圖像采集壓縮卡在數字化裝甲指揮系統中的應用
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關(guān)鍵詞：圖像壓縮 圖像處理 小波變換
1 引 言
數字化部隊對戰場(chǎng)信息的需求是巨大的，圖像信息直觀(guān)、生動(dòng)，其作用是顯而易見(jiàn)的。各種視覺(jué)信息是戰略戰術(shù)決策的重要依據，它們使軍事指揮員仿佛長(cháng)了千里眼，能夠運籌帷幄，決勝千里?，F在，圖像通信已經(jīng)從圖文傳真、靜態(tài)圖像傳輸發(fā)展到活動(dòng)圖像信息傳輸和多媒體通信等多種形式。其中，靜態(tài)圖像傳輸一直受到軍事通信界的青睞，原因是它有以下突出優(yōu)點(diǎn)：占用頻帶窄。它能夠利用原來(lái)電報電話(huà)業(yè)務(wù)所用的有線(xiàn)／無(wú)線(xiàn)窄帶信道來(lái)傳送實(shí)時(shí)的圖像信息，滿(mǎn)足了軍事通信便捷、高效、保密的要求。當然，它也能在寬帶信道上作為一種附加業(yè)務(wù)使用。
靜態(tài)圖像傳輸有著(zhù)極其廣泛的應用：（1）現場(chǎng)偵察監視。如危險場(chǎng)所遠程監控、現場(chǎng)偵察圖像傳輸和試驗現場(chǎng)監控等。（2）可視電話(huà)通信。靜態(tài)圖像可視電話(huà)增強了電話(huà)通信功能，提高了真實(shí)感和保密性。（3）圖片文字資料傳送。通過(guò)攝像機將圖片文字資料轉換為視頻信號，經(jīng)過(guò)圖像采集壓縮卡采集壓縮后傳輸出去，既能代替傳真電報，又便于資料的拷貝、存貯和打印等。但是，圖像數據量巨大也給圖像信息的存貯、傳輸帶來(lái)了很大的困難。例如一幅72 0×576的32位彩色圖像，其原始數據量高達1．7MB，若以4．8kbits／s的速率傳輸，大約需要46分鐘，這顯然不能滿(mǎn)足部隊對通信傳輸的要求。采用圖像采集壓縮卡后，可以將一幅靜態(tài)圖像的數據量大大壓縮，在惡劣的戰術(shù)通信環(huán)境下，方便快捷地為數字化部隊提供豐富而準確的戰場(chǎng)信息，從而提高數字化部隊的整體作戰能力。
2 圖像采集壓縮卡的理論依據
在網(wǎng)絡(luò )與多媒體的推廣應用中，圖像的數據量極大，在圖像的傳輸及存貯上存在著(zhù)嚴重問(wèn)題，所以圖像數據的壓縮必不可少。事實(shí)上，圖像壓縮技術(shù)已經(jīng)歷了多年的發(fā)展，特別是70年代后，圖像編碼的發(fā)展非常迅速，出現了很多方法。但許多方法實(shí)際上都因為基于圖像信息的空間相關(guān)性而造成信息冗余。由于技術(shù)出發(fā)點(diǎn)不同，這些方法都有其特定的應用范圍。
小波變換是由法國科學(xué)家Morlet于1980年提出的，后來(lái)其他學(xué)者又繼續發(fā)展了這一理論。小波變換（Wavelet Transform，簡(jiǎn)稱(chēng)WT）亦稱(chēng)子波變換。小波變換與小波分析是一種分解與重構函數或信號的新的數字工具，通過(guò)不斷改變尺度將函數的奇點(diǎn)、信號的突變或圖像的輪廓、細節逐級放大后，呈現在研究者面前。這就猶如一臺高性能的“數字顯微鏡”，它能看清函數、信號、圖像的“切片”的細微特征和內部結構。這一方法，已在圖像處理、數據壓縮、信號檢測、數值計算等許多方面得到日益廣泛的研究和應用。小波變換編碼在相當程度上克服了傳統變換編碼方法的許多不足，使圖像壓縮編碼技術(shù)邁上了一個(gè)新的臺階。
