功率，整個設(shè)備集成度變低，便攜能力變差。
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2.現(xiàn)有氣象傳真接收設(shè)備均采取紙張打印方式，手動控制是否打印。如果長時間出海，在使用時需要準(zhǔn)備好足夠紙張，還要妥善保存。圖像不好時極易造成紙張浪費，圖紙保存、備份和查找都很麻煩。 3.操作機(jī)械，操作過程復(fù)雜。由于人機(jī)交互采用小型字符液晶和專用鍵盤，操作時需嚴(yán)格按照說明書的規(guī)定。 4.功能單一，不能與其他系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。氣象傳真圖像包含豐富的信息源，按造目前的紙張打印方式，氣象傳真圖像需要專業(yè)人員才能分析，而且紙質(zhì)圖像不能滿足電子數(shù)據(jù)共享的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠彌補當(dāng)前船用氣象傳真接收設(shè)備在操作過程、圖
像存儲方式、圖像數(shù)據(jù)共享和設(shè)備便攜性等方面的缺陷的船用氣象傳真圖像接收和處理裝置。本發(fā)明的目的還在于提供一種船用氣象傳真圖像接收和處理方法。 本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的 前端控制及數(shù)據(jù)采集處理器與圖像接收前端雙向連接，前端控制及數(shù)據(jù)采集處理器與低相噪本振單向連接，嵌入式web服務(wù)器與圖像存儲單元、以太網(wǎng)、FLASH和SDRAM雙向連接，嵌入式web服務(wù)器與前端控制及數(shù)據(jù)采集處理器通過雙口 RAM、外部中斷雙向連接，RJ45網(wǎng)絡(luò)接口與以太網(wǎng)為雙向連接。 所述的前端控制及數(shù)據(jù)采集處理器與圖像接收前端雙向連接，是指圖像接收前端在前端控制及數(shù)據(jù)采集處理器的控制下實現(xiàn)頻段選擇，圖像接收前端接收、解調(diào)后的圖像數(shù)據(jù)則由前端控制及數(shù)據(jù)采集處理器實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。 所述的前端控制及數(shù)據(jù)采集處理器與低相噪本振單向連接，是指前端控制及數(shù)據(jù)
采集處理器在獲取指定的臺站信息后，控制本振單元工作，實現(xiàn)接收臺站的選擇。 所述的嵌入式web服務(wù)器與圖像存儲單元雙向連接，是指圖像存儲卡即CF卡在
服務(wù)器的控制下，以文件形式實現(xiàn)對氣象傳真圖像的讀取和存儲，CF卡工作于TRUE IDE模
式，服務(wù)器通過外部存儲器接口對CF卡寄存器進(jìn)行尋址，進(jìn)而訪問內(nèi)部數(shù)據(jù)塊。 所述的嵌入式web服務(wù)器與以太網(wǎng)單元雙向連接，是指以太網(wǎng)單元以硬件形式實
現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信中的TCP/IP協(xié)議棧、MAC層及PHY層協(xié)議，嵌入式web服務(wù)器通過外部存儲器
接口對其寄存器、數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖區(qū)和接收緩沖區(qū)進(jìn)行讀寫訪問。 所述的閃存(FLASH)和同步動態(tài)存儲器(SDRAM)與嵌入式web服務(wù)器雙向連接，是指FLASH和SDRAM為服務(wù)器提供足夠的程序存儲空間和中間數(shù)據(jù)存儲空間，實現(xiàn)服務(wù)器的工作條件。 所述的嵌入式web服務(wù)器與前端控制及數(shù)據(jù)采集處理器通過雙口 RAM、外部中斷雙向連接，是指前端控制及數(shù)據(jù)采集處理器將采集到的傳真圖像數(shù)據(jù)通過雙口 RAM發(fā)送給服務(wù)器，同時，服務(wù)器也將用戶控制命令通過雙口 RAM傳遞給前端處理器，在數(shù)據(jù)傳送之前，先給數(shù)據(jù)接收方發(fā)送硬件中斷。 所述的RJ45網(wǎng)絡(luò)接口與硬件以太網(wǎng)雙向連接，是指對用戶提供網(wǎng)絡(luò)接口，用戶在使用時，以直連或交叉網(wǎng)線與RJ45接口相連。 船用氣象傳真圖像接收和處理方法包括web服務(wù)器軟件與前端控制及數(shù)據(jù)采集處理器兩部分。其中，web服務(wù)器主要實現(xiàn)對用戶操作的解析和執(zhí)行、傳真圖像文件的保存和讀取。前端控制及數(shù)據(jù)采集處理器則實現(xiàn)對圖像接收前端的控制，對圖像信號采集。