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的圖像監控系統。該系統使用了基于Lighttpd的Web服務器與Web客戶端建立連接并傳輸數據來加快圖像數據的傳輸，另外對圖像進行選擇性存儲，即只采集像素發生了變化的圖像，減少存儲的數鋸，從而加快數據的傳輸。系統通過USB圖像采集模塊采集圖像,由動態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；監控系統；圖像傳輸
0引言
Lighttpd是德國人領導開發的開源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、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）發布的靜態圖像壓縮標準，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：首先由連續的圖像幀逐幀地進行編碼，將編碼得到的圖像數據組織在一起，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據，再將每幀圖像數據進行JPEG 2000解碼，從而得到解碼后的圖像序列［5］。
1系統結構設計與實現
1.1Web客戶端結構
Web客戶端由用戶登錄、系統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系統時間和日期的設置，同時顯示當前的時間和日期。設置時間和日期可使系統獲取有效時間的圖像，圖像顯示可實現系統存儲的圖像按時間順序在客戶端進行顯示。
1.2服務器系統架構
服務器系統由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。圖像采集層實現對監控區域進行圖像采集，圖像處理層對圖像采集層采集的圖像進行處理來實現對圖像進行選擇性存儲，圖像存儲層實現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接口進行圖像數據的傳輸。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協議與Web客戶端建立連接并進行數據交互，Web服務器與客戶端交互如圖5所示。
2系統測試與分析
2.1圖像監控測試與分析
測試人員在攝像頭監控區域作一些動作,系統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到Web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展和Web技術的廣泛應用，圖像監控系統需要順應時代的發展，將監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的圖像監控系統，通過Web客戶端實現遠程監控。經過測試該系統性能很好，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Web服務器的研究與實現［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.