基于Android的MJPEG網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)設(shè)計(jì)
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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(hào)的頻譜特性。JPEG壓縮原理的理論依據(jù)是圖像信號(hào)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(hào)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行大幅壓縮。整個(gè)過程是簡(jiǎn)易的把頻率域的每個(gè)成份除以對(duì)應(yīng)的常數(shù)，并對(duì)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(duì)于人眼對(duì)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(duì)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(duì)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(jiǎn)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(duì)數(shù)據(jù)，尤其是大量的零值壓縮數(shù)據(jù)長(zhǎng)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(duì)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(shí)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(chǔ)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(duì)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。
3 Android客戶端設(shè)計(jì)
Android是Google公司推出的針對(duì)移動(dòng)設(shè)備的操作系統(tǒng)，底層采用Linux內(nèi)核，應(yīng)用程序采用類Java語(yǔ)言編寫，并運(yùn)行于類JVM虛擬機(jī)的Dalvik虛擬機(jī)之上。該系統(tǒng)具有開放源碼免費(fèi)授權(quán)的優(yōu)勢(shì)，功能完善和成熟，已獲得廠商的廣泛支持和大量市場(chǎng)份額。eclipse IDE開發(fā)環(huán)境友善，因此選用Android系統(tǒng)作為物聯(lián)網(wǎng)攝像機(jī)客戶端開發(fā)平臺(tái)。
評(píng)論