具體包括如下過程 菜單功能實現(xiàn)的過程為當(dāng)用戶選定某項菜單后，瀏覽器會向服務(wù)器發(fā)請求信息，請求消息的格式遵循HTTP協(xié)議，在傳輸層采用TCP/IP協(xié)議，即用戶的請求消息同時包含TCP/IP報文和HTTP報文，按照這兩種協(xié)議對報文作對應(yīng)解析，能得到請求消息主體；對TCP/IP報文的解析在以太網(wǎng)電路的硬件TCP/IP核中完成，對HTTP協(xié)議的解析由服務(wù)器以軟件形式完成；將請求信息解析后，服務(wù)器向用戶發(fā)送相應(yīng)的應(yīng)答消息或者完成相應(yīng)的控制操作；在發(fā)送應(yīng)答消息時，應(yīng)答消息主體之前添加HTTP報文和TCP/IP報文后再向瀏覽器發(fā)送，前者由服務(wù)器添加，后者由以太網(wǎng)電路的硬件TCP/IP核添加； TCP/IP報文解析和添加實現(xiàn)的具體過程為web服務(wù)器初始化時，控制以太網(wǎng)芯片建立并打開套接字，設(shè)置套接字的網(wǎng)絡(luò)交互模式為TCP/IP且處于監(jiān)聽狀態(tài)，等待用戶的連接請求；初始化完成后，設(shè)備進(jìn)入監(jiān)聽狀態(tài)，以太網(wǎng)芯片允許最多創(chuàng)建8個套接字，即可最多同時連接8個客戶端；用戶在web瀏覽器中輸入服務(wù)器IP地址，向服務(wù)器發(fā)送連接請求；以太網(wǎng)芯片片上集成硬件TCP/IP核，對于連接請求，以太網(wǎng)芯片自行解析并隨即建立與用戶網(wǎng)絡(luò)端口相對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)連接；此后用戶和服務(wù)器的交互，即HTTP請求和應(yīng)答消息都基于這個連接進(jìn)行；當(dāng)為請求消息時，以太網(wǎng)芯片的TCP/IP核自動完成TCP/IP報文的解析；解析完成后，將帶有HTTP報文的請求消息存放于接收緩沖區(qū)，并通知服務(wù)器讀??；當(dāng)服務(wù)器解析完HTTP報文并向客戶端發(fā)送應(yīng)答消息時，服務(wù)器先將帶有HTTP報文的應(yīng)答消息存放于以太網(wǎng)芯片發(fā)送緩沖區(qū)；確定要發(fā)送后，以太網(wǎng)芯片的TCP/IP核自動完成TCP/IP報文的添加并發(fā)送出去；用戶關(guān)閉網(wǎng)頁時，web瀏覽器向服務(wù)器發(fā)送斷開連接請求，以太網(wǎng)芯片接收請求后釋放套接字，斷開與用戶的網(wǎng)絡(luò)連接，等待下一次的連接請求；
Web服務(wù)器對請求消息的解析過程為服務(wù)器先從以太網(wǎng)芯片接收緩沖區(qū)中讀出HTTP請求消息數(shù)據(jù)報文，然后基于HTTP請求消息的格式，通過定位各參數(shù)的位置來解析請求消息的具體含義；請求消息格式由一個起始行、一個或多個標(biāo)題域、一個空行和一個可選的消息主體組成；解析HTTP報文，定位請求方法和請求文件路徑兩項內(nèi)容；請求方法為如下兩類之一 一種是GET方法，服務(wù)器接下來解析HTTP報文的URL是否存在，存在則讀取請求消息中的文件，先在存儲卡根目錄中搜索文件存放的位置，即起始簇號，再從該起始簇號讀出文件數(shù)據(jù)，直至該文件的最后一簇，完成后作為應(yīng)答消息發(fā)送；另一種是POST方法，解析報文的表單控制命令，判斷控制命令是否有效，有效則將控制命令通過雙口 RAM發(fā)送給前端處理器； 前端控制及數(shù)據(jù)采集處理器對控制命令的處理過程為圖像接收前端實現(xiàn)對某一特定臺站所發(fā)無線氣象傳真信號的接收和解調(diào)，采用二級超外差接收機(jī)結(jié)構(gòu)；對圖像接收前端的控制主要包括頻段控制、臺站選擇；假設(shè)前端控制及數(shù)據(jù)采集處理器某一時刻在雙口 RAM中相應(yīng)標(biāo)志位中得知用戶送來"開始接收"命令，由于氣象傳真工作在2-24MHz頻段，并分為6個子頻段，每個子頻段設(shè)置有一個帶通濾波器，因此前端控制及數(shù)據(jù)采集處理器除了要控制臺站選擇外，還控制頻段選擇；將當(dāng)前臺站所在頻段的濾波器打開，而其他頻段的濾波器關(guān)閉，頻段選擇通過二極管的開關(guān)特性來實現(xiàn)；而臺站選擇則通過本振電路實現(xiàn)，本振電路輸出一個當(dāng)前臺站頻率與固定中頻相加的和頻信號來實現(xiàn)臺站選擇，其核心部分
6是數(shù)字頻率合成器電路；前端控制及數(shù)據(jù)采集處理器發(fā)送不同的控制字改變本振電路輸出頻率，進(jìn)而實現(xiàn)臺站選擇；接收開始后，前端控制及數(shù)據(jù)采集處理器對圖像前端接收的圖像信號進(jìn)行采樣，將采樣結(jié)果存放在雙口 RAM中，當(dāng)數(shù)據(jù)量滿一包時，前端控制及數(shù)據(jù)采集處理器就給服務(wù)器發(fā)中斷，通知其讀取。 服務(wù)器收到前端處理器的讀取數(shù)據(jù)指令后，處理過程為先將數(shù)據(jù)讀出，并在圖像文件目錄下創(chuàng)建新的圖像文件保存這些數(shù)據(jù)，保存格式為JPEG ;首先在FAT表中查找當(dāng)前可用的空簇，分配給該圖像文件使用；然后創(chuàng)建該文件的目錄項，為保證圖像文件名字不重復(fù)且方便理解，圖像文件名均以"年_分_時_序號"格式進(jìn)行創(chuàng)建。 氣象傳真圖像包含了天氣、水溫、海浪、海流等，這些數(shù)據(jù)對船舶信息處理系統(tǒng)是寶貴的信息源。