吳建鋒1,羅小文2
(1.杭州派尼澳電子科技有限公司,浙江 杭州 310018; 2.杭州電子科技大學(xué) 電子信息學(xué)院,浙江 杭州 310018)
摘要：為了加快圖像的傳輸速度，提出了一種基于Web的圖像監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用了基于Lighttpd的Web服務(wù)器與Web客戶端建立連接并傳輸數(shù)據(jù)來加快圖像數(shù)據(jù)的傳輸，另外對圖像進(jìn)行選擇性存儲，即只采集像素發(fā)生了變化的圖像，減少存儲的數(shù)鋸，從而加快數(shù)據(jù)的傳輸。系統(tǒng)通過USB圖像采集模塊采集圖像,由動態(tài)圖像檢測算法對圖像進(jìn)行處理并存儲，客戶端通過Web服務(wù)器獲取存儲的圖像。
關(guān)鍵詞：Web；圖像；監(jiān)控系統(tǒng)；圖像傳輸
0引言
Lighttpd是德國人領(lǐng)導(dǎo)開發(fā)的開源Web服務(wù)器，具有內(nèi)存開銷低、效能好、CPU占用率低等特點，能為使用者提供高并發(fā)、快速靈活、安全、兼容性好并且專門針對高性能網(wǎng)站的Web服務(wù)器環(huán)境［1］。Lighttpd的吞吐率能達(dá)到120 req/s,而Apache的吞吐率一般只在30 req/s左右［2］。圖像采用JPEG 2000標(biāo)準(zhǔn)和Motion JPEG 2000標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行編碼，加快圖像的傳輸同時減少誤碼率。JPEG 2000是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）發(fā)布的靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，以離散小波變換（DWT）作為核心，并可以在低碼率條件下提供更高圖像壓縮性能［3］。JPEG 2000壓縮碼流具有分辨率可分級性、質(zhì)量可分級性，并支持圖像漸進(jìn)傳輸，具有較好的抗誤碼性能［4］。Motion JEPG 2000標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圖像編碼的過程為：首先由連續(xù)的圖像幀逐幀地進(jìn)行編碼，將編碼得到的圖像數(shù)據(jù)組織在一起，并加入相應(yīng)的元素信息，如碼流屬性、時間戳、偏移量等，形成標(biāo)準(zhǔn)的Motion JPEG 2000 文件碼流，存儲為MJ2文件格式。解碼過程為：先從MJ2碼流中提取出圖像數(shù)據(jù)，再將每幀圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行JPEG 2000解碼，從而得到解碼后的圖像序列［5］。
1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計與實現(xiàn)
1.1Web客戶端結(jié)構(gòu)
Web客戶端由用戶登錄、系統(tǒng)時間和日期的設(shè)置與顯示、圖像顯示3個模塊構(gòu)成，如圖1所示。用戶通過賬號和密碼進(jìn)行安全登錄，如果登錄成功則客戶端自動獲取當(dāng)前時間和日期并實現(xiàn)系統(tǒng)時間和日期的設(shè)置，同時顯示當(dāng)前的時間和日期。設(shè)置時間和日期可使系統(tǒng)獲取有效時間的圖像，圖像顯示可實現(xiàn)系統(tǒng)存儲的圖像按時間順序在客戶端進(jìn)行顯示。
1.2服務(wù)器系統(tǒng)架構(gòu)
服務(wù)器系統(tǒng)由4個層次構(gòu)成，如圖2所示。從底層向上依次是：圖像采集層、圖像處理層、圖像存儲層、Web服務(wù)器層。圖像采集層實現(xiàn)對監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行圖像采集，圖像處理層對圖像采集層采集的圖像進(jìn)行處理來實現(xiàn)對圖像進(jìn)行選擇性存儲，圖像存儲層實現(xiàn)了對經(jīng)過圖像處理層處理過的圖像進(jìn)行存儲，Web服務(wù)器層用于實現(xiàn)與Web客戶端進(jìn)行交互。
