阅读说明：本技术 一种基于流媒体的工业现场数据传输的方法 (Industrial field data transmission method based on streaming media ) 是由 王晓宇 高朝阳 陈雨 于 2019-08-30 设计创作，主要内容包括：本发明属于工业现场数据传输领域,并具体公开了一种基于流媒体的工业现场数据传输的方法。该方法包括将所采集的原始工业现场数据进行编码,然后将编码后的原始工业现场数据转换成多帧按时序排列的图片帧,接着将多帧图片按时序转化为视频流,本地服务器根据远程端的请求将视频流进行打包并发送给远程端,远程端按照时序播放所述打包的视频流进行解压,然后利用视频处理工具播放解压后的视频流,同时按照时序截取视频流的多帧图片,接着对多帧图片分别进行解码,并将解码后的数据按时序排列,以还原原始工业现场数据。本发明可以有效利用比较成熟的流媒体实时传输方案,实现工业现场数据的实时性传输,可传输的数据容量大大提高。(The invention belongs to the field of industrial field data transmission, and particularly discloses a method for transmitting industrial field data based on streaming media. The method comprises the steps of coding collected original industrial field data, converting the coded original industrial field data into a plurality of frames of pictures arranged according to time sequence, converting the plurality of frames of pictures into video streams according to the time sequence, packing the video streams by a local server according to a request of a remote end and sending the video streams to the remote end, playing the packed video streams according to the time sequence by the remote end for decompression, playing the decompressed video streams by a video processing tool, intercepting the plurality of frames of pictures of the video streams according to the time sequence, respectively decoding the plurality of frames of pictures, and arranging the decoded data according to the time sequence to restore the original industrial field data. The invention can effectively utilize a relatively mature streaming media real-time transmission scheme to realize the real-time transmission of industrial field data, and the transmittable data capacity is greatly improved.)

一种基于流媒体的工业现场数据传输的方法

技术领域

本发明属于工业现场数据传输领域，更具体地，涉及一种基于流媒体的工业现场数据传输的方法。

背景技术

流媒体是指将一连串的媒体数据压缩后，经过网上分段发送数据在网上即时传输影音的技术与过程，此技术使得数据包得以像流水一样发送，但流媒体一般只用来传输视频流、音频流，而这些形式所承载的信息是很难加以提取的，并且信息存储比极小。

工业4.0时代也是智慧工厂的时代、大数据的时代，工业现场内部的数据通常用总线传输，在工厂级别的规模下，每秒产生的数据量可能达到几十上百兆，但同时我们需要这些工业现场产生的一手信息对日益智能化、无人化的工厂的现场工况进行基于大数据的分析、诊断，因此实现大量数据的存储、外传、实时传输以及实时模拟工业现场的动作情况，已成为越来越迫切的需求。

因此，本领域亟待提出一种基于流媒体的工业现场数据传输的方法，利用比较成熟的流媒体实时传输方案，实现工业现场数据的实时性传输，同时提高可传输的数据容量，以满足无人化的工厂等的现场工况传输数据量大的要求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于流媒体的工业现场数据传输的方法，其中结合工业现场数据自身的特征及流媒体传输的特点，相应的将数据量庞大的工业现场数据按时序进行编码，并以可读取的图片的形式转化成储存体积较小的视频流格式，同时视频流经实时流传输协议由本地服务器以数据包的形式传输至远程客户端，同时，采用运动反解的方式解码该视频流，以获取数据量庞大的工业现场数据，实现工业现场数据的实时性传输，本发明可以有效利用比较成熟的流媒体实时传输方案，实现工业现场数据的实时性传输，可传输的数据容量大大提高。

为实现上述目的，本发明提出了一种基于流媒体的工业现场数据传输的方法，包括以下步骤：

S1根据需求采集原始工业现场数据，然后通过总线将原始工业现场数据传输至本地服务器，本地服务器在时序上将所采集的原始工业现场数据进行编码，然后将编码后的原始工业现场数据转换成多帧按时序排列的图片帧，接着将多帧图片按时序转化为视频流；

S2远程端向本地服务器发出访问所述视频流的请求，本地服务器响应请求，依次向远程端发送本地服务器实现方法、所述视频流的解码类型和所述视频流的分辨率的信息，并响应开启所述视频流连接需求和播放需求，接着根据实时流传输协议将所述视频流进行打包并传输给远程端；

S3所述远程端按照时序播放所述打包的视频流进行解压，然后利用视频处理工具播放解压后的视频流，同时按照时序截取视频流的多帧图片，接着对多帧图片分别进行解码，并将解码后的数据按时序排列，以还原S1采集的原始工业现场数据。

作为进一步优选的，步骤S1中，本地服务器采用QRcode编码法或者自定义算法将原始工业现场数据转码成按时序排布的多帧图片，其中，若采用自定义算法将原始工业现场数据转码成按时序排布的多帧图片，则还需在远程端部署相应的解码算法。

