基于組播的圖像共享軟件設(shè)計(jì)

成世漢

(山西大眾電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司，山西 太原 030024)

0 引言

組播傳輸已經(jīng)服務(wù)于醫(yī)療、網(wǎng)絡(luò)教育以及視頻會(huì)議等領(lǐng)域，隨著支持組播傳輸?shù)穆酚善?、交換機(jī)和集線器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的發(fā)展將使組播技術(shù)得到進(jìn)一步完善和推廣。相較于單播傳輸面對(duì)多接收方時(shí)網(wǎng)絡(luò)延時(shí)大、阻塞嚴(yán)重的情況，組播僅需要單次發(fā)送數(shù)據(jù)包，只有加入組播地址的接收方會(huì)接收到數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)傳輸效率顯著提高，同時(shí)規(guī)避了廣播傳輸浪費(fèi)網(wǎng)絡(luò)帶寬的情況。本軟件采用C/S模型，服務(wù)器端對(duì)圖像進(jìn)行分包后發(fā)送至組播地址，客戶端將本地IP加入組播，接收數(shù)據(jù)幀并完成組包后顯示圖像。下面將對(duì)軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行具體介紹。

1 設(shè)計(jì)思路

本軟件提供服務(wù)器端和客戶端，發(fā)送方為服務(wù)器端，接收方為客戶端，設(shè)計(jì)思路如圖1所示。

圖1 圖像共享設(shè)計(jì)思路

具體設(shè)計(jì)思路如下：

1) 服務(wù)器端設(shè)置組播地址和端口，客戶端將本地IP加入該組播地址；

2) 服務(wù)器端獲取圖像文件的名稱和大小，計(jì)算發(fā)送幀數(shù)量；

3) 服務(wù)器端向組播地址發(fā)送圖像文件的名稱、大小以及發(fā)送幀數(shù)量信息，發(fā)送幀格式如圖2所示；

圖2 發(fā)送幀格式

4) 客戶端接收并解析接收到的圖像文件名稱、大小以及發(fā)送幀數(shù)量信息；

5) 客戶端根據(jù)圖像文件的大小創(chuàng)建緩存文件；

6) 服務(wù)器端根據(jù)發(fā)送幀數(shù)對(duì)圖像文件進(jìn)行分包，將數(shù)據(jù)幀依次發(fā)送至組播地址；

7) 客戶端接收并存儲(chǔ)接收到的數(shù)據(jù)幀，通過接收線程處理數(shù)據(jù)，當(dāng)接收幀數(shù)量與接收到的發(fā)送幀數(shù)量信息相等時(shí)關(guān)閉存儲(chǔ)文件，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖像進(jìn)行顯示；

8) 客戶端清除圖像緩存。

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 服務(wù)器端設(shè)計(jì)

服務(wù)器端主要由CServerDlg、CMulticastAdmin和CSendPictureThread三個(gè)類組成。CServerDlg為服務(wù)器端的對(duì)話框類，可對(duì)組播IP和端口以及圖像索取路徑進(jìn)行設(shè)置，同時(shí)具備圖像顯示功能。服務(wù)器端界面如圖3所示。CMulticastAdmin為組播類，通過使用2.2版本的WinSock DLL初始化Socket函數(shù)庫(kù)。CServerDlg通過調(diào)用CMulticastAdmin中部分函數(shù)實(shí)現(xiàn)組播的創(chuàng)建、發(fā)送和銷毀。CSendPictureThread是為適應(yīng)高分辨率圖像數(shù)據(jù)量大而設(shè)計(jì)的發(fā)送線程。CServerDlg調(diào)用CSendPictureThread完成數(shù)據(jù)的發(fā)送。

圖3 服務(wù)器端界面顯示

CServerDlg、CMulticastAdmin和CSendPictureThread三個(gè)類的調(diào)用關(guān)系見圖4。

圖4 服務(wù)器端類調(diào)用關(guān)系圖

由于高分辨率圖像占用空間較大，常規(guī)數(shù)據(jù)幀無(wú)法通過單次發(fā)送完成圖像傳輸，所以需要通過分包的方式通過多次發(fā)送完成數(shù)據(jù)傳輸。分包實(shí)現(xiàn)代碼如下：

ULONG nCount=UFlieLength/ONEFRAMELENGH+1;//計(jì)算發(fā)送幀數(shù)量

if (UFlieLength/ONEFRAMELENGH%1024==0)

{

--nCount;

}

char*pDataBuffer;

pDataBuffer=new char[ONEFRAMELENGH];//分配數(shù)據(jù)幀空間

ZeroMemory(pDataBuffer,ONEFRAMELENGH);

for(ULONGi=0;i

{

File.Seek(i*ONEFRAMELENGH,CFile::begin);

UINT nBufferLength=File.Read(pDataBuffer,ONEFRAMELENGH);//獲取圖像數(shù)據(jù)

STU_FRAME CurDataFrame;

ZeroMemory(&CurDataFrame,sizeof(STU_FRAME));

CurDataFrame.nFrameLength=nBufferLength;

memcpy(&CurDataFrame.chFrame,pDataBuffer,nBufferLength);//給發(fā)送幀賦值

AddFrametoList(CurDataFrame);//將發(fā)送幀加入發(fā)送列表由發(fā)送線程發(fā)送至組播地址

}

2.2 客戶端設(shè)計(jì)

