基于嵌入式网络数字传真系统设计与实现

1 引言

随着通信技术的发展，尤其是 Internet网络的普及，为双网数字传真机奠定了实现的基础，也为传真业务的发展注入了新的活力。而网络传真功能作为双网数字传真机与普通传真机最大的区别，其实现方案就显得尤为重要。本文深入研究行业标准《IP传真数据非实时传送技术要求》，在分析 Internet网络实现非实时传真收发与处理的基础上，提出了基于 Internet的网络传真实现方案，描述了 IP网络传真系统的设计与实现，以及所涉及到的相关协议与技术，并且描述了在 SMARTARM2200开发板上实现该解决方案的细节。通过对网络传真终端的实现，深入分析以 ARM处理器实现网络传真通信系统的可行性、可靠性和稳定性。

本文第 2部分简单介绍了国家通信行业标准《 IP传真数据非实时传送技术要求》；第 3部分提出了网络传真的系统架构和通信流程，并提出了基于嵌入式操作系统 uClinux，以及 ARM处理器实现网络传真系统的设计思路和实现方法；第 4部分对设计过程进行了简单总结。

2 协议简介

西安邮电学院联合西安亚森通信股份有限公司在国内率先制定的国家通信行业标准《IP传真数据非实时传送技术要求》（标准号：YD/T1650-2007），以国际电信联盟电信标准化部门建议 ITU-T T.37《在 Internet上利用存储转发方式传送传真数据的规程》为基础，并结合国内多家厂商的 IP非实时传真设备的实际情况制定。规定了 IP传真数据非实时传送的技术要求，包括 IP非实时传真终端的信令格式、通信协议、流程和数据编码格式的要求。结合实现网络非实时传真通信时的用户在传真清晰度、传输时间、彩色化、成本、^^^^^等的需求，提出了一种通过网络非实时发送传真的信令格式，来解决网络传真的发送和接收问题。

IP网络传真系统简介

本课题的网络传真通信系统采用非实时通信方式中一种重要的实现方式，也是目前在 Internet上使用最为广泛的一种应用—电子邮件（ E-Mail）[1]。电子邮件在客户机与服务器之间提供松耦合的、异步的交互，而这种方式确保了传真邮件安全的应用。电子邮件的可靠性高，这是因为它是基于 TCP基础上的，而 TCP是可以提供端到端的可靠通信。因此将电子邮件与电话或传真结合起来，则可以进一步拓展 Internet的应用范围。网络传真通过电子邮件的方式实现，在进行网络传真通信时，需要将传真样张转换为电子邮件即可，其中的技术关键是文件格式的转换。本系统中，文件格式的转换在客户端设备处完成。

3.1 网络传真终端设计

实现完整网络传真收发的功能与步骤，可以分为网络传真发送处理及网络传真接收处理两个部分。其中网络传真接收端的处理可以理解为网络传真发送处理的逆过程。

在发送端，对传真样张进行分解、量化处理、编码、调制；而在接收端进行解调、译码、记录（处理）和传真图像合成的过程。所谓“分解”，就是将传真图像按照一定的密度，在水平和垂直两个扫描方向上，顺序进行分割，分割出来的微小基本单元称之为像素或像点[1]。此后，再利用光 /电转换技术，把像素点按一定次序转换成电信号，再将电信号进行各种处理，包括二值处理、压缩编码等，再将图像信息按 Tiff协议格式进行封装，接着再把包含图像信息的 Tiff格式的文件作为邮件的附件形式发送到传输线路[4]，即 Internet网络，通过传真服务中心转发到接收端。

在接收端，接收方首先从传真服务中心取回包含传真信息的邮件，经过解析邮件，取出包含图像信息的邮件附件，接着提取出 Tiff格式文件中的图像信息，再经过译码恢复出与发送端二值图像信号相对应的图像数据序列。最后送入记录部件，恢复出与发送端图像一致的传真图像，即传真样张（文件、图表、图形或图像）。

3.2 网络传真系统实现

该系统主要分为三个主要（层次）部分：

1. 基于 ARM7的嵌入式硬件开发平台；

2. 嵌入式操作系统 uClinux的移植[2]，为嵌入式软件提供可靠的操作系统支持，主要包括基本的 TCP/IP网络功能支持，ram disk文件系统支持（用于暂存系统运行过程中的数据）以及 JFFS2文件系统的支持（主要用于在 Flash中长期保存传真数据和关键的系统数据等）；

3. 网络传真处理程序：主要包括网络传真终端处理程序（图 1中所列功能）以及与传真服务器中心之间的传真收发接口（其中传真的内容遵循协议标准），以及传真命令控制的接口（主要实现传真的网络发送、网络传真打印以及传真机参数设置等功能），并提供传真的存储管理等功能[4]。

3.3 系统性能测试

对嵌入式系统进行综合测试分析，以保证系统的软件、硬件具有兼容性、高可靠性和高可用性。并能在发生故障时，迅速准确定位系统中的问题。本项目采用周立功公司开发 SMARTARM2200[3]开发板为双网数字传真机硬件测试平台，以保证系统硬件平台的可靠性与稳定性。本项目对目标系统的内存使用和功能实现两个方面进行了测试。

内存使用的监控，采用 VxSim，它是时下流行的 Wind River公司的 VxWorks RTOS的模拟系统。VxSim允许设备驱动程序以及用户开发的应用程序在放置到嵌入式系统前，可以在主机环境中测试。通过对网络传真处理终端进行邮件收发的压力测试：全速启动邮件服务接收端与发送端（模拟传真服务中心，进行闭环测试），POP3客户端，SMTP客户端四个进程，根据嵌入式系统内存情况[3]，最大限度允许 10个不同的用户进程连接。如果要加大可连接用户进程的数量，则进一步增大目标系统内存即可。

功能测试是通过将所开发的网络传真应用程序移植[2][3]到 SMARTARM2200开发板上，使网络传真系统作为能够独立运行在 Internet网络和 PSTN网的数字网络传真的实体终端，并进行了如下几方面的功能测试[4]：

测试网络数字传真机的接收传真功能

结束语

本文分析了用于数字双网传真机的网络传真系统的设计，通过对网络非实时传真通信协议的研究，提出一种可行的网络传真通信实现方案。在具体实现完整的双网传真系统的时候，从物理层到应用层，从软件开发到系统移植，其所涉及到的方面远远多于本文所讨论的问题，但限于篇幅，仅给出了网络传真设计的基本思路以及实现时的关键问题。本项目经过这两年多的沉淀与积累，已经得到了迅速的发展，在去年年初更是通过信息产业部科技司的鉴定验收。本文作者创新点：通过对非实时网络传真通信协议的研究，提出了一种基于 ARM处理器和 uClinux嵌入式操作系统的网络传真通信的实现方案，并通过鉴定与验收。