傳統(tǒng)接收設(shè)備一直采用紙質(zhì)打印方式，不能實現(xiàn)與這些處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享。本發(fā)明將圖像文件均保存為JPEG格式，便于圖像的數(shù)字化識別、去噪、背景迭加、矢量化處理，這正好吻合當(dāng)前船舶信息處理系統(tǒng)采用的處理方法。本設(shè)備中的圖像文件與其他系統(tǒng)共享有三種方法當(dāng)用戶打開網(wǎng)頁界面后，可以查看圖像目錄下的所有圖像文件，在網(wǎng)頁工作界面中打開后，只要用鼠標(biāo)右鍵點擊"另存為"即可保存到該用戶的PC上。第二種方式為利用本發(fā)明提供"圖像文件導(dǎo)出"菜單。由于存儲卡采用FAT文件系統(tǒng)格式，因此用戶也可以將存儲卡拔出，通過讀卡器連接在用戶電腦上直接查看和拷貝，但不允許破壞其他目錄下的文件。 以上說明從工作原理角度，解釋了本發(fā)明所述之新型船用氣象傳真圖像接收和處理設(shè)備，在圖像保存、圖像接收前端控制、文件資源訪問和共享等方面，較傳統(tǒng)設(shè)備的改進(jìn)之處。發(fā)明的優(yōu)點在于 1.本發(fā)明充分利用傳統(tǒng)氣象傳真接收設(shè)備中接收前端的成熟技術(shù)，同時，用JPEG
圖像文件存儲代替?zhèn)鹘y(tǒng)的熱敏打印，方便了圖像文件保存、查找、備份，避免了熱敏打印造
成的紙張浪費和保存困難。長時間出海時不再需要準(zhǔn)備大量打印用紙。 2.引入了網(wǎng)絡(luò)通信，用web服務(wù)器/瀏覽器方式實現(xiàn)人機(jī)交互，用鍵盤、電腦顯示
器代替了傳統(tǒng)氣象傳真接收設(shè)備中的觸摸鍵盤、小字符液晶，操作更靈活方便。 3.采用web服務(wù)器/瀏覽器方式，用戶不需要專門的客戶端軟件，在IE瀏覽器中
輸入服務(wù)器IP地址，可實現(xiàn)對設(shè)備的控制和文件資源防問。 4.不同用戶在各自電腦上控制本設(shè)備接收傳真圖像，圖像數(shù)據(jù)保均存于服務(wù)器存儲卡，而不是該用戶電腦，避免了其他用戶想查看圖像數(shù)據(jù)時還要相互拷貝，方便了使用。
5.看圖和分析圖像無紙化，可對圖像文件隨意縮放，提高了分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，減小了錯誤分析的可能。 6.傳統(tǒng)以太網(wǎng)解決方案，往往以主控CPU連接物理層接口芯片，而在主控器內(nèi)實現(xiàn)TCP/IP傳輸層、web層和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。這種方法要編寫大量的程序并進(jìn)行調(diào)試，對軟件開發(fā)的穩(wěn)定性提出了很高的要求，而且需要專業(yè)人員進(jìn)行維護(hù)。本發(fā)明采用硬件TCP/IP核，避免了該部分的軟件按設(shè)計，更節(jié)省了服務(wù)器的資源，是本發(fā)明在網(wǎng)絡(luò)通信部分的最大特點。 7.看圖和分析圖像無紙化，因此節(jié)省了打印設(shè)備的體積和功耗，設(shè)備體積極大減
小，集成度提高，對于海上船舶長期惡劣的工作環(huán)境，無疑提高了穩(wěn)定性。 8.本發(fā)明所述的嵌入式web服務(wù)器是一個核心，其主要功能是實現(xiàn)對web命令的
7應(yīng)答、處理以及圖像文件的保存，由于使用了高性能處理器，且前端處理器并行處理，使設(shè)備應(yīng)答和處理速度更快，提高了競爭能力。嵌入式處理器功耗低，體積小，迎合了對氣象傳真接收設(shè)備的最新要求。 9.根據(jù)市場調(diào)查和目前用戶反饋情況來看，國內(nèi)大多數(shù)氣象傳真接收設(shè)備還是上世紀(jì)八九十年代的產(chǎn)品，仍未見有一款同類設(shè)備能夠全部提供本發(fā)明所述之"圖像以JPEG文件保存"、"雙處理器并行處理"、"網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議全部以硬件形式實現(xiàn)"、"web服務(wù)器/瀏覽器人機(jī)交互"功能。


圖1是本發(fā)明的船用氣象傳真圖像接收和處理裝置的電路連接框 圖2是TCP/IP通信實現(xiàn)的具體過程框 圖3是HTTP報文解析的具體過程框 圖4是HTTP請求消息的報文格式；
圖5是HTTP應(yīng)答消息的報文格式。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述 本發(fā)明所述的新型船用氣象傳真圖像接收和處理設(shè)備，主要是在現(xiàn)有氣象傳真接收前端的基礎(chǔ)上，加入高性能數(shù)字信號處理器(DSP)作為嵌入式web服務(wù)器。加入高速、大容量存儲卡用作圖像存儲。在網(wǎng)絡(luò)通信部分采用硬件TCP/IP核，避免了 TCP/IP通信的軟件設(shè)計。為用戶提供RJ45接口，通過組建局域網(wǎng)，實現(xiàn)用戶對服務(wù)器的訪問和操作。
