【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及极地科考，具体涉及一种基于jpeg2000的静态图像增量编码及目标区域优先传输方法。
技术介绍
1、在南极等极端环境下，出于科考目的，对企鹅或冰山进行图像和视频拍摄时，需要较高的清晰度，通常会导致图片和视频数据量过大难以实时存储的问题，因此需要将拍摄的图片和视频进行远程传输。由于通信基础设施有限，带宽资源稀缺且成本高昂。对于拍摄的图片和视频进行一般压缩后仍然存在数据量大，传输成本高的问题。
2、此外，在极地区域进行图像和视频拍摄时，周围环境通常是不变的，而所要观察的目标，如企鹅、冰山等，是比较固定的，且所要观察的目标与周围环境相比，占比很小。而在极地地区，并没有众多的活动物体，因此周围环境通常是不变的，对于不变的周围环境来说，则是不必要进行高质量压缩和传输的。
3、jpeg2000作为新一代静止图像压缩标准已经广泛地应用于图像处理领域，在极地考察中也普遍应用。jpeg2000核心算法包括离散小波变换、比特平面编码及算术编码、率失真优化和码流组织，具有支持有损和无损压缩、信噪比snr和分辨率渐进传输、感兴趣区roi编码及码流随机访问等优点。现有的jpeg2000图像编码技术，虽然能够提供较高的压缩率，但在带宽受限的情况下仍会产生大量传输开销。
4、针对这一问题，业界提出了多种优化方案。其中，增量编码技术通过仅传输图像变化部分来减少数据量，在某些应用场景下取得了不错的效果。同时，区域感兴趣编码也能够通过针对性地提高重点区域的编码质量，在保证关键信息清晰度的前提下进一步压缩边缘背景数据
5、然而，现有技术还存在一些不足之处。增量编码方法无法对图像中的重点目标区域给予优先传输，而区域感兴趣编码又需要依赖人工指定感兴趣区域，缺乏自动化能力。同时，现有方案还未能充分整合增量编码、区域优先编码和渐进式传输等技术，无法实现更加全面的优化。
6、因此，在南极等极端环境下，鉴于通信基础设施有限，带宽资源稀缺且成本高昂，亟需专利技术一种能充分整合增量编码、区域优先编码和渐进式传输等技术的图像传输方法，高效地进行高清静态图像的远程传输是一个亟待解决的问题，降低图像远程传输所需的带宽资源，满足南极等极端环境下的应用需求。
技术实现思路
1、本专利技术提出了一种基于jpeg2000的静态图像增量编码及目标区域优先传输方法，适用于极地科考领域，能够充分利用jpeg2000的高压缩性能，结合增量编码、目标区域优先编码和渐进式传输等技术，大幅降低图像远程传输所需的带宽资源，满足南极等极端环境下高清图像远程的应用需求。
2、为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：
3、一种基于jpeg2000的静态图像增量编码及目标区域优先传输方法，其特征在于：包括以下步骤：
4、s1：对相机捕捉的第一帧图像，采用标准的jpeg2000无损编码方式进行压缩，生成完整的初始图像数据包，并通过拷贝方式直接携带回基地；
5、s2：对后续拍摄的图像帧，计算与前一帧的差异图像，仅对差异部分进行jpeg2000编码，生成增量编码数据包，将增量编码数据包通信传输回基地；
6、s3：接收端可根据初始图像数据包及增量编码数据包进行图像重建；
7、进一步，步骤s2更为具体地包括以下步骤：
8、s21：结合目标检测算法，提取当前图像帧中差异图像中的重点目标区域；
9、s22：对重点目标区域赋予更高的jpeg2000编码质量，对于边缘背景区域的差异图像，降低编码质量，进一步压缩传输数据量；
10、s23：在增量编码数据包的传输过程中，先传输重点目标区域的高质量编码数据，然后再传输边缘背景区域的低质量编码数据。
11、进一步，在s23步骤中的传输过程中，采用jpeg2000的渐进式传输功能，先传输缩略图，再逐步传输高分辨率细节，最小化每次传输的数据量。
12、进一步，步骤s1中，利用基于小波变换的图像压缩编码器进行无损编码压缩。
13、进一步，基于小波变换的图像压缩编码器包含一个中心控制和数据交换器、1～3级小波变换驱动器、二维小波变换引擎、联合编码器以及两个数据缓存：ram_a和ram_b。
14、进一步，二维小波变换引擎实现5/3小波变换。
15、进一步，压缩编码器各模块工作顺序由中心控制和数据交换器控制，工作过程由以下6个状态组成：
16、1)idle状态：系统空闲状态，复位所有模块，等待下一帧到来时进入lvl1变换状态；
17、2)lvl1变换状态：1级小波变换驱动器把图像送给二维小波变换引擎变换得到ll1，hl1，lh1，hh1子带写入ram_a中，同时中心控制与数据交换器读取ram_b内的上一帧图像压缩码流输出；
18、3)lvl2变换状态：2级小波变换驱动器从ram_a中读出ll1子带系数送给二维小波变换引擎变换得到ll2，lh2，hl2，hh2写入ram_b中；
