离子探针样品图像网络实时传输服务器系统的研制

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本课题属于国家科技部的项目——大型离子探针质谱仪远程共享示范研究——中的重要内容之一。该项目对于发挥大型科学仪器设备的资源共享,具有重要意义。研究目的是研制出基于互联网的离子探针样品图像网络实时传输服务器系统。研究意义是:课题研究的内容是项目中不可缺少的部分,现有的商业化图像网络传输系统不能有效实现图像在互联网上的实时传输,研究的成果可以应用到其它科学仪器的远程共享中。研究内容包括搭建硬件系统和开发软件系统。系统要解决的关键问题是如何让图像从获取到显示在远程试验者计算机之间消耗的时间最短。硬件系统主要通过购买设备进行配置,选购的原则是在成本允许下尽可能提高系统接入互联网的速度。如内部局域网使用100M以太网,互联网接入速度的公式是:最大用户数目×每用户带宽 = 接入互联网带宽,图像获取设备使用实时的非压缩的图像采集卡,采集一帧图像不超过60ms。软件系统包含了课题的主要研究内容,它由六个软件模块按照三种组合方式组成。网络通信模块,用于图像服务器系统与图像客户机系统、离子探针远程控制系统,网站系统进行通信。研究内容是应用WinSock实现TCP/IP协议的网络通信,制定应用层协议并实现编码与解码。数字图像获取模块,用于控制图像获取设备抓拍一帧静态数字图像,显示视频,改变设备对图像的亮度、对比度、锐度、色度的参数。使用C++编写,实现向后兼容的特点。数字图像压缩模块,用于将图像获取模块获得的样品静态数字图像压缩到与网络速度匹配的程度。应用通用的图像压缩算法JPEG;研制出针对离子探针样品图像的增量压缩算法,在JPEG的基础上进一步提高了图像的压缩比。数字图像网络传输模块,用于向互联网上的多个用户同步传输样品图像。为解决不同网络连接速度的多用户的数据传输问题,研究出“金字塔”式的网络数据发送模型。软件调试与测试模块,用于软件开发者和软件用户调试、测试和使用软件系统。包括调试函数和伪定义集,出错处理函数集,测试函数集,用户界面窗口。 <WP=56>软件模块的组合方式,研究软件系统各模块之间通信的方式。包括函数调用,消息通知,WinSock通信三种方式。软件系统开发过程中,对图像压缩这项关键技术进行了测试。测试内容:测试图像经过JPEG压缩后的数据大小;测试图像经过增量算法压缩后的数据大小。测试结果发现,原始位图的数据量163734个字节,JPEG压缩后数据量是4172个字节,压缩比是39:1;增量压缩算法得到的数据量是1296个字节,压缩比是126:1。得出结论:增量算法主要应在网络速度在1K~2K byte/s及以下,否则,仅仅使用JPEG压缩算法即可。课题研究到目前为止,取得五项主要成果(前两项是具有创新点的关键技术):研制出增量图像压缩算法;研制出“金字塔”式网络数据传输模型;设计出离子探针样品图像网络实时传输的硬件平台;应用JPEG压缩算法于离子探针样品图像网络实时传输系统中;初步研制出离子探针样品图像网络实时传输的软硬件集成系统。 课题研究内容还需要进一步完善,下一步的主要工作主要集中在:图像压缩算法的改进;网络通信协议的加密;系统可靠性测试。可以考虑增加研究内容:将现有C/S结构的软件系统开发成B/S结构的软件系统,方便实验者的计算机操作;改进摄像光源系统,提高图像质量。
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