硬件各模塊電路連接框圖如圖1所示。 前端控制/數(shù)據(jù)采集處理器(下稱前端處理器)與圖像接收前端為雙向連接，與低相噪本振為單向連接。嵌入式web服務(wù)器與圖像存儲單元、以太網(wǎng)、FLASH和SDRAM等均為雙向連接。嵌入式web服務(wù)器與前端控制/數(shù)據(jù)采集處理器通過雙口 RAM、外部中斷雙向連接。RJ45網(wǎng)絡(luò)接口與以太網(wǎng)為雙向連接。 所述的前端處理器與圖像接收前端為雙向連接，即圖像接收前端在前端處理器的控制下實現(xiàn)頻段選擇，圖像接收前端接收、解調(diào)后的圖像數(shù)據(jù)則由處理器實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)。 所述的前端處理器與低相噪本振為單向連接，即處理器在獲取指定的臺站信息后，控制本振單元工作，實現(xiàn)接收臺站的選擇。 所述的嵌入式web服務(wù)器與圖像存儲單元為雙向連接，即圖像存儲卡(具體為CF卡)在服務(wù)器的控制下，以文件形式實現(xiàn)對氣象傳真圖像的讀取和存儲。為保證有足夠的空間存儲這些圖像，CF卡工作于TRUE IDE模式，這種模式下硬件設(shè)計簡單，占用服務(wù)器總線資源較少，可簡化硬件設(shè)計。服務(wù)器通過外部存儲器接口對CF卡寄存器進(jìn)行尋址，進(jìn)而訪問內(nèi)部數(shù)據(jù)塊。 所述的嵌入式web服務(wù)器與以太網(wǎng)單元為雙向連接，是指以太網(wǎng)單元以硬件形式實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信中的TCP/IP協(xié)議棧、MAC層及PHY層協(xié)議，嵌入式web服務(wù)器只需通過外部存儲器接口對其寄存器、數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖區(qū)和接收緩沖區(qū)進(jìn)行讀寫訪問。
所述的閃存(FLASH)和同步動態(tài)存儲器(SDRAM)與嵌入式web服務(wù)器為雙向連接，即FLASH和SDRAM為服務(wù)器提供足夠的程序存儲空間和中間數(shù)據(jù)存儲空間，實現(xiàn)服務(wù)器的工作條件。 所述的嵌入式web服務(wù)器與前端控制/數(shù)據(jù)采集處理器通過雙口 RAM、外部中斷雙向連接，即前端處理器將采集到的傳真圖像數(shù)據(jù)通過雙口 RAM發(fā)送給服務(wù)器，同時，服務(wù)器也將用戶控制命令通過雙口 RAM傳遞給前端處理器。在數(shù)據(jù)傳送之前，先給數(shù)據(jù)接收方發(fā)送硬件中斷。 所述的RJ45網(wǎng)絡(luò)接口與硬件以太網(wǎng)為雙向連接，即設(shè)備對用戶提供網(wǎng)絡(luò)接口，用戶在使用時，以直連或交叉網(wǎng)線與RJ45接口相連，是實現(xiàn)與web服務(wù)器通信的必要條件。
軟件方面，本發(fā)明分成web服務(wù)器軟件、前端處理器軟件兩部分。其中，web服務(wù)器主要實現(xiàn)對用戶操作的解析和執(zhí)行、傳真圖像文件的保存和讀取。前端處理器軟件則實現(xiàn)對圖像接收前端的控制，對圖像信號采集。
軟件實現(xiàn)過程如下 氣象傳真圖像接收和處理設(shè)備工作之前，應(yīng)先連接好網(wǎng)絡(luò)，如果要接收傳真圖像，還應(yīng)連接外部天線。本發(fā)明采用web服務(wù)器/瀏覽器模式，用戶對設(shè)備的操作和訪問均通過恥b瀏覽器中的網(wǎng)頁界面實現(xiàn)。本發(fā)明將網(wǎng)頁界面中供用戶操作的菜單，按功能分為接收控制命令、圖像文件操作命令兩類。 菜單功能實現(xiàn)的過程為當(dāng)用戶選定某項菜單后，瀏覽器會向服務(wù)器發(fā)請求信息。請求消息的格式遵循HTTP協(xié)議，在傳輸層采用TCP/IP協(xié)議，即用戶的請求消息同時包含TCP/IP報文和HTTP報文，按照這兩種協(xié)議對報文作對應(yīng)解析，能得到請求消息主體。對TCP/IP報文的解析在以太網(wǎng)電路的硬件TCP/IP核中完成，對HTTP協(xié)議的解析由服務(wù)器以軟件形式完成。將請求信息解析后，服務(wù)器向用戶發(fā)送相應(yīng)的應(yīng)答消息或者完成相應(yīng)的控制操作。在發(fā)送應(yīng)答消息時，應(yīng)答消息主體之前也必須添加HTTP報文和TCP/IP報文后再向瀏覽器發(fā)送。前者由服務(wù)器添加，后者由以太網(wǎng)電路的硬件TCP/IP核添加。
TCP/IP報文解析和添加實現(xiàn)的具體過程為web服務(wù)器初始化時，控制以太網(wǎng)芯片建立并打開套接字，設(shè)置套接字的網(wǎng)絡(luò)交互模式為TCP/IP且處于監(jiān)聽狀態(tài)，等待用戶的連接請求。初始化完成后，設(shè)備進(jìn)入監(jiān)聽狀態(tài)，如圖2所示。以太網(wǎng)芯片允許最多創(chuàng)建8個套接字，即可最多同時連接8個客戶端。用戶在web瀏覽器中輸入服務(wù)器IP地址，向服務(wù)器發(fā)送連接請求。以太網(wǎng)芯片片上集成硬件TCP/IP核，對于連接請求，以太網(wǎng)芯片自行解析并隨即建立與用戶網(wǎng)絡(luò)端口相對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)連接。