基于X光钢丝绳芯输送带图像编解码算法的研究与实现

摘要

目前，钢丝绳芯输送带已广泛应用于煤炭、矿山、港口、电力、冶金、化工等领域。在使用过程中，由于钢丝绳芯输送带载荷量增加，被废钢铁或矸石等异物或障碍物划伤，长期在恶劣环境下使用输送带老化，输送机的安装调整不当，钢丝绳芯接头搭接和硫化不好等原因而产生钢丝绳芯断裂、划伤、锈蚀、接头伸长等故障，一旦发生故障将会造成重大断带安全事故而停产，运输物料的损耗，设备的损坏，巨大的经济损失和人员伤亡，严重影响安全生产。为了保证钢丝绳芯输送带安全运行，项目组采用X光无损探测技术研制了基于X光的钢丝绳芯输送带在线检测系统，能够远程在线检测输送带钢丝绳芯图像。但是该系统通过以太网传输的数据没有经过压缩，传输的数据量大，对网络传输要求高，占用大量的网络资源，易造成网络拥塞。为了保证了在线检测的可靠性和实时性，需要对X光钢绳芯输送带图像进行压缩后再传输。
　　本文针对基于X光钢丝绳芯输送带图像编解码算法与实现进行了研究，提出了线性差分的JPEG编解码算法，该算法根据X光钢丝绳芯输送带图像像素值行内分布规律，首先计算X光钢丝绳芯输送带图像每行相邻像素值的差值，然后对差值进行JPEG编解码，有效地减小了X光钢丝绳芯输送带图像像素间的相关性。在MATLAB环境下，编写了该算法的程序，并对其与线性差分编解码算法和JPEG编解码算法进行分析和比较，结果表明该算法在保证图像质量的前提下，提高了X光钢丝绳芯输送带图像的压缩率，减少了X光钢丝绳芯输送带图像数据量，降低了数据传输对网络的要求。采用C语言编程实现了基于X光钢丝绳芯输送带图像的线性差分的JPEG编解码算法的压缩编码算法;采用C＃语言编写了上位机软件，实现了基于X光钢丝绳芯输送带图像的线性差分的JPEG编解码算法的解压缩解码算法，并进行了实验。
　　结果表明，本文所提出算法能够实现对X光钢绳芯输送带图像的压缩和解压缩，压缩率可达到10∶1。制定了基于TCP/IP协议的TI公司DSP TMS320VC5509A芯片为核心的X光探测器与上位机的通信协议，设计了通信软件，实现了X光探测器与上位机之间的通信。
　　本文所提出的算法能够应用于基于X光的钢丝绳芯输送带在线检测系统中，减少了X光钢丝绳芯输送带图像传输的数据量，降低了对数据传输的要求，保证了检测的实时性，提高了数据传输的可靠性，在煤炭、矿山、港口、电力、冶金、化工等领域具有重要的应用价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 国内外研究现状

1．2 课题研究的目的和意义

1．3 课题的研究内容

第二章 图像编解码理论基础及性能评价

2．1 图像编解码理论基础

2．1．1 图像无损编码理论基础

2．1．2 图像有损编码理论基础

2．2 图像编解码性能评价

2．2．1 图像编解客观评价

2．2．2 图像编解主观评价

2．2．3 编解码时间的度量

2．3 本章小结

第三章 X光钢丝绳芯输送带在线检测系统及其探测器

3．1 X光钢丝绳芯输送带在线检测系统介绍

3．2 X光探测器

3．2．1 X光探测器设计方案

3．2．2 光电转换模块

3．2．3 A／D转换模块

3．2．4 采集控制及数据处理模块

3．2．5 以太网传输模块

3．3 本章小结

第四章 X光钢丝绳芯输送带图像编解码算法研究

4．1 X光钢丝绳芯输送带图像特点

4．2 X光钢丝绳芯输送带图像编码算法研究

4．2．1 线性差分编解码算法及实验结果

4．2．2 JPEG编解码算法及实验结果

4．2．3 线性差分JPEG编解码算法及实验结果

4．3 X光钢丝绳芯图像编码算法结果分析比较

4．3．1 线性差分编解码算法与线性差分JPEG编解码算法分析比较

4．3．2 JPEG编解码算法与线性差分JPEG编解码算法分析比较

4．4 本章小结

第五章 线性差分的JPEG编解码算法的压缩与解压缩算法实现

5．1 读取图像数据

5．1．1 初始化外部存储器

5．1．2 DSP数据空间分配

5．1．3 图像数据读取

5．2 线性差分JPEG编解码算法的压缩编码算法实现

5．2．1 IMGLIB库简介

5．2．2 使用IMGLIB库实现线性差分JPEG编解码算法

5．2．3 为IMGLIB库成员分配输出段

5．3 线性差分的JPEG编解码算法的解压缩算法实现

5．4 线性差分的JPEG编解码性能分析

5．5 本章小结

第六章 X光探测器与上位机软件设计

6．1 TCP／IP协议体系结构

6．2 X光探测器通信软件设计

6．2．1 网卡驱动程序软件设计

6．2．2 数据链路层协议软件设计

6．2．3 网络层协议软件设计

6．2．4 运输层协议软件设计

6．3 上位机通信软件设计

6．3．1 上位机通信软件界面设计

6．3．2 上位机通信程序设计

6．3．3 上位机通信程序测试

6．3．4 生成并保存解压缩后的图像

6．4 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