远程图像渐进传输方法及系统

摘要

本发明公开了一种远程图像渐进传输方法及系统，用于解决现有遥感影像渐进传输方法及系统传输效果差的技术问题。技术方案是实时采集一幅图像，并对这幅图像进行JPEG2000压缩，之后发送第一层码流。图像接收系统接收到码流后，解码显示图像。用户判决是否需要渐进传输该图像。若需要渐进，则发送渐进请求到图像发送系统。图像发送系统发送增量数据到图像接收系统，图像接收系统根据增量数据，结合已有的图像数据，解压出更清晰图像；若不需要渐进，则发送指令到图像发送系统，进行下一幅图像的采集。由于采用JPEG2000压缩标准，提高了传输效果。由于系统设计了用户交互接口，根据用户的判断来决定传送的码流数量，节省了带宽资源。

说明书

技术领域

本发明涉及一种远程图像传输方法，特别是涉及一种远程图像渐进传输方法。还 涉及一种远程图像渐进传输系统。

背景技术

在图像的远程传输中，图像采集设备可获取大量高空间和时间分辨率的图像数据 的能力与有限的传输信道之间具有不可调和的矛盾，在这种情况下，如何利用有限的 带宽，获取尽可能多的用户感兴趣的图像数据，是远程图像传输的一个关键问题。

图像渐进传输在图像传输过程中，先传输图像的大致信息，大大降低了图像传输 需要的带宽，然后根据用户的具体需求进一步传输图像的细节信息或进行下一幅图像 传输。当用户认为图像包含感兴趣信息而又不满意图像质量时，则继续接收该图像进 一步的细节信息，随着细节信息的增加，用户获取的图像质量逐渐提高；而当用户认 为图像不包含感兴趣信息或满意当前包含感兴趣信息的图像质量时，则进行下一幅图 像的传输。可见，图像渐进传输可以根据用户的具体需求决定图像传输的数据量，避 免了用户不感兴趣的信息的传输，大大减小了图像传输的带宽需求。

参照图8。文献“专利公开号是CN103796018A的中国发明专利”公开了一种遥 感影像渐进传输方法及系统。该方法为对原始遥感图像先构建金字塔，针对各层进行 瓦片切割。对用户请求的每一个瓦片进行小波变换，之后进行SPIHT编码然后打包传 输。接收端收到包后，解压显示。通过这种方式，后面传输的数据是前面已接收数据 的增量，每次根据新解压的数据对已显示的影像实时更新，实现了影像显示的快速平 滑过渡。这种方法采用SPIHT算法进行编码，不能保证每个截断点处都是最优的码流， 渐进效果不好。

遥感影像渐进传输系统包括：用于对图像进行实时压缩的发送端，发送端包括对 遥感影像进行实时读取和处理的图像读取模块，以及对处理后的瓦片进行实时编码和 压缩的图像压缩模块；用于对发送端发送的包进行实时解压的接收端，接收端包括对 包进行实时解压的图像解压缩模块和对解压后的重建图像进行显示的图像显示模块； 以及用于发送端与接收端之间进行实施数据传输的传输模块。该系统对每一幅图像都 会传输全部码流，缺少用户交互接口，不能根据用户的判断来决定传送的码流数量， 浪费了带宽资源。

发明内容

为了克服现有遥感影像渐进传输方法及系统传输效果差的不足，本发明提供一种 远程图像渐进传输方法。该方法实时采集一幅图像，并对这幅图像进行JPEG2000压 缩，之后发送第一层码流。图像接收系统接收到码流后，进行解码显示，得到最模糊 的图像。此时用户判决是否需要渐进传输本图像。若需要渐进，则发送渐进请求到图 像发送系统。图像发送系统发送增量数据到图像接收系统，增量数据中包含当前已接 收图像的下一层信息，图像接收系统根据所述增量数据，结合目前已有的图像数据， 解压出一幅更清晰的图像；若不需要渐进，则发送拍照指令到图像发送系统，进行下 一幅图像的采集。采用JPEG2000压缩标准，保证了截取点处的码流最优，失真最小， 提高了渐进传输效果。由于系统设计了用户交互接口，根据用户的判断来决定传送的 码流数量，节省了带宽资源。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种远程图像渐进传输方法，其 特点是采用以下步骤：

步骤一、接收系统发出拍照指令，发送系统接收到拍照指令后，图像采集设备实 时采集一幅原始图像。

步骤二、对获取的原始图像数据采用JPEG2000标准压缩，并将压缩后的数据暂 存于存储器中。

步骤三、对存储器中的渐进码流进行分层处理，并直接传输第一层数据。

步骤四、图像渐进码流按字节传输，即每当发送端发送1字节数据，接收端接收 1字节并将其写入存储器中，直到所发送的当层数据全部写入存储器中。接收系统发 出的指令不同，码流写入存储器的不同位置；

a)如果接收端发送拍照指令，则接收到第一层码流数据，直接写入存储器中。

b)如果接收端发送渐进传输指令，则接收到新一层码流数据，接上层数据写入存 储器中。

步骤五、每次都读取存储器中全部JPEG2000码流，并在码流最后增加结束符。 得到可解压的符合JPEG2000标准的图像码流。对该图像码流进行解压得到一幅新图 像，缓存在存储器中。

