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 電子信息學院,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行處理并存儲，客戶端通過Web服務器獲取存儲的圖像。
關鍵詞：Web；圖像；監(jiān)控系統(tǒng)；圖像傳輸
0引言
Lighttpd是德國人領導開發(fā)的開源Web服務器，具有內存開銷低、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站的Web服務器環(huán)境［1］。Lighttpd的吞吐率能達到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標準和Motion JPEG 2000標準進行編碼，加快圖像的傳輸同時減少誤碼率。JPEG 2000是國際標準化組織（ISO）發(fā)布的靜態(tài)圖像壓縮標準，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、質量可分級性，并支持圖像漸進傳輸，具有較好的抗誤碼性能［4］。Motion JEPG 2000標準進行圖像編碼的過程為：首先由連續(xù)的圖像幀逐幀地進行編碼，將編碼得到的圖像數(shù)據(jù)組織在一起，并加入相應的元素信息，如碼流屬性、時間戳、偏移量等，形成標準的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)進行JPEG 2000解碼，從而得到解碼后的圖像序列［5］。
1系統(tǒng)結構設計與實現(xiàn)
1.1Web客戶端結構
Web客戶端由用戶登錄、系統(tǒng)時間和日期的設置與顯示、圖像顯示3個模塊構成，如圖1所示。用戶通過賬號和密碼進行安全登錄，如果登錄成功則客戶端自動獲取當前時間和日期并實現(xiàn)系統(tǒng)時間和日期的設置，同時顯示當前的時間和日期。設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行顯示。
1.2服務器系統(tǒng)架構
服務器系統(tǒng)由4個層次構成，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服務器層。圖像采集層實現(xiàn)對監(jiān)控區(qū)域進行圖像采集，圖像處理層對圖像采集層采集的圖像進行處理來實現(xiàn)對圖像進行選擇性存儲，圖像存儲層實現(xiàn)了對經過圖像處理層處理過的圖像進行存儲，Web服務器層用于實現(xiàn)與Web客戶端進行交互。
（1）圖像采集層通過USB接口進行圖像數(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標準和Motion JPEG 2000標準對圖像采集層采集的圖像進行編碼、處理、解碼、存儲。具體流程為：首先判定當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碼流進行比較，當兩幀圖像的MJ2碼流的差異大于或等于設定的閾值（由程序設定），則用當前幀圖像的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對當前幀圖像的MJ2碼流進行解碼得到輸出圖像幀進行存儲，如果兩幀圖像的MJ2碼流的差異小于設定的閾值，則用當前幀圖像的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服務器層通過Fastcgi協(xié)議與Web客戶端建立連接并進行數(shù)據(jù)交互，Web服務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)對這些動作圖像進行采集、處理并將圖像存儲下來,通過智能手機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調試平臺中的網絡圖片來進行的，如圖7所示。
由圖分析可得圖片從服務器端傳輸?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范圍內所占的百分比為48%。
3結論
隨著移動智能終端的快速發(fā)展和Web技術的廣泛應用，圖像監(jiān)控系統(tǒng)需要順應時代的發(fā)展，將監(jiān)控終端應用于移動終端來滿足用戶的需求。本文提出并設計了基于Web的圖像監(jiān)控系統(tǒng)，通過Web客戶端實現(xiàn)遠程監(jiān)控。經過測試該系統(tǒng)性能很好，Web客戶端訪問速度滿足用戶體驗。
參考文獻
［1］ 楊小嬌. 輕量級高并發(fā)Web服務器的研究與實現(xiàn)［D］.南京:南京郵電大學,2014.
［2］ 楊穎瑩. 高性能Web框架的分析與應用［D］.北京:北京郵電大學,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,2015,39(13):2023.
［4］ 李波,何亮. 基于JPEG2000的視頻壓縮技術研究［J］. 成都大學學報(自然科學版),2015,34(2):170172,187.
［5］ 舒建. 基于Motion JPEG 2000的低碼率視頻會議系統(tǒng)的設計［D］.成都：電子科技大學,2012.
［6］ 王太曉,林曉煥,周靜雷. 基于STM32處理器的USB通信設計［J］. 微處理機,2015（1）:2528.