基于Web图像监控系统的设计与实现

吴建锋,罗小文

(1.杭州派尼澳电子科技有限公司,浙江 杭州 310018; 2.杭州电子科技大学 电子信息学院,浙江 杭州 310018)



基于Web图像监控系统的设计与实现

吴建锋1,罗小文2

(1.杭州派尼澳电子科技有限公司,浙江 杭州 310018; 2.杭州电子科技大学 电子信息学院,浙江 杭州 310018)

为了加快图像的传输速度，提出了一种基于Web的图像监控系统。该系统使用了基于Lighttpd的Web服务器与Web客户端建立连接并传输数据来加快图像数据的传输，另外对图像进行选择性存储，即只采集像素发生了变化的图像，减少存储的数锯，从而加快数据的传输。系统通过USB图像采集模块采集图像,由动态图像检测算法对图像进行处理并存储，客户端通过Web服务器获取存储的图像。

Web；图像；监控系统；图像传输

引用格式：吴建锋,罗小文. 基于Web图像监控系统的设计与实现[J].微型机与应用，2016,35(16)：83-84，87.

0　引言

Lighttpd是德国人领导开发的开源Web服务器，具有内存开销低、效能好、CPU占用率低等特点，能为使用者提供高并发、快速灵活、安全、兼容性好并且专门针对高性能网站的Web服务器环境[1]。Lighttpd的吞吐率能达到120 req/s,而Apache的吞吐率一般只在30 req/s左右[2]。图像采用JPEG 2000标准和Motion JPEG 2000标准进行编码，加快图像的传输同时减少误码率。JPEG 2000是国际标准化组织(ISO)发布的静态图像压缩标准，以离散小波变换(DWT)作为核心，并可以在低码率条件下提供更高图像压缩性能[3]。JPEG 2000压缩码流具有分辨率可分级性、质量可分级性，并支持图像渐进传输，具有较好的抗误码性能[4]。Motion JEPG 2000标准进行图像编码的过程为：首先由连续的图像帧逐帧地进行编码，将编码得到的图像数据组织在一起，并加入相应的元素信息，如码流属性、时间戳、偏移量等，形成标准的Motion JPEG 2000 文件码流，存储为MJ2文件格式。解码过程为：先从MJ2码流中提取出图像数据，再将每帧图像数据进行JPEG 2000解码，从而得到解码后的图像序列[5]。

1　系统结构设计与实现

1.1Web客户端结构

图1　Web客户端结构图

图2　服务器架构图

Web客户端由用户登录、系统时间和日期的设置与显示、图像显示3个模块构成，如图1所示。用户通过账号和密码进行安全登录，如果登录成功则客户端自动获取当前时间和日期并实现系统时间和日期的设置，同时显示当前的时间和日期。设置时间和日期可使系统获取有效时间的图像，图像显示可实现系统存储的图像按时间顺序在客户端进行显示。

1.2服务器系统架构

服务器系统由4个层次构成，如图2所示。从底层向上依次是：图像采集层、图像处理层、图像存储层、Web服务器层。图像采集层实现对监控区域进行图像采集，图像处理层对图像采集层采集的图像进行处理来实现对图像进行选择性存储，图像存储层实现了对经过图像处理层处理过的图像进行存储，Web服务器层用于实现与Web客户端进行交互。