作为进一步优选的，步骤S1中，所述图片为二维码图片，则本地服务器根据二维码解码工具，在时序上将所采集的原始工业现场数据进行编码，进一步的，该二维码图片具有自动纠错机制，即一帧二维码图片中包含有多个或者多种表征原始工业现场数据的信息，进一步的，所述二维码图片可采用单层双色二维码或者多色多层二维码，进一步的，在单张二维码图片中，可容纳100个64位浮点数。

作为进一步优选的，所述图片帧可由多帧二维码图片按时序进行拼接而成，且用于拼接的二维码图片为统一规格。

作为进一步优选的，步骤S1中，所述视频流为H264视频流。

作为进一步优选的，步骤S2中，远程端向本地服务器发出访问所述视频流的请求包括RTSP OPTION请求、DESCRIBE请求、SETUP请求以及LAY请求。

作为进一步优选的，步骤S3中，对多帧图片分别进行解码的方法与步骤S1中将所采集的原始工业现场数据进行编码的方法一致。

作为进一步优选的，所述方法还包括将远程端还原的原始工业现场数据采用可视化工具或其他形式按照时序来展现出来。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本发明通过将数据量庞大的工业现场数据按时序进行编码，并以可读取的图片的形式转化成储存体积较小的视频流格式，同时视频流经实时流传输协议由本地服务器以数据包的形式传输至远程客户端，同时，采用运动反解的方式解码该视频流，以获取数据量庞大的工业现场数据，实现工业现场数据的实时性传输。同时，本发明可以有效利用比较成熟的流媒体实时传输方案，实现工业现场数据的实时性传输，可传输的数据容量大大提高，极大地丰富了工控网络的存储容量，并减少了系统搭建成本。

2.本发明采用了图片编码的方式存储信息，编码格式不透明，具有天然并可拓展的安全性。

3.本发明采用视频流以及实时传输协议传输数据，可实现多个远程用户的实时数据监控。

4.本发明所述图片帧为二维码图片，则本地服务器根据二维码解码工具，在时序上将所采集的原始工业现场数据进行编码，其本身存储内容的不定性，还可原始工业现场数据进行加密然后再转码，以提高获原始工业现场数据传输的安全性保障。进一步的，该二维码图片具有自动纠错机制，即一帧二维码图片中包含有多个或者多种表征原始工业现场数据的信息，其冗余信息的机制可保证在部分区域数据受损的情况下仍然能够还原数据，并且二维码的上限较高。进一步的，所述二维码图片可采用单层双色二维码或者多色多层二维码，进一步的，在单张二维码图片中，可容纳100个64位浮点数，可大大提升图片信息的存储量。

5.本发明可将远程端还原的原始工业现场数据采用可视化工具或其他形式按照时序来展现出来，以实时监控工业现场人工无法检测的数据，并基于该数据进行分析、诊断、改进和更新，适应性强。

附图说明

图1是本发明涉及的一种基于流媒体的工业现场数据传输的方法的流程图；

图2是本发明涉及的一种基于流媒体的工业现场数据传输的方法的系统图；

图3是本发明涉及的一种基于流媒体的工业现场数据传输的方法的数据流向图；

图4是本发明涉及的将携载有不同时序的原始工业现场数据的二维码图片按时序进行拼接的示意图；

图5是本发明涉及的本地服务器向多个远程端传递数据的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1、图2和图3所示，本发明提供一种基于流媒体的工业现场数据传输的方法，包括如下步骤。

步骤一，根据需求采集原始工业现场数据，然后通过总线将原始工业现场数据传输至本地服务器，本地服务器在时序上将所采集的原始工业现场数据进行编码，然后将编码后的原始工业现场数据转换成多帧按时序排列的图片，接着将多帧图片按时序转化为视频流，然后在远程端的发出请求后，根据实时流传输协议，将所述视频流传递至远程端。

具体而言，数据采集装置采集原始工业现场数据，如实时获取的传感器数据、轴转动数据等，然后数据采集装置将其采集的原始工业现场数据通过总线传输至本地服务器。本地服务器通过转码工具将原始工业现场数据转码成按时序排布的多帧图片。在此过程中，将原始工业现场数据转码成按时序排布的多帧图片包括多种方法，如采用QRcode编码法将原始工业现场数据转码成按时序排布的多帧图片，或者自行设计算法将原始工业现场数据转码成按时序排布的多帧图片。

同时，在原始工业现场数据转码的过程中，为了增加转码后图片的信息容量，本发明可通过增加转码后图片的RGB色彩。同时，为了减少信息的流失，在转码过程中，可采用冗余的方式来将原始工业现场数据转码成按时序排布的多帧图片，即转码后的图片中含有多个或者多种表征原始工业现场数据的信息。同时，由于转码后形成的图片，如二维码，其本身存储内容的不定性，还可原始工业现场数据进行加密然后再转码，以提高获原始工业现场数据传输的安全性保障。由原始工业现场数据转码生成图片的方式包括但不限于转码生成二维码图片这种编码方式，这里采用二维码图片是因为二维码发展至今，其安全性、多样性得到了极大的提升，其冗余信息的机制可保证在部分区域数据受损的情况下仍然能够还原数据，并且二维码的上限较高，实例中采用的是单层双色二维码，若想获得更大的存储容量，可选择多色多层二维码，其存储容量可大大提升。