此后用戶和服務(wù)器的交互，即HTTP請求和應(yīng)答消息都基于這個連接進(jìn)行。當(dāng)為請求消息時，以太網(wǎng)芯片的TCP/IP核自動完成TCP/IP報文的解析。解析完成后，將帶有HTTP報文的請求消息存放于接收緩沖區(qū)，并通知服務(wù)器讀取。當(dāng)服務(wù)器解析完HTTP報文并向客戶端發(fā)送應(yīng)答消息時，服務(wù)器先將帶有HTTP報文的應(yīng)答消息存放于以太網(wǎng)芯片發(fā)送緩沖區(qū)。確定要發(fā)送后，以太網(wǎng)芯片的TCP/IP核自動完成TCP/IP報文的添加并發(fā)送出去。用戶關(guān)閉網(wǎng)頁時，web瀏覽器向服務(wù)器發(fā)送斷開連接請求，以太網(wǎng)芯片接收請求后釋放套接字，斷開與用戶的網(wǎng)絡(luò)連接，等待下一次的連接請求。
從上述過程可以看出，本發(fā)明采用硬件TCP/IP核實現(xiàn)了 TCP/IP協(xié)議，因此簡化了軟件設(shè)計，降低了軟件調(diào)試和維護(hù)成本。 但是，用戶請求和服務(wù)器應(yīng)答消息均基于HTTP協(xié)議。以太網(wǎng)電路不具備HTTP報文的解析和添加能力，這部分工作由web服務(wù)器自身以軟件形式完成。 Web服務(wù)器對請求消息的解析過程為服務(wù)器先從以太網(wǎng)芯片接收緩沖區(qū)中讀出HTTP請求消息數(shù)據(jù)報文，然后基于HTTP請求消息的格式，通過定位各參數(shù)的位置來解析請求消息的具體含義。請求消息格式如圖4所示，由一個起始行、一個或多個標(biāo)題域、一個空行(表示HTTP消息頭域部結(jié)束)和一個可選的消息主體組成。解析HTTP報文，主要是定位請求方法(確定交互類型)和請求URL(定位請求文件路徑)兩項內(nèi)容。本發(fā)明中采用的請求方法主要分為兩類，一種是GET方法，用于請求服務(wù)器的文件資源，如html網(wǎng)頁，網(wǎng)頁中的圖片和JavaScript腳本。本發(fā)明采用CF卡存儲圖像、網(wǎng)頁和JavaScript腳本等文件，并以FAT文件系統(tǒng)組織文件存放目錄。為方便文件管理，圖像、網(wǎng)頁等不同類型的文件創(chuàng)建不同的文件目錄。另一種是POST方法，用于請求控制命令，如自動接收、手動接收以及接收的臺站頻率。圖3給出了對這兩種請求的處理過程，如果是GET方法，服務(wù)器接下來解析HTTP報文的URL是否存在，存在則讀取請求消息中的文件。先在存儲卡根目錄中搜索文件存放的位置，即起始簇號，再從該起始簇號讀出文件數(shù)據(jù)，直至該文件的最后一簇，完成后作為應(yīng)答消息發(fā)送。應(yīng)答消息的發(fā)送過程和前面提到的請求過程相反，但是報文必須遵循HTTP應(yīng)答消息的格式，如圖5所示。如果是POST方法，則解析報文的表單控制命令，判斷控制命令是否有效，有效則將控制命令通過雙口 RAM發(fā)送給前端處理器。
前端處理器對控制命令的處理過程為圖像接收前端實現(xiàn)對某一特定臺站所發(fā)無線氣象傳真信號的接收和解調(diào)，采用二級超外差接收機(jī)結(jié)構(gòu)。對圖像接收前端的控制主要包括頻段控制、臺站選擇。假設(shè)前端處理器某一時刻在雙口 RAM中相應(yīng)標(biāo)志位中得知用戶送來"開始接收"命令，由于氣象傳真工作在2 24MHz頻段，并分為6個子頻段，每個子頻段設(shè)置有一個帶通濾波器，因此前端處理器除了要控制臺站選擇外，還控制頻段選擇。將當(dāng)前臺站所在頻段的濾波器打開，而其他頻段的濾波器關(guān)閉，以提高對信道的選擇性，頻段選擇通過二極管的開關(guān)特性來實現(xiàn)。而臺站選擇則通過本振電路實現(xiàn)，本振電路輸出一個當(dāng)前臺站頻率與固定中頻相加的和頻信號來實現(xiàn)臺站選擇，其核心部分是數(shù)字頻率合成器電路。前端處理器發(fā)送不同的控制字改變本振電路輸出頻率，進(jìn)而實現(xiàn)臺站選擇。接收開始后，前端處理器會對圖像前端接收的圖像信號進(jìn)行采樣，將采樣結(jié)果存放在雙口 RAM中。當(dāng)數(shù)據(jù)量滿一包時，前端處理器就給服務(wù)器發(fā)中斷，通知其讀取。同理，其他控制命令的實現(xiàn)過程和"開始接收"類似。 由于控制命令是通過雙口 RAM發(fā)送給前端處理器，而圖像數(shù)據(jù)也存放在雙口 RAM中，為了保證數(shù)據(jù)、指令之間不產(chǎn)生混亂，本發(fā)明對雙口 RAM數(shù)據(jù)區(qū)和指令區(qū)的大小和格式都做了嚴(yán)格規(guī)定。 服務(wù)器收到前端處理器的讀取數(shù)據(jù)指令后，處理過程為先將數(shù)據(jù)讀出，并在圖像文件目錄下創(chuàng)建新的圖像文件保存這些數(shù)據(jù)，保存格式為JPEG。首先在FAT表中查找當(dāng)前可用的空簇，分配給該圖像文件使用。然后創(chuàng)建該文件的目錄項，為保證圖像文件名字不重復(fù)且方便理解，圖像文件名均以"年_分_時_序號"格式進(jìn)行創(chuàng)建。 