基于JPEG2000编码技术和Web的网络图像监控系统的研究

摘要

基于计算机网络的网络图像监控系统近年来得到了长足的发展和广泛的应用，而基于Web(或者称为B/S结构)的网络图像监控系统由于Web所能带来的前所未有的广度和通用性成为网络图像监控系统的发展方向。然而目前现有的网络图像监控系统所采用的压缩技术，如MJPEG、MPEGl、MPEG4等，分别存在着种种不足，不适于基于Web的网络图像监控系统的需要。本文针对上述问题提出了能克服这些压缩技术的不足并具有多个其它优点的将视频分帧使用JPEG2000进行压缩的编码方案。 本文首先设计了基于JPEG2000的网络图像监控系统的核心方案，它包括以下四个部分：1).视频流的压缩、传输、显示及存储方案；2).监控终端带宽自适应调整图像帧率或质量的方案；3).利用JPEG2000的渐进码流组织特性将JPEG2000压缩码流按终端要求的图像质量、分辨率、分量进行截取生成“子码流”的策略及算法；4).JPEG2000感兴趣区编码(ROI)特性与运动检测的结合利用策略及其相关算法。然后利用KakaduJPEG2000开发包实现了一个基于上述方案的试验系统，该试验系统验证了上述方案及算法的有效性和可行性。同时本文还在试验系统的基础上加以改进和扩展，设计了基于多服务器协同处理和硬件编码的应用系统方案，该方案克服了上述试验系统负载能力不足和达不到25帧/秒实时编码帧率的缺点，另外本文还在该方案中设计了监控关键图像数据的XML数据封装格式，并使用了分布式开发模式WebServices和.NETRemoting，使该方案具有跨平台、数据可交换性好、可扩展性好等优点。 本文所设计的基于JPGE2000和Web的网络图像监控系统主要具有以下优点：1).具有最佳的帧内压缩性能和较好的整体压缩性能，各帧数据相互独立，可以克服帧间压缩所带来的不足；2).压缩图像帧率、质量、分辨率都可以灵活设置，并可根据每个终端不同的带宽特性为其传输合适帧率的监控图像；3).服务器在只压缩一次的前提下可以针对不同终端的要求生成质量、分辨率、颜色分量不同的多种码流；4).具有终端带宽变化自适应调整图像帧率或质量的能力；5).结合JPEG2000的感兴趣区编码(ROI)特性和运动检测，从而可以保证图像中含有闯入目标的关键区域的清晰度。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及本论文使用授权说明

第一章绪论

1.1网络图像监控系统的发展

1.2现有网络图像监控系统所采用的压缩技术的不足

1.3 JPEG2000作为WEB网络图像监控系统编码方案的优势和可行性

1.4本文的研究内容

1.5本文的安排

第二章JPEG2000的介绍及压缩性能测试

2.1 JPEG2000的基本结构

2.2 JPEG2000的主要新特性

2.3 JPEG2000压缩性能测试

2.4本章小结

第三章基于JPEG2000的网络图像监控系统的核心方案

3.1系统的压缩、传输、显示、存储方案

3.2监控终端带宽变化检测及自适应调整图像帧率或质量的方案

3.3 JPEG2000码流截取生成“子码流”的算法

3.3.1 JPEG2000标准渐进码流组织介绍

3.3.2码流截取算法设计

3.3.3算法测试

3.4与运动检测相结合的JPEG2000 ROI特性的利用方案

3.4.1运动检测功能与JPEG2000 ROI特性结合策略的提出

3.4.2 JPEG2000 ROI算法的选取

3.4.3运动检测及ROI区域参数提取算法设计

3.4.4算法测试

3.5本章小结

第四章基于JPEG2000和WEB的网络图像监控试验系统的实现

4.1试验系统的设计与开发

4.1.1系统结构框图与各模块功能简要描述

4.1.2 Kakadu软件开发包

4.1.3大恒CG300图像采集卡

4.1.4系统主要模块的工作流程及开发过程

4.2试验系统运行结果及性能测试

4.2.1总体运行效果及截屏图

4.2.2压缩编码与解压显示实时性测试

4.2.3系统负载能力测试

4.2.4终端带宽自适应能力测试

4.3本章小结

第五章基于JPEG2000和Web的网络图像监控应用系统的方案设计

5.1引言

5.2 JPEG2000监控关键帧图像数据的XML封装

5.2.1 XML标准简介

5.2.2 JPEG2000关键监控帧数据的XML封装

5.3系统整体结构方案与分析

5.4本章小结

第六章总结与展望

攻读硕士学位期间发表的论文

参考文献

致 谢