窄信道情況下遠程屏幕圖像高倍壓縮的技術創(chuàng)造論文

第頁共頁窄信道情況下遠程屏幕圖像高倍壓縮的技術創(chuàng)造論文窄信道情況下遠程屏幕圖像高倍壓縮的技術創(chuàng)造論文0引言信息化戰(zhàn)爭條件下，軍隊大量采用計算機設備，需要傳輸計算機屏幕圖像信息。但在戰(zhàn)場環(huán)境下，有時只具備短波、超短波等窄信道通信系統(tǒng)。窄信道情況下，利用現有的壓縮標準對獲得的計算機屏幕信息進展傳輸，必然會導致“馬賽克”現象和“跳幀”現象，這主要由于圖像傳輸的速度慢引起的。取Windows顯示分辨率為1024×768，顏色位數24位真彩色，那么毎幀計算機屏幕圖像大小約為2.25MB，要到達實時效果，每秒至少要傳輸24幀圖像，即每秒需傳輸54MB的圖像數據，數據量宏大，必須采用適宜的壓縮算法，才能保證實時監(jiān)控的實現。為解決這些問題，必須從以下兩方面進展研究，一方面是不斷進步監(jiān)控系統(tǒng)的網絡傳輸帶寬，在信道帶寬一定的情況下，這種做法是不現實的。另一方面是研究更高效的圖像壓縮算法，減少信息傳輸量，實現窄信道情況下的圖像傳輸。本文就是在帶寬固定的情況下，提出的一種針對軟件界面屏幕圖像的壓縮傳輸方法。1、傳統(tǒng)的壓縮方法分析^p計算機屏幕的監(jiān)控圖像編碼可以分為幀內編碼和幀間編碼兩種。文獻[1]幀內壓縮針對不同的色彩塊利用不同的壓縮方法，壓縮效率高但是耗時較長。幀間壓縮將1s搜集到的數據幀存入緩沖區(qū)，以第一幀為I幀，其余幀與I幀比擬，記錄比擬后不同數據的位置和幀號并進展傳輸。工程用軟件系統(tǒng)界面相對前后兩幀內容一般變化不大，因此通過比擬只傳輸前后幀的變化局部，從而大幅減少需要傳輸的數據量。文獻[2]給出一種16×8的屏幕分塊方法，對屏幕進展處理。但文章并未對各分塊方法的優(yōu)劣進展詳細闡述，不同的情況下，采用不同的屏幕分塊方法，對圖像的壓縮率有比擬大的影響。判斷前后兩幀屏幕變化的方法有直接比擬法和CRC比擬法。前者調用MemCmp內存比擬函數，逐個字節(jié)比擬前后兩幀屏幕的內存數據，數據比擬時需要比擬大的內存空間。后者計算圖像的CRC值，通過比擬兩幀圖像的CRC值判斷圖像是否發(fā)生改變，此方法處理時間比擬長。針對軟件界面存在大量單色區(qū)域且界面圖像變化不頻繁等特點，本文在壓縮過程中給出了“格”的詳細劃分方法，并采用XOR和直接判斷相結合的方法判斷動態(tài)格，對幀間變化的格壓縮傳輸，最后比擬分析^p了不同屏幕格分方案和圖像傳輸方法下的圖像處理耗時和數據傳輸量。2、改良的計算機屏幕壓縮方法2.1圖像分格方法將屏幕分為m×n的小矩形，每一個小矩形稱為一個靜態(tài)格，靜態(tài)格存儲著屏幕圖像的位圖數據，如式〔1〕～式〔2〕所示。S■=S■…S■┆？塤┆S■…S■〔1〕D■=D■…D■┆？塤┆D■…D■〔2〕屏幕分塊的數量應根據實際情況來設定，假設數量過多將會導致塊處理時間的總和超過全屏數據的傳輸時間，雖然這樣網絡帶寬占用小，但實時性下降；假設靜態(tài)格的數量過少，那么全屏處理占用的網絡帶寬下降幅度小，速度進步效果不明顯。本文根據所處理圖像的特點提出一種基于自適應分格的方法[3]對獲得的圖像進展分塊，其主要的核心思想就是對圖像進展區(qū)域劃分，采用四叉樹分解進展自適應分割，分出圖像中單色和非單色矩形區(qū)域，記錄其對角點坐標〔x1，y1〕、〔x2，y2〕，以及顏色clr。劃分方法如圖1所示。分割方案的詳細步驟如下：Step1將原始圖像分成四個大小一樣的矩形，判斷每個方塊是否滿足一致性標準。