一種為同屏顯示設計的圖像傳輸算法

林原++徐亞軍

摘 要本文源于一種無紙化會議系統的圖形傳輸模塊，根據設計要求，要實現同屏顯示。在這個問題上，涉及到圖像傳輸算法優化。在優化方案中，固定分塊算法是一種常見手段，而本文基于這種算法，提出相應改進，并加以應用，滿足設計需求。

【關鍵詞】圖像傳輸 算法同屏顯示

1 會議系統簡述

1.1 會議系統架構

首先簡述會議系統功能。此系統采用C/S架構，由一個服務端和多個客戶端構成。使用環境限定局域網，通過socket通信中TCP套接字綁定IP的方式實現服務端與客戶端的通信，具體包括圖像文字語音視頻信息的交互，本文著重于圖像傳輸模塊。

1.2 需求分析

在會議系統的同屏匯報模式中，所有與會人員同屏顯示發言人屏幕。整個同屏過程相當于位圖在局域網中傳輸。考慮到網絡帶寬及電腦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據量，以保證會議系統的實時性與流暢性。

2 圖像傳輸

2.1 圖像傳輸過程

會議系統的圖像傳輸模塊流程可以簡要概述為以下幾個步驟：

2.1.1 發言人開啟

發言客戶端開啟屏幕模式后，以0.05s為時間間隔進行圖片截取，截取下來的位圖信息發送至客戶端。

2.1.2 客戶端判定

若其他人正在發言則終止操作；若無人發言，則接收位圖信息。

2.1.3 服務端繪制

當客戶端接收到位圖信息后，發送給除發言人之外的其他客戶端；客戶端收到服務端傳輸位圖信息后，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），設定傳輸間隔為0.05s，而在實際使用中，匯報人屏幕在相隔0.05秒的兩個時間節點內，變化量可能非常有限，大部分時間只是鼠標的變動。如采取整圖傳輸，勢必浪費帶寬，因此在向服務端傳輸前，增加了算法優化部分，減小圖像傳輸的數據量。

3 算法優化

3.1 固定分塊算法

在圖像傳輸的過程中，只需傳輸變化的像素點。在算法優化方案中，固定分塊，隔行掃描是一種非常普遍的方案，具體實施步驟如下：

（1）本地緩存上一個時刻的bmp位圖，在下一掃描時刻，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。

（2）對每一個bmp位圖分塊進行掃描，掃描方式為隔行掃描：從第I行（I初始為1）初始點起，對該行每一個點依次掃描，對照上一個時間點的位圖，若發現異樣點則停止掃描；若整行無異樣點，根據指定的間隔行數N，對第I行（I=I+N）行進行掃描，至I大于該分塊的總行數。

（3）對發現異樣點的bmp位圖分塊進行傳輸。在客戶端顯示的過程中，將接收的位圖分塊渲染到指定區域，對于未傳輸的部分，即無變化區域，與上一時刻顯示相同。

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

以圖1為例。若整個矩形為屏幕，圖中橢圓為需要傳輸的內容，屏幕采用3*4的分塊方式。顯然，對于1-12所有分塊，都包含橢圓的像素點，因此每個分塊都要進行傳輸，這相當于未優化。由于變化像素點的位置是隨機的，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，隔行掃描的基礎思想，加以改進，提出一種自適應式分塊掃描算法。

3.2 自適應分塊算法

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

3.2.1 建立坐標系

根據使用習慣，X軸向右為正方形，Y軸向下為正方形。同時設定掃描間隔行數N。

3.2.2 對應事件

設置事件1，該行發現不同像素點為true；事件2，該行未發現不同像素點為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。在每一行結束時判定掃描事件。當發生事件true時，開始記錄每一個變化點坐標；當發生事件false時，進入分塊階段，并記錄該行數I。

3.2.4 矩形選擇

通過步驟3，得到若干變化像素點，設每一個變化像素點的坐標為（Px1，Py1），（Px2，Py2）......通過這些變化像素點求出待傳輸矩形的對角坐標（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，從發生事件2第I行起，間隔N行開始掃描，（此時I=I+N），依照上述掃描原則，重復此步驟至掃描整個位圖，選擇對應矩形。

3.2.6 同屏顯示

傳輸對應的矩形框，并根據坐標在指定位置繪制傳輸矩形，其他區域顯示上一時刻緩沖位圖。

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

4 總結

本文結合實際需求，設計出一種根據變化區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僅限于幾個圖形、一行文字，甚至只有光標的移動，因此待傳輸位圖只占整個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，針對本課題所采用的會議系統，本文這種算法改進十分有效。

參考文獻

[1]吳棟淦.兩種屏幕圖像捕獲方案的比較[J].計算機技術應用，2007（03）：9-11.

[2]劉德勝.基于矩形分割的局部渲染技術在無線圖像通信中的應用[J].程度信息工程學院學報，2012（27）：5-7.

作者單位

北京航空航天大學 北京市 100191