氣象傳真圖像包含了天氣、水溫、海浪、海流等，這些數(shù)據(jù)對船舶信息處理系統(tǒng)是寶貴的信息源。傳統(tǒng)接收設(shè)備一直采用紙質(zhì)打印方式，不能實現(xiàn)與這些處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享。本發(fā)明將圖像文件均保存為JPEG格式，便于圖像的數(shù)字化識別、去噪、背景迭加、矢量化處理，這正好吻合當(dāng)前船舶信息處理系統(tǒng)采用的處理方法。本設(shè)備中的圖像文件與其他系統(tǒng)共享有三種方法當(dāng)用戶打開網(wǎng)頁界面后，可以查看圖像目錄下的所有圖像文件，在網(wǎng)頁工作界面中打開后，只要用鼠標(biāo)右鍵點擊"另存為"即可保存到該用戶的PC上。第二種方式為利用本發(fā)明提供"圖像文件導(dǎo)出"菜單。由于存儲卡采用FAT文件系統(tǒng)格式，因此用戶也可以將存儲卡拔出，通過讀卡器連接在用戶電腦上直接查看和拷貝，但不允許破壞其他目錄下的文件。 本發(fā)明所述之新型船用氣象傳真圖像接收和處理設(shè)備，在使用和操作的設(shè)計思路上，較傳統(tǒng)接收設(shè)備有很大改變。人機(jī)交互利用恥b瀏覽器在電腦上實現(xiàn)，下面給出一些推薦的操作方法。 接收裝置的天線應(yīng)該放置在有利用信號接收的位置，通過50歐姆屏蔽電纜連接到設(shè)備的天線接頭上。如果距離較遠(yuǎn)，可以接入其他同參數(shù)的延長電纜。
連接網(wǎng)絡(luò)。如果設(shè)備只和一臺電腦相連，那么必須用交叉網(wǎng)線，將網(wǎng)線一端連接電腦后面的網(wǎng)線插口 ，另一端連接設(shè)備RJ45接口 。如果通過路由器或交換機(jī)連接網(wǎng)絡(luò)，必須將本設(shè)備和電腦都用直連網(wǎng)線連接到路由器或交換機(jī)上。連接好網(wǎng)絡(luò)后，要訪問本設(shè)備或者對設(shè)備進(jìn)行操作，電腦還必須安裝有恥b瀏覽器(如IE瀏覽器)。 打開瀏覽器，在地址欄中輸入設(shè)備的IP地址(設(shè)備默認(rèn)IP地址為172. 31. 8. 1)，
即可看到瀏覽器中打開了網(wǎng)頁工作界面。如果IP地址與用戶所在局域網(wǎng)不符，將用戶電腦的IP地址設(shè)為與本設(shè)備在同一網(wǎng)段。如果用戶之間的IP已在同一網(wǎng)段，不能更改，可更改設(shè)備的IP地址，更改方法為先更改某一用戶的IP，使之與設(shè)備初始IP在同一網(wǎng)段，此時可實現(xiàn)與設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)連接。進(jìn)入網(wǎng)頁工作界面后，選擇更改IP菜單，將新IP地址輸入并確認(rèn)。這時服務(wù)器會更新以太網(wǎng)芯片的IP寄存器，當(dāng)前用戶的連接強(qiáng)制斷開。更新后，其他用戶就可以連接并訪問了，而先前的用戶還需要將自身電腦的IP更新至新的網(wǎng)段。
網(wǎng)頁工作界面中主要提供兩類功能菜單一是接收控制命令，如開始接收、停止接收、臺站選擇等；二是文件請求命令，如看圖、圖像縮放、圖像旋轉(zhuǎn)、導(dǎo)出圖像、刪除等。要執(zhí)行相關(guān)命令，選擇相應(yīng)的功能。接收控制命令主要控制設(shè)備的接收工作狀態(tài)，實現(xiàn)圖像接收功能。圖像接收開始后，服務(wù)器會自動創(chuàng)建新的圖像文件，將圖像數(shù)據(jù)保存在圖像該圖像文件中，同時，工作頁面中也會實時顯示。 雖然圖像存儲卡容量很大，但長時間存儲過多文件會導(dǎo)致存儲空間不足，這時，服務(wù)器會提示用戶刪除圖像文件。刪除方式有兩種一是在網(wǎng)頁工作界面中執(zhí)行刪除命令，這種方式能逐個刪除或一次性整體刪除所有圖像文件。二是將存儲卡拔出，通過讀卡器連接在電腦上，將圖像文件目錄下不需要的文件刪除，當(dāng)圖像文件目錄下文件很多時，推薦采用第二種刪除方式。 圖像文件數(shù)據(jù)與其他信息系統(tǒng)共享也有兩種方式一是執(zhí)行網(wǎng)頁工作界面中的導(dǎo)出命令，二是將存儲卡拔出，通過讀卡器連接在電腦上，對圖像文件目錄下需要的文件進(jìn)行拷貝和復(fù)制，如果需要的文件較多，推薦采用第二種拷貝方式。 將存儲卡拔出在電腦上操作時，不允許用戶更改其他目錄下的文件，這有可能破壞系統(tǒng)工作界面。如果存儲卡目錄遭到意外破壞，可先格式化存儲卡，并將設(shè)備提供的備份目錄按照規(guī)定目錄格式重新拷入。
權(quán)利要求