如图2所示，为从原始信息生成二维码的方式，单张生成的图片中可容纳100个64位浮点数，存储数据量可达800B，而占用存储量为1.67KB，由于二维码的自动纠错机制，因此本身信息具有一定的冗余，相对于原流媒体，存储信息占比得到了极大的提高。如图4所示，为了提高单帧容纳的数据量，在本发明中，还可以将携载有不同时序的原始工业现场数据的二维码图片按时序进行拼接，且采用拼接的二维码图片为统一规格，以获取一定时序范围内，携载有原始工业现场数据的整个帧的二维码图片。

进一步的，本地服务器将多帧图片按时序转化为视频流，然后采用过实时流传输协议，即RTSP协议，将所述视频流传递至远程端。在生成了一定数量的图片后，利用视频流转换工具按时序将图片转换为视频流。利用视频处理工具可以生成指定码率、帧数的视频，针对不同的网络情况，也可随机应变选择多帧数、单帧少数据的形式传输。

如图2所示和图5所示，RTSP(实时流传输协议)协议栈运行于本地服务器端，可提供一对多应用程序，即本地服务器端可同时向多个远程端传输该视频流。在体系结构上位于RTP(实时传输协议)和RTCP(实时传输控制协议)之上，使用TCP或者RTP完成数据传输。协议栈需同时部署在服务器端和客户端，开始点播或直播过程时，远程端依次发起RTSPOPTION请求、DESCRIBE请求、SETUP请求、PLAY请求，本地服务器端响应请求，开启连接，并向远程端发送视频流。具体为本地服务器端响应请求，依次向远程端发送本地服务器实现方法、流媒体的解码类型、分辨率等，并响应开启连接需求、播放需求，然后服务器打包RTP的序列号、时间戳并对H264视频流进行封装打包传输。

步骤二，所述远程端按照时序播放所述视频流并截取视频流的多帧图片帧，然后对多帧图片分别进行解码，并将解码后的数据按时序排列，以还原S1采集的原始工业现场数据。

具体而言，远程端获取封装打包视频流后，根据本地服务器发送的流媒体的解码类型将封装打包视频流解码解封为H264视频流，再使用视频处理工具将视频流当前帧的视频进行截图预处理。利用解码工具将截屏获取的图片中包含的数据进行解码，还原成原始工业现场数据。若采用二维码图片来存储，则可利用二维码解码工具进行解析，若采用自行研发的编码方式，还需在远程端部署解码算法。对于远程端获取的原始工业现场数据，可以采用可视化工具或其他形式按照时序来展现，也可直接将视频流保存为视频格式，作为存储方式。

在本发明中，将原始工业现场数据在时序上编码成多帧图片的过程与将按时序截屏获取的图片还原成原始工业现场数据的过程相依赖，即使用二维码作为编码方式，则可选择通用工具进行解码，若自行研发编码方式，则需在客户端提前部署解码算法。

进一步的，图片向视频流的转换工具由主控程序调配，在生成一定量图片码后，主控程序调用该工具生成一定码率、帧数的视频流。

进一步的，当远程端需要获得原始工业现场数据时，向本地服务器发起一系列请求，获取视频流的编码类型、分辨率信息、码率等。

进一步优选地，本发明采用共享内存的方式，直接使用视频工具将内存中的图片数据生成视频流，减少系统生成图片本体文件占用的运算时间及占用的空间内存。

进一步优选地，在传输建立前期确定编码类型，以减少解码时的算法选择。

进一步优选地，数据采集装置与本地服务器端通过总线相连接，本地服务器与作为数据采集对象的工控机均部署在工业现场，本地服务器同时也作为工控机从站，其行为可被工控机控制，保证了数据提供方的数据服务权限。

本发明的本地服务器与数据采集装置相连，二者通过总线进行通信，数据采集装置根据需求采集工业现场数据，如传感器数据、轴数据等，数据通过总线传输至本地服务器，本地服务器通过转码工具将数据转码成一帧帧图片，而后经由视频处理模块将多个图片压缩为流媒体，流媒体经实时流传输协议由本地服务器以数据包的形式传输至远程端，订阅用户可采用点播或直播的方式获取流媒体数据包，再经由远程端的解码器(包括视频处理模块、图片信息提取模块)对流媒体数据包解码，生成原始的工业现场数据。通过本发明，可以有效利用比较成熟的流媒体实时传输方案，实现工业现场数据的实时性传输，可传输的数据容量大大提高。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。