高保真实时准动态图像采集压缩和远程传输..

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1、高保真实时准动态图像采集压缩和远程传输..摘要：基于大量的实际研究工作，论述了高保真实时准动态图像采集压缩和远程传输平台的设计思想、总体结构、关键技术和优化策略。着重对视频采集技术、压缩技术、图像实时传输技术、同步技术和自适应技术作了具体阐述。在相关技术领域有重要的学术价值和实际意义。关键词：高保真自适应帧间压缩双向调节在Inter飞速发展和广泛普及的今天，信息传输从两方面加强力度：一是多媒体化；二是实时化。在此基础上，高保真准动态图像采集、压缩和远程传输技术成为许多先进国家计算机领域的重要研究课

2、题。在军事上，战场信息已经不只是文字类型，而需要为决策者提供高质量的动态实时图像信息，以便及时准确地了解战场真实情况；另外，对国外新式战斗机、导弹等先进武器和装备，也不只是从文字上了解散其功能、从静态图片上了解其形状，而是要解其在实战中的具体功能、实际威力以及真实效果，使决策者和科技人员获得动态和感性的认识，有身临其境之感。在工业上，需要对一些多变的、有毒的、人类不宜久留的场合进行监测。在医疗上，则需要一些高级专家对异地的病人进行诊断和治疗……这些都是基于高保真实时准动态图像采集压缩和远程传输技术

3、的综合实现。本文结合课题组长期的研究阐述其主要技术及其优化策略。1系统设计思想本系统的设计目标是基于Inter实现远程部点之间的高保真准动态图像的实时传输。整个系统贯彻如下设计思想：发送站点和接收站点都具对图像质量的控制功能，以适应Inter传输率不稳定的情况；对图像采用多种类型的压缩技术，以适应不同的图像分辨率和环境要求；在Inter信道传输率较差时，能够启动自适应功能。2系统总体结构在物理上，本系统分为发送站点和接收站点两部分。在逻辑上，本系统分为图像采集、压缩和传输子系统、性能控制子系统。整

4、个系统包含如下六个独立的功能模块，如图1所示。（1）图像采集、压缩和传输子系统·图像采集模块，发送站点从摄像机读原始视频流，按一定的格式存储为视频数据。·图像压缩模块，发送站点将视频数据压缩，为网络传输作准备。·视频传输模块，利用RTP和UDP协议将压缩后的视频数据发送到远程站点。·视频解压缩模块，接收站点将接收到的压缩数据用解压缩算法还原成视频数据。（2）性能控制子系统·客户/服务器同步模块，使发送站点和远程接收站点在视频格式和设置方面保持一致。·自适应模块，在信道传输率较差时，能自动启动自适应

5、功能，使系统的视频传输适应复杂的网络情况。3系统设计中的关键技术和优化策略3.1视频采集技术分析和选择为了实时视频采集，需要安装相应的视频采集设备。即视频采集卡和摄像头等。并需要安装相应的驱动软件来支持这些设备的运行。MX实现DCT变换，大幅度提高了运算速度。此外，为了实现良好的帧间压缩，比较了两种不同的压缩方式。第一种方式是以象素为基础，首先将其与上一帧作差，得到一个稀疏矩阵。在作差的过程中，采用小范围匹配的方法去掉一部分噪声，然后采用优化的行程编码得到最后结果，并把当前帧保存在指定的内存区，作

6、为下一帧作差的参考帧。第二种方式是以宏块为基础的运行补偿方式，首先计算运动矢量，然后采用行程编码和哈夫曼编码。用运动补偿技术既可以达到较高的压缩比又有相当好的图像质量。对于第一种以象素为基础的编码方式，在保证较高的帧频和压缩比的情况下，图像质量好。而对于第二种以宏块为基础的运动补偿编码方式，图像质量稍差，但压缩比较高，适用于数据传输率较低的情况。为吸收二者的长处，笔者在对H.263源程序分析的基础上进行了优化，采用混合压缩编码方案。此方案将上述两种方式结合起来，从而使系统有效地适用于Inter传输

7、。因为远程站点之间通过Inter进行传输时，信道的数据传输率不是固定的。所以，系统中通过信道测试反馈信息改变量化时的步长，从而调节视频信息的数码率，以便更好地适应信道传输率的变化。优化方案的思想是：通过传输模块反馈回来的信息，得知当前网络的传输速率，以此来调整压缩算法的各个参数，即压缩质量、每秒帧数等，获得当前最好的帧率和质量。具体从两方面实施：一是对帧内压缩方法进行优化；二是对帧间压缩方法进行优化。对帧内压缩方法的优化主要通过改变压缩质量的参数来调节图像质量和压缩比。对帧间压缩方法的改进是通过改

8、变频率、关键帧间的距离调节传输速率。改变每秒采集和传输图像的数目，以改变传输数据的大小。帧间压缩要用到运动补偿，其关键在于两帧之间的差别大小。如果图像只有微小的变化，那么经过作差后压缩效果较好；如果图像变化很大，那么经过作差后压缩效果较差。为充分利用运行压缩的特点，根据图像变化的大小来调节关键帧间的距离。在图像变化不大的情况下，非关键帧数据较少，此时拉长关键帧间的距离既可以低传输率，又不影响图像的质量；在图像变化较大的情况下，非关键帧数据较多，此时缩短关键帧间的距离，以增加运动补偿