19、4)lvl3变换状态：3级小波变换驱动器从ram_b读出ll2子带系数送给二维小波变换引擎变换得到ll3，lh3，hl3，hh3写入ram_a中；
20、5)子带转移状态：中心控制与数据交换器把lh2、hl2和hh2子带从ram_b复制到ram_a，这样就完成图像的3级二维小波变换过程；
21、6)熵编码状态：联合编码器级联了最佳量化、自适应零游程编码和指数哥伦布编码对ram_a内的3级小波变换进行熵编码，并把编码输出码字写入ram_b中；完成当前图像的压缩进入idle状态。
22、进一步，步骤s21中，结合目标检测算法，提取图像中的重点目标区域的具体步骤为：
23、s211、获得第一帧图像，对第一帧图像进行滤波处理；
24、s212、建立背景模型；
25、s213、采集当前帧，对背景模型和当前帧进行隔行隔列的模板匹配，得到背景模型和当前帧的偏移距离；
26、s214、从背景模型的中间对称截取一图像区域，再通过偏移距离得到当前帧的对应部分图片，并对背景模型和当前帧的这两个图片进行sobel边缘化、二值化，以及相互模糊比较；
27、s215、分析比较结果，判断重点目标是否出现或移动，若是重点目标出现或移动，确定重点目标区域，反之则返回步骤s213。
28、与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
29、本专利技术的基于jpeg2000的静态图像增量编码及目标区域优先传输方法，能够充分利用jpeg2000的高压缩性能，结合增量编码、目标区域优先编码和渐进式传输等技术，大幅降低图像远程传输所需的带宽资源，满足南极等极端环境下高清图像远程的应用需求。
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1.一种基于JPEG2000的静态图像增量编码及目标区域优先传输方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于JPEG2000的静态图像增量编码及目标区域优先传输方法，其特征在于：步骤S2更为具体地包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种基于JPEG2000的静态图像增量编码及目标区域优先传输方法，其特征在于：在S23步骤中的传输过程中，采用JPEG2000的渐进式传输功能，先传输缩略图，再逐步传输高分辨率细节，最小化每次传输的数据量。
4.根据权利要求1所述的一种基于JPEG2000的静态图像增量编码及目标区域优先传输方法，其特征在于：步骤S1中，利用基于小波变换的图像压缩编码器进行无损编码压缩。
5.根据权利要求4所述的一种基于JPEG2000的静态图像增量编码及目标区域优先传输方法，其特征在于：基于小波变换的图像压缩编码器包含一个中心控制和数据交换器、1～3级小波变换驱动器、二维小波变换引擎、联合编码器以及两个数据缓存：RAM_A和RAM_B。
6.根据权利要求5所述的一种基于JPEG200
7.根据权利要求5所述的一种基于JPEG2000的静态图像增量编码及目标区域优先传输方法，其特征在于：压缩编码器各模块工作顺序由中心控制和数据交换器控制，工作过程由以下6个状态组成：
8.根据权利要求2所述的一种基于JPEG2000的静态图像增量编码及目标区域优先传输方法，其特征在于：步骤S21中，结合目标检测算法，提取图像中的重点目标区域的具体步骤为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于jpeg2000的静态图像增量编码及目标区域优先传输方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于jpeg2000的静态图像增量编码及目标区域优先传输方法，其特征在于：步骤s2更为具体地包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种基于jpeg2000的静态图像增量编码及目标区域优先传输方法，其特征在于：在s23步骤中的传输过程中，采用jpeg2000的渐进式传输功能，先传输缩略图，再逐步传输高分辨率细节，最小化每次传输的数据量。
4.根据权利要求1所述的一种基于jpeg2000的静态图像增量编码及目标区域优先传输方法，其特征在于：步骤s1中，利用基于小波变换的图像压缩编码器进行无损编码压缩。
5.根据权利要求4所述的一种基于jpeg2000的静态...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹叔楠，廖周鑫，高旻昊，何剑锋，王硕仁，程昊，钟铭鼎，
申请(专利权)人：中国极地研究中心中国极地研究所，
类型：发明
国别省市：
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