基于Android的3G手機(jī)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)客戶端軟件設(shè)計(jì)
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②創(chuàng)建核心圖像處理線程。在該線程內(nèi)實(shí)現(xiàn)：抓取功能。
◆UVC設(shè)備單幀抓取，uvcGrab(struct vdIn*vd)函數(shù)實(shí)現(xiàn)單幀YUYV格式的原始圖像拷貝到內(nèi)存，采用高效的mmap內(nèi)存映射方法讀取;
◆JPEG核心算法實(shí)現(xiàn)，JPEG壓縮算法占用大量CPU時(shí)間，下一小節(jié)將詳細(xì)討論。
③創(chuàng)建套接字接口。為實(shí)現(xiàn)多用戶同時(shí)連接網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，必須采用socket服務(wù)線程，每當(dāng)有新用戶連接同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)新線程與之對應(yīng)，實(shí)現(xiàn)多用戶端同步監(jiān)控。
④搭建基于Web瀏覽器訪問方式的Web主頁。嵌入式設(shè)備資源有限，輕量級的Web Server主要有：Boa、Httpd、Thttpd等。本設(shè)計(jì)選用開源的Boa、交叉編譯Boa源碼配置boa.conf文件，配置系統(tǒng)etc自啟動shell加入Boa程序，將編寫HTML頁面文件放入系統(tǒng)中對應(yīng)的www目錄后即可正常工作。
2.2 MJPEG壓縮算法研究與實(shí)現(xiàn)
MJPEG(Motion Joint Photographic Experts Group)視頻編碼格式，把運(yùn)動的視頻序列作為連續(xù)的靜止圖像來處理，這種壓縮方式單獨(dú)完整地壓縮每一幀，編輯過程中可隨機(jī)存儲每一幀，可進(jìn)行精確到幀的編輯。MJPEG單幀壓縮算法為JPEG(Joint Photographic Experts Group)。人眼視覺生理特性決定眼睛對構(gòu)成圖像的不同頻率成分具有不同的敏感度。JPEG壓縮是有損壓縮，但損失的部分是人類視覺不容易察覺到的部分，利用眼睛對色彩域中的高頻信息部分不敏感的特點(diǎn)，節(jié)省大量需要處理的數(shù)據(jù)信息。一幀原始圖像數(shù)據(jù)對其進(jìn)行JPEG算法編碼過程分兩大部分：
①空間冗余度，去除視覺上的多余信息;
②結(jié)構(gòu)(靜態(tài))冗余度，去除數(shù)據(jù)本身的多余信息。
JPEG編碼中主要涉及包括：DCT、zigzag編碼、量化、RLE編碼、范式Huffman編碼、DC(直流分量)的編碼。JPEG編碼流程如圖4所示。
DCT(Discrete Cosine Transform)變換，又稱離散余弦變換是可逆的、離散的正交變換。它將原始圖像色彩空問域轉(zhuǎn)換為頻譜域。由于相鄰兩點(diǎn)像素色彩很多是接近的，壓縮這些不需要的數(shù)據(jù)必須利用圖像信號的頻譜特性。JPEG壓縮原理的理論依據(jù)是圖像信號頻譜線大都分布在0～6 MHz范圍內(nèi)，而且一幅圖像內(nèi)大多數(shù)為低頻頻譜線，而高頻的譜線只占圖像比例很低的圖像邊緣或者細(xì)微紋理細(xì)節(jié)的信號時(shí)才出現(xiàn)。根據(jù)這一特性，在做數(shù)字圖像處理時(shí)對包含信息量大的低頻譜區(qū)域分配較多的比特?cái)?shù)，相反的對于包含信息量低的高頻譜區(qū)域分配較少的比特?cái)?shù)，達(dá)到圖像壓縮的目的，而圖像質(zhì)量并沒有肉眼可察覺的降低。除了DCT變換，常用的變化算法還有：Walsh-Hadamard沃爾什哈達(dá)瑪變換、哈爾變換、傅氏變換等。
DCT變換公式為：
當(dāng)u=v≠0時(shí)C(u)=1，C(v)=1。f(i，j)經(jīng)過DCT變換之后，F(xiàn)(0，0)是直流系數(shù)，其他參數(shù)時(shí)為交流系數(shù)。經(jīng)過DCT變換后一幅圖像的DCT系數(shù)塊集中在8×8矩陣的左上方，這里直流DC系數(shù)幅度最大，這一矩陣區(qū)域集中了圖像的大部分低頻頻譜分量，離矩陣左上角越遠(yuǎn)的高頻頻譜幾乎不含圖像信息。變換過程本身雖然并不產(chǎn)生壓縮作用，但是變換后的頻率系數(shù)卻非常有利于碼率壓縮。
量化是對DCT系數(shù)的一個(gè)優(yōu)化過程，利用了肉眼的高頻不敏感特性對數(shù)據(jù)進(jìn)行大幅壓縮。整個(gè)過程是簡易的把頻率域的每個(gè)成份除以對應(yīng)的常數(shù)，并對結(jié)果四舍五入取整，整個(gè)流程的目的是減少非零的系數(shù)以及增加零值系數(shù)數(shù)目。量化是有損運(yùn)算，是圖像質(zhì)量下降的主要因素。對于人眼對亮度與色差的敏感性不一致，分別使用亮度量化表與色度量化表。對量化后的數(shù)據(jù)采用zigzag蛇形編碼，這是因?yàn)榻涣鞣至恐泻写罅康牧阒?，zigzag編碼可以產(chǎn)生更多連續(xù)的零值，對下一步使用行程編碼非常有利。
行程編碼(Run Length Coding)是一種根據(jù)相同數(shù)據(jù)連續(xù)重復(fù)多次的情況簡化表示的算法。例如，5555333333999按照行程編碼表示為(5，4)(3，6)(9，3)可以對數(shù)據(jù)，尤其是大量的零值壓縮數(shù)據(jù)長度。
編碼后的數(shù)據(jù)還須通過Huffman編碼來壓縮，Huffman編碼的最大特點(diǎn)是使出現(xiàn)頻率較高的數(shù)字小于8位，而出現(xiàn)頻率低的數(shù)字大于8位，這使得數(shù)據(jù)大幅壓縮。
到此數(shù)據(jù)的壓縮過程結(jié)束，對壓縮后的數(shù)據(jù)按照J(rèn)PEG文件格式要求進(jìn)行保存，加上文件開始標(biāo)記Start Of Image=FFD8，文件結(jié)束標(biāo)記End Of Image =FFD9，量化表標(biāo)記Deftne Quanttzation Table=FFDB，霍夫曼編碼表標(biāo)記Ddfine Huffman Table=FFC4，幀開始標(biāo)記Star Of Frame=FFC0等標(biāo)記，再加上圖片識別信息字節(jié)標(biāo)記就最終形成完整的可用于傳輸或存儲的JPEG幀圖像，通過套接字接口不間斷地發(fā)送JPEG圖像即形成MJPEG視頻流。
為提高CPU效率，減少進(jìn)程間切換產(chǎn)生的開銷，將壓縮算法函數(shù)集成到單一線程里。JPEG核心壓縮編碼函數(shù)MCUcode實(shí)現(xiàn)如下：
其中Y1、Y2、Y3、Y4對應(yīng)水平排列的4像素亮度值，CB、CR是水平排列以2像素為1單位像素的色度值。
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