傳統的變換編碼方法有很多種，如：廣泛使用的傅立葉變換，沃爾什－哈達瑪變換，余弦變換，正弦變換等。但這些方法都沒(méi)有考慮人眼對邊緣輪廓的敏感性，也不符合人眼對不同方向的圖像信息有不同敏感性的特點(diǎn)。
小波變換理論一經(jīng)問(wèn)世即在世界范圍引起轟動(dòng)并得到關(guān)注。1988年Mallat將小波變換理論用于信號處理，提出了多尺度分析的概念，給出了將圖像分解為不同頻率通道的算法及其重構的算法。也就是將原始圖像在頻域內作多層分解，然后對這些信息表示采用有選擇的編碼。
在變換編碼中，不僅要考慮圖像本身的結構特點(diǎn)，而且同時(shí)還要充分考慮作為圖像觀(guān)察者 、接受者的人眼的視覺(jué)特性，才能保證既有較高的數據壓縮比，又有相當高的圖像質(zhì)量。小波變換正是將圖像分解成若干與人眼視覺(jué)特性相適應的具有不同分辨率、不同方向特性的子帶，并使圖像信息能量適當集中在某些子帶上，從而兼顧了圖像質(zhì)量和壓縮比的?！ ?/SPAN>
用小波變換對圖像進(jìn)行采集壓縮的處理過(guò)程為：利用離散小波變換，將圖像分解為亮度分量、水平分量、垂直邊緣分量和對角邊緣分量。對得到的四個(gè)子圖，根據人的視覺(jué)生理和心理特點(diǎn)，分別作不同的量化與編碼處理。用快速余弦變換并結合Huffman編碼法對亮度子圖進(jìn)行壓縮。而對三個(gè)邊緣分量，可采取去掉高頻成分、閾值量化、均勻量化并結合Huffman編碼壓縮的方法。在解碼端，對于不同的編碼采用不同的解碼。最后，利用小波逆變換還原原來(lái)的圖像。
3 圖像采集壓縮卡的技術(shù)實(shí)現
圖像采集壓縮卡由視頻解碼器，視頻編碼器，幀存貯器，小波變換圖像壓縮編碼解碼器，FIFO，顯示控制等模塊組成，如圖1所示。
由圖1可見(jiàn)，從攝像頭進(jìn)來(lái)的PAL制式視頻信號分成兩路：一路由視頻解碼器進(jìn)行數字化、分離出R、G、B分量信號后進(jìn)入FIFO緩存器再經(jīng)局部總線(xiàn)到總線(xiàn)控制器，后由CPCI總線(xiàn)傳入顯卡，從而在計算機顯示器上顯示動(dòng)態(tài)圖像。
另一路經(jīng)另一視頻解碼器進(jìn)行數字化、分離出Y、U、V分量信號，經(jīng)驅動(dòng)后再分三路，第一路直接送到視頻編碼器，恢復出模擬視頻信號，并在電視監視器上顯示動(dòng)態(tài)活動(dòng)圖像；第二路送到幀存貯器，再經(jīng)視頻編碼器進(jìn)行還原，然后由電視監視器顯示靜止圖像；第三路送入小波變換器，由小波變換器對圖像進(jìn)行壓縮編碼，然后經(jīng)局部總線(xiàn)到總線(xiàn)控制器，再通過(guò)CPCI總線(xiàn)進(jìn)入計算機內存，將已壓縮的圖像文件存入硬盤(pán)，等待系統發(fā)送。
相反，在接收方，計算機接收到壓縮后的圖像文件后，將文件中的圖像數據經(jīng)總線(xiàn)控制器傳輸入小波變換器，從而對圖像數據進(jìn)行壓縮解碼。解碼后的視頻數據直接進(jìn)入幀存貯器，然后，由視頻編碼器將它還原成模擬視頻信號。模擬視頻信號又分成兩路：一路由電視監視器直接顯示，所顯示的圖像是經(jīng)過(guò)系統通信后的靜態(tài)圖像。另一路經(jīng)另一個(gè)視頻解碼器，分解出R 、G、B信號，經(jīng)過(guò)FIFO緩存器后，再通過(guò)總線(xiàn)控制器進(jìn)入計算機，由顯示器來(lái)顯示圖像。此時(shí)顯示的畫(huà)面即為接收到的彩色靜態(tài)圖像。
