数字图像管理系统的研究

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基于视频的实时监控系统是图像处理领域的一个重要分支,在当前社会的实际生活、生产中担当重要的任务。随着人们对监控图像质量的要求日益提高,传统的模拟摄像头已经无法满足实际应用中的需求,而随着数字多媒体技术和网络技术的飞速发展,使用数字摄像头的视频监控系统已逐渐成为市场的主流产品。本文研究的数字图像管理系统即基于数字摄像头,对数字摄像头所拍摄的图像数据进行网络传输和压缩存储的处理。本课题研究的数字图像管理系统是指,将系统实现分为数字摄像头端和服务器端,其中数字摄像头端采用ARM芯片做处理器,主要负责对真实场景进行拍摄并实时地将采样得到的图像通过网络发送到服务器,同时,在服务器终端,通过对接收到的网络报文进行解析,获取到完整的图像序列,及时在服务器用户程序中显示图像并根据需要对图像进行不同方式的压缩存储。系统在实现时存在的主要问题是处理数据量大、运算复杂性高与系统实时性要求高之间的矛盾。在本系统中,主要体现在系统需要实时对摄像头所拍摄的图像进行压缩处理并将其存储到硬盘中,但是摄像头采集的数字图像都是24位真彩色图像且其采样帧率较高,因此系统需要处理的数据量大,对于处理速度来讲是一个很大的挑战。本文重点针对于数字图像的传输和管理,图像数据量大、系统处理速度慢的原因主要体现在以下几个方面:第一,摄像头端的处理器资源和存储空间相对不足,但频繁的图像采样和发送处理会产生大量的数据读取操作,对摄像头性能产生影响;第二,摄像头的采样数据通过网络发送到服务器端,复杂的网络情况会使传输数据出现丢包、失序、出错等情况,并且网络传输的速度难以控制;第三,采样数据的压缩处理会产生复杂度很高的运算,图像压缩后高压缩率和高图像质量很难同时满足。因此,系统在实现时,需要解决减少摄像头端处理器的任务、提高网络传输的可靠性和速度以及实现快速高图像质量高压缩率的图像压缩的问题,与此同时,实现时必须考虑到系统的实际应用场景,达到实时处理图像数据的目的。针对数字图像管理和传输中的问题,本文在大量调查研究的基础上,提出了一个有较好性能的解决方案。考虑到摄像头端客观条件的限制,在实现时摄像头仅负责数字图像的采集和发送,同时通过DMA控制器的使用,有效防止了频繁的数据读取对处理器正常工作的干扰。在实现图像的网络传输时,系统采用TCP作为传输层协议,保证的数据传输的可靠性,而轻量级网络协议栈的采用,则删减了不必要的功能,提高传输效率。根据具体使用时的不同需求,系统可以对摄像头发送的图像数据进行多种方式的压缩存储,为实现高效率、高画面质量的图像序列压缩,系统使用了H.264编码标准对图像序列进行相关处理。最终,本系统实现了数字图像的采集、发送、解析、显示、压缩和存储等处理,为后续监控图像的分析和识别奠定了基础。
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