Step2設定劃分的.深度范圍，即值域塊所允許的最大與最小值，本文設定最大值為〔m/2〕×〔n/2〕，最小值為4×4。Step3假如滿足劃分的最小深度范圍就不在繼續(xù)分割〔及時沒有到達一致性標準〕，否那么假如不滿足一致性就繼續(xù)分割，繼續(xù)對所得的方格進展深度范圍和一致性檢驗。Step4重復Step3，直到所有的方塊都滿足一致性標準。2.2動態(tài)格的判斷采用XOR法對前后幀之間發(fā)生變化的格進展判斷：將前后兩幀屏幕對應的靜態(tài)格矩陣直接進展“或”運算，即式〔3〕中的元素Sij∧Dij，得出動態(tài)格矩陣Fij，其中取“∧”為XOR運算，屏幕位圖未變化局部的值將為0，圖像復原后即“黑塊”，不需要傳輸；而變化局部的值為1，需要傳輸。假如兩幀內容變化很少，那么會出現大量連續(xù)的0，那么需要傳輸的數據量變小，解碼端只需要少量的數據便可以恢復出原圖像。Fij=Sij∧Dij=S■…S■┆？塤┆S■…S■∧D■…D■┆？塤┆D■…D■〔3〕根據本文的格分方案，動態(tài)塊的判斷分為以下三種情況：①前后兩幀對應的靜態(tài)格均為單色塊，那么只比擬靜態(tài)格的顏色clr，假設一樣Fij為0矩陣，即黑塊，否那么只記錄clr值的變化；②前后兩幀對應的靜態(tài)格為單色塊和非單色塊，那么Fij矩陣；③前后兩幀對應的靜態(tài)格均為非單色塊，運用XOR運算得出相應的動態(tài)塊矩陣。幀內壓縮算法采用JPEG-2000圖像壓縮標準，在壓縮比到達100：1時，峰值信噪比〔PSNR〕值仍能到達30以上。使用LHA、GZIP等通用的壓縮算法后，圖像尺寸雖然有所減小，但其算法本身消耗時間數多于JPEG-2000壓縮算法。3、算法驗證在某工程平臺，測試程序運行環(huán)境為Windows2000平臺，CPU為Pentium〔R〕3.20GHz，內存為2GB，顯卡為RANEONX300/X500，顯存為256MB。3.1不同格分方案比擬對軟件界面采集24幀屏幕數據〔8幀完全一樣，8幀不完全一樣，8幀完全不同〕，以原有的4種分格方案和本方案進展比照，得到的實驗數據如表1所示。3.2動態(tài)格判斷方法比擬分別采用MemCmp、CRC和XOR方法對前后兩幀屏幕進展10次測試，結果如表2所示。從表1可以看出相對于固定大小的分格方法，本文的方法占用了更多的計算機的采集處理時間，但總體處理時間縮短了，并且前后兩幀的差異變小，圖像的實際傳輸數據量減小。從表2可以看出MemCmp內存占用率最低，XOR消耗時間最短，MemCmp方法占用內存較大，選用XOR和MemCmp相結合的方法進展動態(tài)格判斷的效率最高。在以上實驗環(huán)境下，對改良方案的傳輸效率進展測試，結果說明對于軟件屏幕圖像的傳輸，本方法可以到達實時的要求，但對于視頻的傳輸延遲率較大，不能滿足需要。4、結論本文針對計算機屏幕遠程監(jiān)控，提出了自適應分格和異或幀間分塊壓縮結合起來的方法，并對其性能進展了測試，測試說明，對于計算機軟件屏幕圖像的監(jiān)控，利用本方法可以大幅度進步圖像的壓縮和傳輸的效率，可以完成低帶寬時監(jiān)控圖像的實時傳輸，但本方法不適用于視頻圖像的實時傳輸?！緟⒖嘉墨I】：^p：[1]劉愛華，陳鈞.基于局域網的實時圖像傳輸的壓縮改良算法[J].南京工程學院學報，2023，9〔1〕.[2]朱國仲，陳海濤，陸桂明.基于GDI的遠程屏幕圖像實時傳輸[J].華北水利水電學院學報，2023，31〔5〕.[3]江禹生，邵巍，丁蘭欣.基于四叉樹的分形圖像壓縮編碼算