基于Web圖像監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

吳建鋒,羅小文

(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(xué) 電子信息學(xué)院,浙江 杭州 310018)

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基于Web圖像監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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(xué) 電子信息學(xué)院,浙江 杭州 310018)

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(wù)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(duì)圖像進(jìn)行選擇性存儲(chǔ)，即只采集像素發(fā)生了變化的圖像，減少存儲(chǔ)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(dòng)態(tài)圖像檢測(cè)算法對(duì)圖像進(jìn)行處理并存儲(chǔ)，客戶端通過Web服務(wù)器獲取存儲(chǔ)的圖像。

Web；圖像；監(jiān)控系統(tǒng)；圖像傳輸

引用格式：吳建鋒,羅小文. 基于Web圖像監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2016,35(16)：83-84，87.

0　引言

Lighttpd是德國(guó)人領(lǐng)導(dǎo)開發(fā)的開源Web服務(wù)器，具有內(nèi)存開銷低、效能好、CPU占用率低等特點(diǎn)，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(duì)高性能網(wǎng)站的Web服務(wù)器環(huán)境[1]。Lighttpd的吞吐率能達(dá)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(biāo)準(zhǔn)和Motion JPEG 2000標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行編碼，加快圖像的傳輸同時(shí)減少誤碼率。JPEG 2000是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)發(fā)布的靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，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(jí)性、質(zhì)量可分級(jí)性，并支持圖像漸進(jìn)傳輸，具有較好的抗誤碼性能[4]。Motion JEPG 2000標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圖像編碼的過程為：首先由連續(xù)的圖像幀逐幀地進(jìn)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(yīng)的元素信息，如碼流屬性、時(shí)間戳、偏移量等，形成標(biāo)準(zhǔn)的Motion JPEG 2000 文件碼流，存儲(chǔ)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(jìn)行JPEG 2000解碼，從而得到解碼后的圖像序列[5]。

1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.1Web客戶端結(jié)構(gòu)

圖1　Web客戶端結(jié)構(gòu)圖

圖2　服務(wù)器架構(gòu)圖

Web客戶端由用戶登錄、系統(tǒng)時(shí)間和日期的設(shè)置與顯示、圖像顯示3個(gè)模塊構(gòu)成，如圖1所示。用戶通過賬號(hào)和密碼進(jìn)行安全登錄，如果登錄成功則客戶端自動(dòng)獲取當(dāng)前時(shí)間和日期并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)時(shí)間和日期的設(shè)置，同時(shí)顯示當(dāng)前的時(shí)間和日期。設(shè)置時(shí)間和日期可使系統(tǒng)獲取有效時(shí)間的圖像，圖像顯示可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)存儲(chǔ)的圖像按時(shí)間順序在客戶端進(jìn)行顯示。

1.2服務(wù)器系統(tǒng)架構(gòu)

服務(wù)器系統(tǒng)由4個(gè)層次構(gòu)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(chǔ)層、Web服務(wù)器層。圖像采集層實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行圖像采集，圖像處理層對(duì)圖像采集層采集的圖像進(jìn)行處理來實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像進(jìn)行選擇性存儲(chǔ)，圖像存儲(chǔ)層實(shí)現(xiàn)了對(duì)經(jīng)過圖像處理層處理過的圖像進(jìn)行存儲(chǔ)，Web服務(wù)器層用于實(shí)現(xiàn)與Web客戶端進(jìn)行交互。

(1)圖像采集層通過USB接口進(jìn)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(kuò)展方便等優(yōu)點(diǎn)[6]，其電路圖如圖3所示。