(1)图像采集层通过USB接口进行图像数据的传输。USB是通用串行总线的缩写，具有支持热插拔、传输速度快、兼容性好、扩展方便等优点[6]，其电路图如图3所示。

图3　USB接口示意图

(2)图像处理层和图像存储层通过JPEG2000标准和Motion JPEG 2000标准对图像采集层采集的图像进行编码、处理、解码、存储。具体流程为：首先判定当前输入图像帧是否为第一帧图像，如果是第一帧图像则由Motion JPEG 2000进行编码得到MJ2码流，同时将MJ2码流存储下来作为下一帧图像的MJ2码流的参考码流，具体处理过程如图4(a)所示;如果不是第一帧图像则将通过Motion JPEG 2000编码得到的MJ2码流与上一帧图像的MJ2码流进行比较，当两帧图像的MJ2码流的差异大于或等于设定的阈值(由程序设定)，则用当前帧图像的MJ2替换上一帧图像的MJ2码流作为下一帧图像的MJ2码流的参考码流，同时由Motion JPEG 2000对当前帧图像的MJ2码流进行解码得到输出图像帧进行存储，如果两帧图像的MJ2码流的差异小于设定的阈值，则用当前帧图像的MJ2替换上一帧图像的MJ2码流作为下一帧图像的MJ2码流的参考码流，具体处理过程如图4(b)所示。

图4　图像处理层流程图

(3)Web服务器层通过Fastcgi协议与Web客户端建立连接并进行数据交互，Web服务器与客户端交互如图5所示。

图5　Web客户端与Lighttpd服务器之间数据交互图

2　系统测试与分析

2.1图像监控测试与分析

测试人员在摄像头监控区域作一些动作,系统对这些动作图像进行采集、处理并将图像存储下来,通过智能手机Web客户端获取并显示,如图6所示。

图6　图像监控测试图

2.2图像传输速度测试与分析

图像传输速度的测试是通过笔记本电脑火狐浏览器的Firebug调试平台中的网络图片来进行的，如图7所示。

图7　图像传输速度测试图

由图分析可得图片从服务器端传输到Web客户端所需的时间最小为27 ms，最大为137 ms，平均所需的时间为64 ms，所需时间在60～70 ms范围内所占的百分比为48%。

3　结论

随着移动智能终端的快速发展和Web技术的广泛应用，图像监控系统需要顺应时代的发展，将监控终端应用于移动终端来满足用户的需求。本文提出并设计了基于Web的图像监控系统，通过Web客户端实现远程监控。经过测试该系统性能很好，Web客户端访问速度满足用户体验。

[1] 杨小娇. 轻量级高并发Web服务器的研究与实现[D].南京:南京邮电大学,2014.

[2] 杨颖莹. 高性能Web框架的分析与应用[D].北京:北京邮电大学,2012.

[3] 林子明,梁利平. HEVC静态图像压缩与JPEG 2000性能比较与分析[J]. 电视技术,2015,39(13):20-23.

[4] 李波,何亮. 基于JPEG2000的视频压缩技术研究[J]. 成都大学学报(自然科学版),2015,34(2):170-172,187.

[5] 舒建. 基于Motion JPEG 2000的低码率视频会议系统的设计[D].成都：电子科技大学,2012.

[6] 王太晓,林晓焕,周静雷. 基于STM32处理器的USB通信设计[J]. 微处理机,2015(1):25-28.

Design and implementation of the image surveillance system based on Web

Wu Jianfeng1, Luo Xiaowen2

(1.Hangzhou Pioneer Electronic Technology Co., Ltd.,Hangzhou 310018, China;2.Electronic and Information Engineering, Hangzhou Dianzi University, Hangzhou 310018, China)

To speed up the transfer speed of the image, this paper presents a Web-based image surveillance system. The system uses a Web-based Lighttpd server to establish connection with the Web client and transfer data to speed up transmission of image data, in addition to optionally storing images that only the image pixel is changed to reduce the number of stored data thereby accelerating data transmission. The system a cquires images via USB image acquisition module, and processes and stores images using the dynamic image detction algorithm. The client obtains the stored images through Web server.

Web;image;surveillance system;image transmission

TP332.3

A

10.19358/j.issn.1674- 7720.2016.16.024

2016-03-21)

吴建锋(1981-)，男，博士研究生，工程师，主要研究方向：智能家居及照明控制领域。

罗小文(1988-)，通信作者，男，硕士研究生，主要研究方向：智能家居及嵌入式应用。E-mail:153938246@qq.com。