（1）圖像采集層通過USB接口進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的傳輸。USB是通用串行總線的縮寫，具有支持熱插拔、傳輸速度快、兼容性好、擴(kuò)展方便等優(yōu)點［6］，其電路圖如圖3所示。
（2）圖像處理層和圖像存儲層通過JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)和Motion JPEG 2000標(biāo)準(zhǔn)對圖像采集層采集的圖像進(jìn)行編碼、處理、解碼、存儲。具體流程為：首先判定當(dāng)前輸入圖像幀是否為第一幀圖像，如果是第一幀圖像則由Motion JPEG 2000進(jìn)行編碼得到MJ2碼流，同時將MJ2碼流存儲下來作為下一幀圖像的MJ2碼流的參考碼流，具體處理過程如圖4(a)所示;如果不是第一幀圖像則將通過Motion JPEG 2000編碼得到的MJ2碼流與上一幀圖像的MJ2碼流進(jìn)行比較，當(dāng)兩幀圖像的MJ2碼流的差異大于或等于設(shè)定的閾值（由程序設(shè)定），則用當(dāng)前幀圖像的MJ2替換上一幀圖像的MJ2碼流作為下一幀圖像的MJ2碼流的參考碼流，同時由Motion JPEG 2000對當(dāng)前幀圖像的MJ2碼流進(jìn)行解碼得到輸出圖像幀進(jìn)行存儲，如果兩幀圖像的MJ2碼流的差異小于設(shè)定的閾值，則用當(dāng)前幀圖像的MJ2替換上一幀圖像的MJ2碼流作為下一幀圖像的MJ2碼流的參考碼流，具體處理過程如圖4(b)所示。
（3）Web服務(wù)器層通過Fastcgi協(xié)議與Web客戶端建立連接并進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，Web服務(wù)器與客戶端交互如圖5所示。
2系統(tǒng)測試與分析
2.1圖像監(jiān)控測試與分析
測試人員在攝像頭監(jiān)控區(qū)域作一些動作,系統(tǒng)對這些動作圖像進(jìn)行采集、處理并將圖像存儲下來,通過智能手機(jī)Web客戶端獲取并顯示,如圖6所示。
2.2圖像傳輸速度測試與分析
圖像傳輸速度的測試是通過筆記本電腦火狐瀏覽器的Firebug調(diào)試平臺中的網(wǎng)絡(luò)圖片來進(jìn)行的，如圖7所示。
由圖分析可得圖片從服務(wù)器端傳輸?shù)絎eb客戶端所需的時間最小為27 ms，最大為137 ms，平均所需的時間為64 ms，所需時間在60~70 ms范圍內(nèi)所占的百分比為48%。
3結(jié)論
隨著移動智能終端的快速發(fā)展和Web技術(shù)的廣泛應(yīng)用，圖像監(jiān)控系統(tǒng)需要順應(yīng)時代的發(fā)展，將監(jiān)控終端應(yīng)用于移動終端來滿足用戶的需求。本文提出并設(shè)計了基于Web的圖像監(jiān)控系統(tǒng)，通過Web客戶端實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。經(jīng)過測試該系統(tǒng)性能很好，Web客戶端訪問速度滿足用戶體驗。
參考文獻(xiàn)
［1］ 楊小嬌. 輕量級高并發(fā)Web服務(wù)器的研究與實現(xiàn)［D］.南京:南京郵電大學(xué),2014.
［2］ 楊穎瑩. 高性能Web框架的分析與應(yīng)用［D］.北京:北京郵電大學(xué),2012.
［3］ 林子明,梁利平. HEVC靜態(tài)圖像壓縮與JPEG 2000性能比較與分析［J］. 電視技術(shù),2015,39(13):2023.
［4］ 李波,何亮. 基于JPEG2000的視頻壓縮技術(shù)研究［J］. 成都大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2015,34(2):170172,187.
［5］ 舒建. 基于Motion JPEG 2000的低碼率視頻會議系統(tǒng)的設(shè)計［D］.成都：電子科技大學(xué),2012.
［6］ 王太曉,林曉煥,周靜雷. 基于STM32處理器的USB通信設(shè)計［J］. 微處理機(jī),2015（1）:2528.