一種為同屏顯示設(shè)計(jì)的圖像傳輸算法

林原++徐亞軍

摘 要本文源于一種無(wú)紙化會(huì)議系統(tǒng)的圖形傳輸模塊，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，要實(shí)現(xiàn)同屏顯示。在這個(gè)問題上，涉及到圖像傳輸算法優(yōu)化。在優(yōu)化方案中，固定分塊算法是一種常見手段，而本文基于這種算法，提出相應(yīng)改進(jìn)，并加以應(yīng)用，滿足設(shè)計(jì)需求。

【關(guān)鍵詞】圖像傳輸 算法同屏顯示

1 會(huì)議系統(tǒng)簡(jiǎn)述

1.1 會(huì)議系統(tǒng)架構(gòu)

首先簡(jiǎn)述會(huì)議系統(tǒng)功能。此系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，由一個(gè)服務(wù)端和多個(gè)客戶端構(gòu)成。使用環(huán)境限定局域網(wǎng)，通過socket通信中TCP套接字綁定IP的方式實(shí)現(xiàn)服務(wù)端與客戶端的通信，具體包括圖像文字語(yǔ)音視頻信息的交互，本文著重于圖像傳輸模塊。

1.2 需求分析

在會(huì)議系統(tǒng)的同屏匯報(bào)模式中，所有與會(huì)人員同屏顯示發(fā)言人屏幕。整個(gè)同屏過程相當(dāng)于位圖在局域網(wǎng)中傳輸?？紤]到網(wǎng)絡(luò)帶寬及電腦CPU資源占用等因素，希望圖片傳輸模塊盡可能的降低傳輸數(shù)據(jù)量，以保證會(huì)議系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性與流暢性。

2 圖像傳輸

2.1 圖像傳輸過程

會(huì)議系統(tǒng)的圖像傳輸模塊流程可以簡(jiǎn)要概述為以下幾個(gè)步驟：

2.1.1 發(fā)言人開啟

發(fā)言客戶端開啟屏幕模式后，以0.05s為時(shí)間間隔進(jìn)行圖片截取，截取下來的位圖信息發(fā)送至客戶端。

2.1.2 客戶端判定

若其他人正在發(fā)言則終止操作；若無(wú)人發(fā)言，則接收位圖信息。

2.1.3 服務(wù)端繪制

當(dāng)客戶端接收到位圖信息后，發(fā)送給除發(fā)言人之外的其他客戶端；客戶端收到服務(wù)端傳輸位圖信息后，通過雙緩存的方式，將位圖資源寫入緩沖區(qū)并拷貝位圖至畫布，完成同屏圖像傳輸。

2.2 圖像傳輸算法

如2.1所述，在使用中為了保證畫面流暢（20幀以上），設(shè)定傳輸間隔為0.05s，而在實(shí)際使用中，匯報(bào)人屏幕在相隔0.05秒的兩個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)內(nèi)，變化量可能非常有限，大部分時(shí)間只是鼠標(biāo)的變動(dòng)。如采取整圖傳輸，勢(shì)必浪費(fèi)帶寬，因此在向服務(wù)端傳輸前，增加了算法優(yōu)化部分，減小圖像傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。

3 算法優(yōu)化

3.1 固定分塊算法

在圖像傳輸?shù)倪^程中，只需傳輸變化的像素點(diǎn)。在算法優(yōu)化方案中，固定分塊，隔行掃描是一種非常普遍的方案，具體實(shí)施步驟如下：

（1）本地緩存上一個(gè)時(shí)刻的bmp位圖，在下一掃描時(shí)刻，截取新的bmp位圖，將位圖分成若干矩形（一般為3*3，3*4，4*3），并逐一編號(hào)。

（2）對(duì)每一個(gè)bmp位圖分塊進(jìn)行掃描，掃描方式為隔行掃描：從第I行（I初始為1）初始點(diǎn)起，對(duì)該行每一個(gè)點(diǎn)依次掃描，對(duì)照上一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的位圖，若發(fā)現(xiàn)異樣點(diǎn)則停止掃描；若整行無(wú)異樣點(diǎn)，根據(jù)指定的間隔行數(shù)N，對(duì)第I行（I=I+N）行進(jìn)行掃描，至I大于該分塊的總行數(shù)。