4 圖像采集壓縮卡在數字化部隊指揮控制系統中的功能
數字化部隊指揮控制分系統中使用的圖像采集壓縮卡要求計算機顯示器必須具有32位真彩色，顯示器分辨率必須在800×600以上。在實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示時(shí)該圖像采集壓縮卡的顯示分辨率為720×576。它可以對圖像數據進(jìn)行采集壓縮，也可以直接將其保存為BMP文件。
根據需求調查得知，數字化裝甲部隊也應具有較強的圖像采集能力，這樣便于指揮員利用系統采集到的圖片及時(shí)、準確地了解部隊作戰情況，做到知己知彼，力爭戰斗的勝利。
計算機顯示器可以動(dòng)態(tài)地顯示由攝像頭或微波電視接收機發(fā)送的視頻信號，操作員對這些動(dòng)態(tài)畫(huà)面仔細觀(guān)察后，可以根據畫(huà)面上信息的重要程度來(lái)確定是否采集。
當圖像動(dòng)態(tài)顯示時(shí)，用戶(hù)可以對圖像的亮度、對比度、色度、飽和度進(jìn)行調節，以達到人眼視覺(jué)所要求的最佳狀態(tài)。
在圖像采集之前，可以選擇采集區域。用戶(hù)可以根據信息所在區域，選擇整幅畫(huà)面來(lái)采集 ，也可以對感興趣的部分區域進(jìn)行采集。
最后，用戶(hù)還可以選擇采集圖像的壓縮率。由于采用了小波變換圖像壓縮編碼技術(shù)，圖像采集壓縮卡對原始模擬圖像信號進(jìn)行了大比例、高質(zhì)量的壓縮，壓縮率可以從4：1到7500：1 。圖像采集壓縮卡在本系統中，為用戶(hù)提供了三種可選擇的壓縮比。一幅720×576×32的圖像經(jīng)壓縮后，選擇1級壓縮率，圖像文件為1KB左右，解壓縮后的圖像與原像相比較模糊，只能看個(gè)輪廓；選擇2級壓縮率，圖像文件為6KB左右，解壓縮后的圖像與原像比，清晰度有些差距，圖像基本能分辨；選擇3級壓縮率，圖像文件為20KB左右，解壓縮后的圖像與原像比，清晰度稍有差距，圖像比較清晰。
圖像被采集下來(lái)后可以存貯于本機，也可以通過(guò)通信網(wǎng)發(fā)送到系統的中心數據庫。系統的中心數據庫內存儲了大量由前沿偵察部隊車(chē)輛及其他車(chē)輛發(fā)送的圖片與文字資料信息，數字化部隊指揮員可根據需要對中心數據庫的圖片資料進(jìn)行檢索、查詢(xún)，從中獲取所需的圖片信息，為其制定作戰決策提供信息支持。
5 結束語(yǔ)
上面對圖像采集壓縮卡在數字化裝甲部隊指揮控制系統中的具體應用進(jìn)行了論述?？梢钥闯?，使用圖像采集壓縮卡可以為數字化部隊的指揮員提供各種視覺(jué)信息，使其更直觀(guān)、生動(dòng)地觀(guān)察前方戰場(chǎng)敵情，從而為制訂戰略戰術(shù)決策提供重要依據。采用小波變換使采集的圖像數據獲得了較好的壓縮效果，從而大大減少了一幅圖像在存儲和傳輸時(shí)的數據量，節省了內存開(kāi)銷(xiāo)，緩解了傳輸信道上的擁擠現象。圖像采集壓縮卡在數字化部隊中具有廣闊
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