一种为同屏显示设计的图像传输算法

林原++徐亚军

摘 要本文源于一种无纸化会议系统的图形传输模块，根据设计要求，要实现同屏显示。在这个问题上，涉及到图像传输算法优化。在优化方案中，固定分块算法是一种常见手段，而本文基于这种算法，提出相应改进，并加以应用，满足设计需求。

【关键词】图像传输 算法同屏显示

1 会议系统简述

1.1 会议系统架構

首先简述会议系统功能。此系统采用C/S架构，由一个服务端和多个客户端构成。使用环境限定局域网，通过socket通信中TCP套接字绑定IP的方式实现服务端与客户端的通信，具体包括图像文字语音视频信息的交互，本文着重于图像传输模块。

1.2 需求分析

在会议系统的同屏汇报模式中，所有与会人员同屏显示发言人屏幕。整个同屏过程相当于位图在局域网中传输。考虑到网络带宽及电脑CPU资源占用等因素，希望图片传输模块尽可能的降低传输数据量，以保证会议系统的实时性与流畅性。

2 图像传输

2.1 图像传输过程

会议系统的图像传输模块流程可以简要概述为以下几个步骤：

2.1.1 发言人开启

发言客户端开启屏幕模式后，以0.05s为时间间隔进行图片截取，截取下来的位图信息发送至客户端。

2.1.2 客户端判定

若其他人正在发言则终止操作；若无人发言，则接收位图信息。

2.1.3 服务端绘制

当客户端接收到位图信息后，发送给除发言人之外的其他客户端；客户端收到服务端传输位图信息后，通过双缓存的方式，将位图资源写入缓冲区并拷贝位图至画布，完成同屏图像传输。

2.2 图像传输算法

如2.1所述，在使用中为了保证画面流畅（20帧以上），设定传输间隔为0.05s，而在实际使用中，汇报人屏幕在相隔0.05秒的两个时间节点内，变化量可能非常有限，大部分时间只是鼠标的变动。如采取整图传输，势必浪费带宽，因此在向服务端传输前，增加了算法优化部分，减小图像传输的数据量。

3 算法优化

3.1 固定分块算法

在图像传输的过程中，只需传输变化的像素点。在算法优化方案中，固定分块，隔行扫描是一种非常普遍的方案，具体实施步骤如下：

（1）本地缓存上一个时刻的bmp位图，在下一扫描时刻，截取新的bmp位图，将位图分成若干矩形（一般为3*3，3*4，4*3），并逐一编号。

（2）对每一个bmp位图分块进行扫描，扫描方式为隔行扫描：从第I行（I初始为1）初始点起，对该行每一个点依次扫描，对照上一个时间点的位图，若发现异样点则停止扫描；若整行无异样点，根据指定的间隔行数N，对第I行（I=I+N）行进行扫描，至I大于该分块的总行数。

（3）对发现异样点的bmp位图分块进行传输。在客户端显示的过程中，将接收的位图分块渲染到指定区域，对于未传输的部分，即无变化区域，与上一时刻显示相同。

固定分块算法在实际的使用中，由于只传输变化分块，因此相比于整图发送，带宽资源及CPU资源占有率都有降低。但是其分块方式简单机械，在一定程度上限制了算法的优越性。

以图1为例。若整个矩形为屏幕，图中椭圆为需要传输的内容，屏幕采用3*4的分块方式。显然，对于1-12所有分块，都包含椭圆的像素点，因此每个分块都要进行传输，这相当于未优化。由于变化像素点的位置是随机的，固定的分块难以找到最佳传输矩形。因此本文基于固定分块，隔行扫描的基础思想，加以改进，提出一种自适应式分块扫描算法。

3.2 自适应分块算法

这种分块方式，在初始阶段与固定分块相同，存储上一时刻位图，在下一时刻到来时，截取位图。截图后分块，其分块方式要通过扫描进行计算。以下具体介绍其计算方式：

3.2.1 建立坐标系

根据使用习惯，X轴向右为正方形，Y轴向下为正方形。同时设定扫描间隔行数N。

3.2.2 对应事件

设置事件1，该行发现不同像素点为true；事件2，该行未发现不同像素点为false。

3.2.3 扫描原则

从左上角（0，0）开始，沿X、Y轴正方向扫描。在每一行结束时判定扫描事件。当发生事件true时，开始记录每一个变化点坐标；当发生事件false时，进入分块阶段，并记录该行数I。

3.2.4 矩形选择

通过步骤3，得到若干变化像素点，设每一个变化像素点的坐标为（Px1，Py1），（Px2，Py2）......通过这些变化像素点求出待传输矩形的对角坐标（Rrx，Rry）。

Rlx=min（Px1，Px2…）

Rly=min（Py1，Py2…）

Rrx=min（Px1，Px2…）

Rry=min（Px1，Px2…）

3.2.5 整图扫描

在完成矩形选择后，从发生事件2第I行起，间隔N行开始扫描，（此时I=I+N），依照上述扫描原则，重复此步骤至扫描整个位图，选择对应矩形。

3.2.6 同屏显示

传输对应的矩形框，并根据坐标在指定位置绘制传输矩形，其他区域显示上一时刻缓冲位图。

以上介绍了本会议系统中所采用的自适应式分块算法的基本原理，图2可以直观的描述。

4 总结

本文结合实际需求，设计出一种根据变化区域自行判定传输矩形的分块扫描算法，相比于固定分块扫描算法更为灵活。该方法特别适用于会议中PPT讲解的同屏传输，在PPT讲解过程中，大部分情况下屏幕的变动仅限于几个图形、一行文字，甚至只有光标的移动，因此待传输位图只占整个屏幕的几十甚至几百分之一，而固定分块方式，如3*3分块，每次至少要传输1/9屏幕，可以得出，针对本课题所采用的会议系统，本文这种算法改进十分有效。

参考文献

[1]吴栋淦.两种屏幕图像捕获方案的比较[J].计算机技术应用，2007（03）：9-11.

[2]刘德胜.基于矩形分割的局部渲染技术在无线图像通信中的应用[J].程度信息工程学院学报，2012（27）：5-7.

作者单位

北京航空航天大学 北京市 100191