一種船用氣象傳真圖像接收和處理裝置，其特征是前端控制及數(shù)據(jù)采集處理器與圖像接收前端雙向連接，前端控制及數(shù)據(jù)采集處理器與低相噪本振單向連接，嵌入式web服務(wù)器與圖像存儲單元、以太網(wǎng)、FLASH和SDRAM雙向連接，嵌入式web服務(wù)器與前端控制及數(shù)據(jù)采集處理器通過雙口RAM、外部中斷雙向連接，RJ45網(wǎng)絡(luò)接口與以太網(wǎng)為雙向連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的船用氣象傳真圖像接收和處理裝置，其特征是所述的前端控制及數(shù)據(jù)采集處理器與圖像接收前端雙向連接，是指圖像接收前端在前端控制及數(shù)據(jù)采集處理器的控制下實現(xiàn)頻段選擇，圖像接收前端接收、解調(diào)后的圖像數(shù)據(jù)則由前端控制及數(shù)據(jù)采集處理器實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的船用氣象傳真圖像接收和處理裝置，其特征是所述的前端控制及數(shù)據(jù)采集處理器與低相噪本振單向連接，是指前端控制及數(shù)據(jù)采集處理器在獲取指定的臺站信息后，控制本振單元工作，實現(xiàn)接收臺站的選擇。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的船用氣象傳真圖像接收和處理裝置，其特征是所述的嵌入式web服務(wù)器與圖像存儲單元雙向連接，是指圖像存儲卡即CF卡在服務(wù)器的控制下，以文件形式實現(xiàn)對氣象傳真圖像的讀取和存儲，CF卡工作于TRUE IDE模式，服務(wù)器通過外部存儲器接口對CF卡寄存器進(jìn)行尋址，進(jìn)而防問內(nèi)部數(shù)據(jù)塊。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的船用氣象傳真圖像接收和處理裝置，其特征是所述的嵌入式web服務(wù)器與以太網(wǎng)單元雙向連接，是指以太網(wǎng)單元以硬件形式實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信中的TCP/IP協(xié)議棧、MAC層及PHY層協(xié)議，嵌入式web服務(wù)器通過外部存儲器接口對其寄存器、數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖區(qū)和接收緩沖區(qū)進(jìn)行讀寫訪問。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的船用氣象傳真圖像接收和處理裝置，其特征是所述的FLASH和SDRAM與嵌入式web服務(wù)器雙向連接，是指FLASH和SDRAM為服務(wù)器提供足夠的程序存儲空間和中間數(shù)據(jù)存儲空間，實現(xiàn)服務(wù)器的工作條件。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的船用氣象傳真圖像接收和處理裝置，其特征是所述的嵌入式web服務(wù)器與前端控制及數(shù)據(jù)采集處理器通過雙口 RAM、外部中斷雙向連接，是指前端控制及數(shù)據(jù)采集處理器將采集到的傳真圖像數(shù)據(jù)通過雙口 RAM發(fā)送給服務(wù)器，同時，服務(wù)器也將用戶控制命令通過雙口 RAM傳遞給前端處理器，在數(shù)據(jù)傳送之前，先給數(shù)據(jù)接收方發(fā)送硬件中斷。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的船用氣象傳真圖像接收和處理裝置，其特征是所述的RJ45網(wǎng)絡(luò)接口與硬件以太網(wǎng)雙向連接，是指對用戶提供網(wǎng)絡(luò)接口，用戶在使用時，以直連或交叉網(wǎng)線與RJ45接口相連。
9. 一種船用氣象傳真圖像接收和處理方法，其特征是具體包括如下過程菜單功能實現(xiàn)的過程為當(dāng)用戶選定某項菜單后，瀏覽器會向服務(wù)器發(fā)請求信息，請求消息的格式遵循HTTP協(xié)議，在傳輸層采用TCP/IP協(xié)議，即用戶的請求消息同時包含TCP/IP報文和HTTP報文，按照這兩種協(xié)議對報文作對應(yīng)解析，能得到請求消息主體；對TCP/IP報文的解析在以太網(wǎng)電路的硬件TCP/IP核中完成，對HTTP協(xié)議的解析由服務(wù)器以軟件形式完成；將請求信息解析后，服務(wù)器向用戶發(fā)送相應(yīng)的應(yīng)答消息或者完成相應(yīng)的控制操作；在發(fā)送應(yīng)答消息時，應(yīng)答消息主體之前添加HTTP報文和TCP/IP報文后再向瀏覽器發(fā)送，前者由服務(wù)器添加，后者由以太網(wǎng)電路的硬件TCP/IP核添加；TCP/IP報文解析和添加實現(xiàn)的具體過程為web服務(wù)器初始化時，控制以太網(wǎng)芯片建立并打開套接字，設(shè)置套接字的網(wǎng)絡(luò)交互模式為TCP/IP且處于監(jiān)聽狀態(tài)，等待用戶的連接請求；初始化完成后，設(shè)備進(jìn)入監(jiān)聽狀態(tài)，以太網(wǎng)芯片允許最多創(chuàng)建8個套接字，即可最多同時連接8個客戶端；用戶在web瀏覽器中輸入服務(wù)器IP地址，向服務(wù)器發(fā)送連接請求；以太網(wǎng)芯片片上集成硬件TCP/IP核，對于連接請求，以太網(wǎng)芯片自行解析并隨即建立與用戶網(wǎng)絡(luò)端口相對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)連接；此后用戶和服務(wù)器的交互，即IITTP請求和應(yīng)答消息都基于這個連接進(jìn)行；當(dāng)為請求消息時，以太網(wǎng)芯片的TCP/IP核自動完成TCP/IP報文的解析；解析完成后，將帶有HTTP報文的請求消息存放于接收緩沖區(qū)，并通知服務(wù)器讀??