步骤六、将数字信号转换成模拟信号进行图像显示。

步骤七、用户根据对当前显示图像的主观感受，决定是否需要渐进传输所显示图 像，并发出不同指令。

如果用户认为需要渐进传输所显示图像，即所显示图像包含感兴趣信息而又不满 意图像质量时，则发出传输渐进指令；

如果用户认为不需要渐进传输所显示图像，即所显示图像不包含感兴趣信息或满 意当前包含感兴趣信息的图像质量时，则发出传输下一幅图像指令，图像传输完毕。

一种远程图像渐进传输系统，包括发送系统和接收系统，所述发送系统由图像采 集模块、图像压缩模块和无线发射模块组成。所述接收系统由无线接收模块、图像解 压模块和图像显示模块组成，其特点是发送系统和接收系统均采用FPGA进行控制。 发送系统的图像采集模块采用微型相机；发送系统和接收系统的图像压缩模块、图像 解压模块采用图像编解码芯片；发送系统和接收系统的无线发射模块、无线接收模块 采用无线传输模块；接收系统的图像显示模块采用VGA接口。

发送系统的图像采集模块输出原始图像数据流。图像压缩模块通过图像数据线读 入原始图像码流，进行压缩，得到原始图像的全部JPEG2000的码流，缓存在存储器 中。全部JPEG2000码流从存储器中分层读出，并通过串口传送给无线发射模块，无 线发射模块每次只发送一层码流。

接收系统的无线接收模块接收图像码流，之后无线接收模块通过串口将图像码流 输出，缓存在存储器中。每次解压时，读取存储器中已接收的全部码流，经过图像解 压模块的图像数据线送入图像解压模块。解压后的图像按照显示时序发送到图像显示 模块，经数模转换后，显示解压后图像。随着接收到图像层次的增多，每次需解压的 JPEG2000码流也会增多，显示的图像逐步清晰。

本发明的有益效果是：该方法实时采集一幅图像，并对这幅图像进行JPEG2000 压缩，之后发送第一层码流。图像接收系统接收到码流后，进行解码显示，得到最模 糊的图像。此时用户判决是否需要渐进传输本图像。若需要渐进，则发送渐进请求到 图像发送系统。图像发送系统发送增量数据到图像接收系统，增量数据中包含当前已 接收图像的下一层信息，图像接收系统根据所述增量数据，结合目前已有的图像数据， 解压出一幅更清晰的图像；若不需要渐进，则发送拍照指令到图像发送系统，进行下 一幅图像的采集。采用JPEG2000压缩标准，保证了截取点处的码流最优，失真最小， 提高了渐进传输效果。由于系统设计了用户交互接口，根据用户的判断来决定传送的 码流数量，节省了带宽资源。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

附图说明

图1是本发明远程图像渐进传输方法的流程图。

图2是本发明远程图像渐进传输系统的框图。

图3是图2中无线模块控制示意图。

图4是本发明方法传输第一层图像码流后显示的图像。

图5是本发明方法传输第二层图像码流后显示的图像。

图6是本发明方法传输第三层图像码流后显示的图像。

图7是本发明方法传输第四层图像码流后显示的图像。

图8是背景技术遥感影像渐进传输系统的框图。

具体实施方式

参照图1-7。本发明远程图像渐进传输方法具体步骤如下：

(1)图像采集：实时获取一幅图像。

本系统采用微型相机对准所要拍摄的场景，等待图像拍摄指令。接收系统发出拍 照指令，当发送系统接收到拍照指令后，启动微型相机拍照，得到一幅原始图像。

(2)图像压缩：对获取的原始图像数据进行压缩与分层编码。

本系统采用JPEG2000编码标准。JPEG2000采用小波变换方式使得图像具有质量 渐进、分辨率渐进、空间位置渐进和彩色分量渐进的四维渐进特点，可以在频率域上 实现先传输低分辨率轮廓、再传输高分辨率细节的渐进方式，适合一些较差通信环境 中的传输。正是因为JPEG2000具有分层编码的特点，若将JPEG2000码流分割成多段， 分别从头开始解码不同长度的码流，则会发现图像从模糊到清晰的渐进效果。该系统 基于JPEG2000图像码流的这个特点进行渐进传输。设定压缩后图像大小为16KB，写 入存储器中。