客戶端由CClientDlg、CMulticastAdmin和CRcvPictureThread三個(gè)類組成。CClientDlg為客戶端的對(duì)話框類，可對(duì)組播IP和端口以及圖像緩存路徑進(jìn)行設(shè)置。客戶端界面如圖5所示。CMulticastAdmin為與服務(wù)器端相同的組播類。CClientDlg通過調(diào)用CMulticastAdmin中部分函數(shù)實(shí)現(xiàn)本地IP加入組播地址以及組播數(shù)據(jù)接收線程的啟動(dòng)和停止。CRcvPictureThread是處理組播數(shù)據(jù)的線程，該線程主要處理兩類數(shù)據(jù)，一類為圖像的基本信息，另一類為圖像的數(shù)據(jù)信息，為確保在先接收到圖像的基本信息，本軟件初始化雙組播地址確保圖像基本信息擁有優(yōu)先被處理能力。CClientDlg調(diào)用CRcvPictureThread完成數(shù)據(jù)的緩存和圖像顯示?？蛻舳思嫒輬D像灰度圖轉(zhuǎn)換、圖像另存、格式轉(zhuǎn)換和分辨率調(diào)節(jié)等功能，可滿足基本圖像處理要求。

圖5 客戶端界面顯示

CClientDlg、CMulticastAdmin和CRcvPictureThread三個(gè)類的調(diào)用關(guān)系與服務(wù)器端類調(diào)用關(guān)系類似?？蛻舳嗽谑褂媒M播技術(shù)接收數(shù)據(jù)前需要將本地IP加入組播地址，本軟件自動(dòng)獲取本地IP，調(diào)用CMulticastAdmin中的void SetLocalIP(CString strIP)和BOOL CreateReceiver(void)函數(shù)完成本地IP加入。實(shí)現(xiàn)代碼如下：

CString strIP;

char strHostName[100]={0};

if(SOCKET_ERROR!=gethostname(strHostName,sizeof(strHostName)))//獲取計(jì)算機(jī)全名

{

hostent*Localhp;

Localhp=gethostbyname(strHostName);//通過計(jì)算機(jī)全名獲取主機(jī)信息

if(Localhp!=NULL&&Localhp->h_addr!=NULL)

{

strIP=inet_ntoa(*(struct in_addr*)hp->h_addr);//得到本地IP

theApp.m_pMulticast->SetLocalIP(strIP);//將本地IP加入組播地址中

}

}

BOOL bRtn=theApp.m_pMulticast->CreateReceiver();//創(chuàng)建組播接收線程

2.3 類CMulticastAdmin的設(shè)計(jì)

本軟件實(shí)現(xiàn)組播傳輸主要依靠組播類CMulticastAdmin。CMulticastAdmin為服務(wù)器端提供了組播IP和組播端口設(shè)置函數(shù)、組播創(chuàng)建和銷毀函數(shù)以及數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)，為客戶端提供了本地IP加入組播函數(shù)、啟動(dòng)和停止接收線程函數(shù)以及銷毀組播函數(shù)，CMulticastAdmin結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見圖6。通過組播類的調(diào)用，既達(dá)到了多用戶圖像共享的目的，也有效降低了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，可謂一舉兩得。

3 相關(guān)知識(shí)

使用組播傳輸時(shí)，需要使用通信雙方認(rèn)知的D類地址作為廣播地址發(fā)送向目的端口。D類地址范圍為224.0.0.0—239.255.255.255，其中224.0.0.0—224.0.0.255為預(yù)留組播地址(永久組地址)，用戶不可使用；224.0.1.0—238.255.255.255為用戶可用組播地址，本軟件采用238.8.8.8作為默認(rèn)組播地址，用戶也可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置符合路由協(xié)議的組播地址；239.0.0.0—239.255.255.255屬于本地管理組播地址，僅在特定范圍有效。在傳輸過程中使用的路由器、集線器、交換機(jī)和防火墻等設(shè)備需要具備組播傳輸模式，尤其在跨網(wǎng)段傳輸過程中必須打開三層交換機(jī)的組播路由協(xié)議(通常為PIM稀疏模式)，有時(shí)還需設(shè)置TTL(Time To Live)，避免數(shù)據(jù)幀在網(wǎng)絡(luò)中循環(huán)收發(fā)。相信隨著科技水平的不斷進(jìn)步，組播傳輸應(yīng)用更加廣泛，組播模式必將成為網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備中的必備模式。

圖6 CMulticastAdmin類圖

4 結(jié)束語(yǔ)

本軟件通過組播傳輸方式實(shí)現(xiàn)了高分辨率圖像的一對(duì)多共享，其實(shí)不光是圖像共享，任何信息都可通過組播方式實(shí)現(xiàn)共享，尤其是大容量信息共享時(shí)更能體現(xiàn)出組播傳輸?shù)膬?yōu)越性能。同時(shí)在保證互聯(lián)互通的基礎(chǔ)上，任意終端方均可創(chuàng)建組播成為服務(wù)器端，客戶端只需以訂閱的形式加入組播地址便可完成資源共享，這種有效降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)載、應(yīng)用靈活的網(wǎng)絡(luò)傳輸方式不僅僅服務(wù)于醫(yī)療、網(wǎng)絡(luò)教育以及視頻會(huì)議領(lǐng)域，還會(huì)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生重大影響。