；當(dāng)服務(wù)器解析完HTTP報文并向客戶端發(fā)送應(yīng)答消息時，服務(wù)器先將帶有HTTP報文的應(yīng)答消息存放于以太網(wǎng)芯片發(fā)送緩沖區(qū)；確定要發(fā)送后，以太網(wǎng)芯片的TCP/IP核自動完成TCP/IP報文的添加并發(fā)送出去；用戶關(guān)閉網(wǎng)頁時，web瀏覽器向服務(wù)器發(fā)送斷開連接請求，以太網(wǎng)芯片接收請求后釋放套接字，斷開與用戶的網(wǎng)絡(luò)連接，等待下一次的連接請求；Web服務(wù)器對請求消息的解析過程為服務(wù)器先從以太網(wǎng)芯片接收緩沖區(qū)中讀出HTTP請求消息數(shù)據(jù)報文，然后基于HTTP請求消息的格式，通過定位各參數(shù)的位置來解析請求消息的具體含義；請求消息格式由一個起始行、一個或多個標(biāo)題域、一個空行和一個可選的消息主體組成；解析HTTP報文，定位請求方法和請求文件路徑兩項內(nèi)容；請求方法為如下兩類之一 一種是GET方法，服務(wù)器接下來解析HTTP報文的URL是否存在，存在則讀取請求消息中的文件，先在存儲卡根目錄中搜索文件存放的位置，即起始簇號，再從該起始簇號讀出文件數(shù)據(jù)，直至該文件的最后一簇，完成后作為應(yīng)答消息發(fā)送；另一種是P0ST方法，解析報文的表單控制命令，判斷控制命令是否有效，有效則將控制命令通過雙口 RAM發(fā)送給前端處理器；前端控制及數(shù)據(jù)采集處理器對控制命令的處理過程為圖像接收前端實現(xiàn)對某一特定臺站所發(fā)無線氣象傳真信號的接收和解調(diào)，采用二級超外差接收機(jī)結(jié)構(gòu)；對圖像接收前端的控制主要包括頻段控制、臺站選擇；假設(shè)前端控制及數(shù)據(jù)采集處理器某一時刻在雙口RAM中相應(yīng)標(biāo)志位中得知用戶送來"開始接收"命令，由于氣象傳真工作在2-24MHz頻段，并分為6個子頻段，每個子頻段設(shè)置有一個帶通濾波器，因此前端控制及數(shù)據(jù)采集處理器除了要控制臺站選擇外，還控制頻段選擇；將當(dāng)前臺站所在頻段的濾波器打開，而其他頻段的濾波器關(guān)閉，頻段選擇通過二極管的開關(guān)特性來實現(xiàn)；而臺站選擇則通過本振電路實現(xiàn)，本振電路輸出一個當(dāng)前臺站頻率與固定中頻相加的和頻信號來實現(xiàn)臺站選擇，其核心部分是數(shù)字頻率合成器電路；前端控制及數(shù)據(jù)采集處理器發(fā)送不同的控制字改變本振電路輸出頻率，進(jìn)而實現(xiàn)臺站選擇；接收開始后，前端控制及數(shù)據(jù)采集處理器對圖像前端接收的圖像信號進(jìn)行采樣，將采樣結(jié)果存放在雙口 RAM中，當(dāng)數(shù)據(jù)量滿一包時，前端控制及數(shù)據(jù)采集處理器就給服務(wù)器發(fā)中斷，通知其讀??；服務(wù)器收到前端處理器的讀取數(shù)據(jù)指令后，處理過程為先將數(shù)據(jù)讀出，并在圖像文件目錄下創(chuàng)建新的圖像文件保存這些數(shù)據(jù)，保存格式為JPEG ;首先在FAT表中查找當(dāng)前可用的空簇，分配給該圖像文件使用；然后創(chuàng)建該文件的目錄項，為保證圖像文件名字不重復(fù)且方便理解，圖像文件名均以"年_分_時_序號"格式進(jìn)行創(chuàng)建。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種船用氣象傳真圖像接收和處理裝置及接收和處理方法。前端控制及數(shù)據(jù)采集處理器與圖像接收前端雙向連接，前端控制及數(shù)據(jù)采集處理器與低相噪本振單向連接，嵌入式web服務(wù)器與圖像存儲單元、以太網(wǎng)、FLASH和SDRAM雙向連接，嵌入式web服務(wù)器與前端控制及數(shù)據(jù)采集處現(xiàn)器通過雙口RAM、外部中斷雙向連接，RJ45網(wǎng)絡(luò)接口與以太網(wǎng)為雙向連接。本發(fā)明結(jié)合嵌入式設(shè)備的發(fā)展趨勢，在利用現(xiàn)有氣象傳真接收設(shè)備接收部分的基礎(chǔ)上，再加入額外的嵌入式web服務(wù)器、大容量存儲卡和以太網(wǎng)通信單元。以傳真信息的數(shù)字存儲替代了紙質(zhì)打印方式，并通過以太網(wǎng)將接收設(shè)備的網(wǎng)口與用戶個人電腦的網(wǎng)口相連。
文檔編號H04N1/32GK101790017SQ201010101238
公開日2010年7月28日 申請日期2010年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月27日
發(fā)明者劉繁明, 孫銘雪, 張彬, 張迎發(fā), 荊心, 趙玉新, 邱洪, 金阿鑫, 錢東 申請人:哈爾濱工程大學(xué)