圖3　USB接口示意圖

(2)圖像處理層和圖像存儲(chǔ)層通過JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)和Motion JPEG 2000標(biāo)準(zhǔn)對(duì)圖像采集層采集的圖像進(jìn)行編碼、處理、解碼、存儲(chǔ)。具體流程為：首先判定當(dāng)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(jìn)行編碼得到MJ2碼流，同時(shí)將MJ2碼流存儲(chǔ)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(jìn)行比較，當(dāng)兩幀圖像的MJ2碼流的差異大于或等于設(shè)定的閾值(由程序設(shè)定)，則用當(dāng)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(shí)由Motion JPEG 2000對(duì)當(dāng)前幀圖像的MJ2碼流進(jìn)行解碼得到輸出圖像幀進(jìn)行存儲(chǔ)，如果兩幀圖像的MJ2碼流的差異小于設(shè)定的閾值，則用當(dāng)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。

圖4　圖像處理層流程圖

(3)Web服務(wù)器層通過Fastcgi協(xié)議與Web客戶端建立連接并進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，Web服務(wù)器與客戶端交互如圖5所示。

圖5　Web客戶端與Lighttpd服務(wù)器之間數(shù)據(jù)交互圖

2　系統(tǒng)測(cè)試與分析

2.1圖像監(jiān)控測(cè)試與分析

測(cè)試人員在攝像頭監(jiān)控區(qū)域作一些動(dòng)作,系統(tǒng)對(duì)這些動(dòng)作圖像進(jìn)行采集、處理并將圖像存儲(chǔ)下來,通過智能手機(jī)Web客戶端獲取并顯示,如圖6所示。

圖6　圖像監(jiān)控測(cè)試圖

2.2圖像傳輸速度測(cè)試與分析

圖像傳輸速度的測(cè)試是通過筆記本電腦火狐瀏覽器的Firebug調(diào)試平臺(tái)中的網(wǎng)絡(luò)圖片來進(jìn)行的，如圖7所示。

圖7　圖像傳輸速度測(cè)試圖

由圖分析可得圖片從服務(wù)器端傳輸?shù)絎eb客戶端所需的時(shí)間最小為27 ms，最大為137 ms，平均所需的時(shí)間為64 ms，所需時(shí)間在60～70 ms范圍內(nèi)所占的百分比為48%。

3　結(jié)論

隨著移動(dòng)智能終端的快速發(fā)展和Web技術(shù)的廣泛應(yīng)用，圖像監(jiān)控系統(tǒng)需要順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，將監(jiān)控終端應(yīng)用于移動(dòng)終端來滿足用戶的需求。本文提出并設(shè)計(jì)了基于Web的圖像監(jiān)控系統(tǒng)，通過Web客戶端實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。經(jīng)過測(cè)試該系統(tǒng)性能很好，Web客戶端訪問速度滿足用戶體驗(yàn)。

[1] 楊小嬌. 輕量級(jí)高并發(fā)Web服務(wù)器的研究與實(shí)現(xiàn)[D].南京:南京郵電大學(xué),2014.

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Design and implementation of the image surveillance system based on Web

Wu Jianfeng1, Luo Xiaowen2

(1.Hangzhou Pioneer Electronic Technology Co., Ltd.,Hangzhou 310018, China;2.Electronic and Information Engineering, Hangzhou Dianzi University, Hangzhou 310018, China)

To speed up the transfer speed of the image, this paper presents a Web-based image surveillance system. The system uses a Web-based Lighttpd server to establish connection with the Web client and transfer data to speed up transmission of image data, in addition to optionally storing images that only the image pixel is changed to reduce the number of stored data thereby accelerating data transmission. The system a cquires images via USB image acquisition module, and processes and stores images using the dynamic image detction algorithm. The client obtains the stored images through Web server.

Web;image;surveillance system;image transmission

TP332.3

A

10.19358/j.issn.1674- 7720.2016.16.024

2016-03-21)

吳建鋒(1981-)，男，博士研究生，工程師，主要研究方向：智能家居及照明控制領(lǐng)域。

羅小文(1988-)，通信作者，男，碩士研究生，主要研究方向：智能家居及嵌入式應(yīng)用。E-mail:153938246@qq.com。