(3)分层传输：对渐进码流进行分层传输。

分层传输的层数和每一层的大小可以根据需求改变。本系统将一幅图像分为四层 传输，第一层大小为2KB，第二层大小为2KB，第三层大小为6KB，第四层大小为 6KB，总计2+2+6+6＝16KB。接收系统发出的指令不同，分层传输的内容不同：

a)如果发送端收到拍照指令，则启动微型相机拍摄一幅新图像，进行压缩编码， 只传送其第一层数据。

b)如果发送端收到渐进传输指令，则发送下一层码流数据。如果所有图像码流数 据均已经传输，则自动开始下一幅图像的采集与渐进传输流程。

(4)码流接收：接收渐进码流并将其写入存储器中。

图像渐进码流按字节传输，即每当发送端发送1字节数据，接收端接收1字节并 将其写入存储器中，直到所发送的当层数据全部写入存储器中。接收系统发出的指令 不同，码流写入存储器的位置不同：

a)如果接收端发送拍照指令，则接收到第一层码流数据，直接写入存储器中。

b)如果接收端发送渐进传输指令，则接收到新一层码流数据，接上层数据写入存 储器中。

(5)图像解压：读取图像码流，将其解压成一幅图像，准备显示。

每次都读取存储器中全部JPEG2000码流，并在码流最后增加结束符。这样就得到 了可解压的符合JPEG2000标准的图像码流。对此数据进行解压即可得到一幅新图像， 缓存在存储器中。

(6)图像显示：将数字信号转换成模拟信号，便于显示。

(7)用户决策：用户根据对当前显示图像的主观感受，决定是否需要渐进传输本 图像，并发出不同指令。下面分别说明：

a)如果用户认为需要渐进传输本图像，即当前图像包含感兴趣信息而又不满意图 像质量时，则发出传输渐进指令。

b)如果用户认为不需要渐进传输本图像，即当前图像不包含感兴趣信息或满意当 前包含感兴趣信息的图像质量时，则可发出传输下一幅图像指令。本幅图像传输完毕。

本发明远程图像渐进传输系统分为发送系统与接收系统。其中，发送系统包括图 像采集模块、压缩模块和无线发射模块；接收系统包括无线接收模块、解压模块和图 像显示模块。其中，图像采集模块可选用任何图像获取设备，压缩模块和解压模块采 用同款基于JPEG2000压缩标准的专用图像编解码芯片，无线发射模块和无线接收模 块选用同款专用无线传输模块，图像显示模块采用VGA接口。系统控制采用FPGA。

各模块之间信号流关系如下：

发送系统的FPGA通过图像采集模块视频输出接口接收到原始图像数据流，再将 接收到的图像数据流发送给图像压缩模块进行压缩。此时FPGA控制图像压缩模块通 过图像数据线读入原始图像码流，进行压缩，得到本图像的全部JPEG2000的码流， 缓存在存储器中。最后，FPGA从存储器中分层读出图像码流，并通过串口传送给无 线发射模块，每次只发送一层码流。

接收系统的FPGA控制无线接收模块接收图像码流，无线接收模块通过串口将图 像码流输出，FPGA将其缓存在存储器中。每次解压时，FPGA读取存储器中已接收 的全部码流，经过图像解压模块的图像数据线送入图像解压模块。经解压后得到图像。 FPGA将图像按照显示时序发送到图像显示模块，经数模转换后，VGA接口输出数据 到显示器，显示解压后图像。随着接收到图像层次的增多，每次需解压的JPEG2000 码流也会增多，经解压后的图像也会逐步清晰。

各模块相关参数配置包括：

图像采集模块，可选用任何图像采集设备，不同设备参数配置不同，但须确保本 模块可以正确工作。此系统以微型相机为例，FPGA控制I2C串行总线接口，配置微 型相机工作参数寄存器。

压缩和解压模块，主要设置工作模式和渐进功能的相关编码参数。FPGA通过压 缩和解压模块的主控数据线将写好的初始化信息写入芯片内部。对于发送系统，编解 码芯片设置为压缩编码工作模式，用户可自定义输入图像的大小，并实现码流特性按 照质量层渐进，同时确定压缩后图像的大小。对于接收系统，编解码芯片设置为解码 工作模式。

无线传输模块，主要设置波特率、网络标识符、信道参数配置。通过串口发送AT 指令初始化，使其上电后能够自组网，同时按照一定速率在特定频率特定无线网络环 境下工作。

图像显示模块，主要设置刷新时序，使图像能正常显示。

图4-7展示了一幅图像分四层传输的显示效果。其中，FGPA采用Altera公司的 CycloneⅣ系列的EP4CE15F17C8N。无线模块设置波特率在38400bps，通信频率在 2405MHz，即2.405GHz。

从图4中可以看到，传输获取第一层图像码流后显示的图像严重模糊，不能分别 人物边界和人物腹部纹理。从图5中可以看到，传输获取第二层图像码流后显示的图 像，可以看到人物边界明显，对于形体较大的人物，腹部纹理可辨别，但对于形体较 小的人物，腹部纹理仍较模糊。从图6中可以看到，传输获取第三层图像码流后显示 的图像人物边界和腹部纹理都已清晰可辨，但一些细节如头部区域不够平滑。从图7 中可以看到，传输获取第四层图像码流后显示的图像，可以看到人物边界明显，腹部 纹理清晰，头部区域平滑。