（3）對(duì)發(fā)現(xiàn)異樣點(diǎn)的bmp位圖分塊進(jìn)行傳輸。在客戶端顯示的過程中，將接收的位圖分塊渲染到指定區(qū)域，對(duì)于未傳輸?shù)牟糠?，即無(wú)變化區(qū)域，與上一時(shí)刻顯示相同。

固定分塊算法在實(shí)際的使用中，由于只傳輸變化分塊，因此相比于整圖發(fā)送，帶寬資源及CPU資源占有率都有降低。但是其分塊方式簡(jiǎn)單機(jī)械，在一定程度上限制了算法的優(yōu)越性。

以圖1為例。若整個(gè)矩形為屏幕，圖中橢圓為需要傳輸?shù)膬?nèi)容，屏幕采用3*4的分塊方式。顯然，對(duì)于1-12所有分塊，都包含橢圓的像素點(diǎn)，因此每個(gè)分塊都要進(jìn)行傳輸，這相當(dāng)于未優(yōu)化。由于變化像素點(diǎn)的位置是隨機(jī)的，固定的分塊難以找到最佳傳輸矩形。因此本文基于固定分塊，隔行掃描的基礎(chǔ)思想，加以改進(jìn)，提出一種自適應(yīng)式分塊掃描算法。

3.2 自適應(yīng)分塊算法

這種分塊方式，在初始階段與固定分塊相同，存儲(chǔ)上一時(shí)刻位圖，在下一時(shí)刻到來時(shí)，截取位圖。截圖后分塊，其分塊方式要通過掃描進(jìn)行計(jì)算。以下具體介紹其計(jì)算方式：

3.2.1 建立坐標(biāo)系

根據(jù)使用習(xí)慣，X軸向右為正方形，Y軸向下為正方形。同時(shí)設(shè)定掃描間隔行數(shù)N。

3.2.2 對(duì)應(yīng)事件

設(shè)置事件1，該行發(fā)現(xiàn)不同像素點(diǎn)為true；事件2，該行未發(fā)現(xiàn)不同像素點(diǎn)為false。

3.2.3 掃描原則

從左上角（0，0）開始，沿X、Y軸正方向掃描。在每一行結(jié)束時(shí)判定掃描事件。當(dāng)發(fā)生事件true時(shí)，開始記錄每一個(gè)變化點(diǎn)坐標(biāo)；當(dāng)發(fā)生事件false時(shí)，進(jìn)入分塊階段，并記錄該行數(shù)I。

3.2.4 矩形選擇

通過步驟3，得到若干變化像素點(diǎn)，設(shè)每一個(gè)變化像素點(diǎn)的坐標(biāo)為（Px1，Py1），（Px2，Py2）......通過這些變化像素點(diǎn)求出待傳輸矩形的對(duì)角坐標(biāo)（Rrx，Rry）。

Rlx=min（Px1，Px2…）

Rly=min（Py1，Py2…）

Rrx=min（Px1，Px2…）

Rry=min（Px1，Px2…）

3.2.5 整圖掃描

在完成矩形選擇后，從發(fā)生事件2第I行起，間隔N行開始掃描，（此時(shí)I=I+N），依照上述掃描原則，重復(fù)此步驟至掃描整個(gè)位圖，選擇對(duì)應(yīng)矩形。

3.2.6 同屏顯示

傳輸對(duì)應(yīng)的矩形框，并根據(jù)坐標(biāo)在指定位置繪制傳輸矩形，其他區(qū)域顯示上一時(shí)刻緩沖位圖。

以上介紹了本會(huì)議系統(tǒng)中所采用的自適應(yīng)式分塊算法的基本原理，圖2可以直觀的描述。

4 總結(jié)

本文結(jié)合實(shí)際需求，設(shè)計(jì)出一種根據(jù)變化區(qū)域自行判定傳輸矩形的分塊掃描算法，相比于固定分塊掃描算法更為靈活。該方法特別適用于會(huì)議中PPT講解的同屏傳輸，在PPT講解過程中，大部分情況下屏幕的變動(dòng)僅限于幾個(gè)圖形、一行文字，甚至只有光標(biāo)的移動(dòng)，因此待傳輸位圖只占整個(gè)屏幕的幾十甚至幾百分之一，而固定分塊方式，如3*3分塊，每次至少要傳輸1/9屏幕，可以得出，針對(duì)本課題所采用的會(huì)議系統(tǒng)，本文這種算法改進(jìn)十分有效。

參考文獻(xiàn)

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作者單位

北京航空航天大學(xué) 北京市 100191