软件设计与开发 一种图像信息采集软件的设计 温宏愿井娥林 （南京理工大学泰州科技学院江苏泰州２２５３００） 摘要：提出了一种基于ＶＦｗ的图像信息采集软件的设计方法，￣ＡＶＩＣａｐ 口类函数和视频捕获系统的构建方式进行了详细分析，通过编 写相应代码构建了视频捕获系统，实验结果表明该系统不需要专用的硬件设备即可采集清晰、理想的图像效果。 关键词：图像ＶＦｗ视频ＡＶＩＣａｐ 中图分类号：ＴＰ３１９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７．９４１６（２０１１）Ｏ７一Ｏｌ１０—０２ １、引言 视频监控、图像采集等领域都离不开机器视觉系统，它通常由 图像采集装置、图像处理软件以及显示仪器所构成 一般来说，摄像 器件及图像采集卡可完成图像的采集、捕获功能，然后传至图像采 集卡连接的计算机，利用图像处理软件来完成视频图像的处理功 能。在没有相应的专用硬件设备的前提下，比如目前视频采集中的 常见装置——无硬件支持的摄像头，为了能为计算机提供有效的图 像信息并进行相应的分析，本文对基于ＶＦＷ的一种视频图像信息 采集软件的设计进行了研究。以高温环境下的炼钢厂转炉炉口的火 焰图像为例进行了实验采集和分析，可直观地了解该软件的设计效 果。 ２、ＶＦＷ视频捕获系统介绍 美国微软（Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ）公司推出了一个关于视频处理的软件包 ——Ｖｉｄｅｏ ｆｏｒ Ｗｉｎｄｏｗ（ＶＦＷ）视频捕获系统，它可以在Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋环境下编程开发，通过编写相应代码改变相关属性便可实现 图像数据、视频数据以及音频数据的采集和后续处理等功能的操 作。ＶＦｗ主要由ＡＶＩＣａｐ．ｄｌｌ、视频压缩管理器ＶＣＭ、音频压缩管理 器ＡＣＭ等六部分组成，主要可完成视频采集、设备驱动、视频回放、 ＡＶＩ文件访问、视频、音频的压缩和解压等功能。 这六个模块互相联系，便构成了ＶＦｗ的体系结构。由于图像的 视频采集方面一般是图像信息采集研究的重点，因而本文不对视频 回放和编辑的应用进行探讨，而是对ＶＦｗ体系中的视频采集窗口 类ＡＶＩＣａｐ进行着重的分析。 ３、ＡＶＩＣａｐ窗口类函数的功能和结构 Ｌ一ＡＶＩＣａｐ是一种视频采集窗口类函数，它可以实现对视频流和 单帧图像的采集功能，并且能够对视频源进行相应的控制。 ＡＶＩＣａｐ 可以为程序提供一种基于消息的接口，利用这种接口，应用程序可 以访问音、视频硬件，并能实现视频流到硬件的捕获。在ＶＣ＋＋等编 程环境下，用户可以在程序中通过编写相关代码来改变ＡＶＩＣａｐ窗 口类函数的属性设置，从而较为便捷地对视频进行采集。同时，由于 没有生成相应的中间文件，从而可以直接访问视频缓冲区，提高了 工作效率，为用户提供的这种流式处理方式，具有良好的实时性，要 实现所需功能仅需添加或删减一些代码。 ＡＶＩＣａｐ窗口类函数的主要功能体现在以下几个方面： （１）通过视频和音频输入器件的连、断操作，可实时采集和保存 视频流、音频流数据。 （２）视频捕获过程中可以设置采集速率和视频格式，调用视频 源和视频压缩的设置框，指定任意的．ａｖｉ文件，并可动态复制捕获 内容。 （３）对实时监视功能来说，有预览（Ｐｒｅｖｉｅｗ）模式和叠加 （Ｏｖｅｒｌａｙ）模式可供用户选择。 （４）若采集的为单帧视频图像，可保存为任意的．ｂｍｐ或者．ｄｉｂ 格式文件。 这里强调一下实时采集监视功能下的可供用户选择的两种模 式。两种模式在程序采集开始后仅有一种能被用户使用，不影响采 集任务的进行，它们的区别主要为：Ｐｒｅｖｉｅｗ需要使用ＣＰＵ资源，需 要通过采集设备把视频每帧内容传送到内存中，再调用图像设备接 口函数可把采集的视频内容显示在可视窗口中，即需要一个中间过 程，Ｐｒｅｖｉｅｗ模式可大大地提升整个系统的效率；而Ｏｖｅｒｌａｙ不占用 ＣＰＵ资源，可直接把采集内容经过硬件叠加后再显示窗口中显示 出来，即不要中间过程，但是受所连接的图像采集卡的性能限制，不 适用于全部图像采集卡。两个模式打开任意一个后，另外一个将会 关闭。 ＡＶＩＣａｐ窗口类函数和视频、音频有关的数据结构体的功能见 表１。 表１ ＡＶｌＣａｐ窗口类函数的一些数据结构体 函数名称 功能 ＣＡＰＳＴＡＴＵＳ 定义当前采集窗口的状态参数 定义采集设备是否具有叠加功能等 ＣＡＰＤＲＩＶＥＲＣＡＰＳ 一些能力 定义视频采集过程中的采集帧频等 ＣＡＰＴＵＲＥＰＡＲＭＳ 一些参数 ＶＩＤＥＯＨＤＲ 定义视频数据块的头文件 ＷＡＶＥＨＤＲ 定义音频数据块的： 文件 由于在ＡＶＩＣａｐ中，宏的使用完全类似于ＶＣ＋＋中的一般性函 数，在这里不对所有函数进行说明，本文使用到的函数将在下一节 中进行说明。 ４、图像采集软件设计的主要步骤 本图像采集系统是在ＶＣ＋＋平台上开发的，其主要构建方式 为： （１）图像捕获窗口的创建：得到所需要大小的视频采集窗口。 （２）错误回调函数、状态回调函数和视频流回调函数等三个回 调函数的初始化。 在本系统中，由于涉及到实时处理，后者显得尤为重要。通过视 频流回调函数的设置，可以让采集到的视频数据帧进行相应的算法 转换，满足实时的要求。 （３）设置采集窗口的一些参数，比如１５帧／每秒是本系统设定的 采集频率。 （４）使视频采集设备与捕获窗口相连接，并返回采集器件的功 能以供观测。 （５）采集监视功能选用Ｐｒｅｖｉｅｗ模式可较好地预览和观测所监 视图像的演变情况。 …・・・下转第１ｌ５页 船 ＿未～用一字～技 敷广嚣 软件设计与开发 木一用 交换缓存的主要目的：（１）为集中上载提供上载存储空间；（２）在 …・一上接第ｌｌ０页 目的系统不可到达或规避其业务高峰时，可将需迁移数据暂存于对 （６）利用回调机制，按照需要把采集到的视频图像送到到缓冲 应缓存区；留待目的系统自行抓取或再次推送。（３）各缓存区间可实 区，通过修改、添加相关代码来实现进行视频图像的分析处理。在本 现数据交换； 系统中回调函数为实时显示的关键部分。 ６．５安全设计 （７）可按照用户需要，利用ＶＣＭ对视频流进行压缩保存以减少 安全设备包括：防火墙Ｘ ２、防毒墙Ｘ ２、网闸Ｘ ｌ，防病毒软件× 文件的大小；亦可不使用此步骤不对视频图像进行保存。 １，其中： （８）程序结束，中止视频图像采集。 防火墙、防毒墙部署于内外网之间，提供安全隔离和病毒检测， ５、实验结果与分析 双防火墙、防毒墙交叉连接构成双链路，保证健壮性；在内外网之间 通过上述图像采集软件的设计方法，系统就可以实时采集到所 设立ＤＭＺ区，部署面向外网服务的ＷＥＢ和流媒体服务器，以及病毒 希望检测及采集的视频图像信息。系统可以检测转炉吹炼前期、中 升级服务器。 显示的就是系统采集到的转炉吹炼 网闸部署与主干与播出系统之间，再送播链路上实现数据摆 期和后期的炉口火焰图像，图１渡，安全隔离； 防病毒软件部署于全网各必要服务器、工作站终端，通过病毒 升级服务器实现随时更新。 ６．６异构系统接口设计 我台在全台网建设中还可能存在一些异构系统，如ＡＶＩＤ， ＡＰＰＬＥ等存在和新闻、制作等系统的交互需要，这类的交互流程设 计如下： ６．６．１异构系统一＞新闻、制作 异构系统向全台网内新闻、制作、媒资等生产服务系统推送素 材时，流程如下： （１）挑选素材，按需转码；（２）调用Ｂ／Ｓ分发页面，选择文件，填写 相应元数据，选择目的系统；（３）发起素材推送，主干接收￣，ＪＢ／Ｓ分发 模块业务请求；（４）主干对业务请求作协议转换，调用目的系统入库 接口，ＥＳＢ调用ＥＭＢ的数据迁移服务，ＥＭＢ ＭＡＮＡＧＥＲ调度ＡＣ－ ＴＯＲ完成节目迁移；（５）ＥＳＢ调用目的系统的元数据入库服务入库； （６）返回人库状态。 如图４所示。 ６．６．２新闻、制作、共享演播一＞异构系统 全台网内新闻、制作、媒资等生产服务系统向异构系统推送素 材时，流程如下：（１）挑选素材，按需转码；（２）直接发起向目的系统的 素材推送服务；（３）主干作协议转换，将相关元数据封装为目的系统 可接受的形式（如．ｘｍ１），主干ＥＳＢ调用ＥＭＢ的数据迁移服务，ＥＭＢ ＭＡＮＡＧＥＲ调度ＡＣＴＯＲ完成素材和ｘｍｌ文件迁移到目的系统共享 存储区；目的系统发起手动入库服务。 如图５所示。 总而言之，全台网主干平台设计既要考虑未来的技术发展，系 统功能能满足一定时期内的需求，系统具备较强的扩展性，同时也 要考虑当前的实际情况，系统要有足够的兼容性，使新旧系统之间 统能实现平滑连接和数据交换。 ……上接第１１１页 ５、结语 由实验仿真结果可以很容易分析出，在本实验中（７，４）汉明码 可以很好地检错并纠错。当然，采用汉明码实现的差错控制编码有 一定的局限性，当传输数据中的一位被干扰，可以很好地检错并纠 错；但出现两位以上错误时汉明码就不能正确纠错了。因此，在要求 对多位错误进行纠正的应用场合，就要使用别的编码方式了，如 ＢＣＨ码、卷积码等。 参考文献 ［１］李斯伟．数字通信系统原理．人民邮电出版社，２００８年４月． 前期火焰图像。 图１转炉吹炼前期火焰图像 从图１可以看出转炉吹炼前期的炉口火苗形状飘忽不定，而且 包含着较多的烟尘，这时正对应着由于炉内温度较低的阶段，火焰 颜色呈现暗红色。中、后期的图像也能反应炉内的变化。由系统得到 的这幅图像看出本文设计的图像信息采集软件工作稳定，可以采集 较为清晰和理想的图像信息，可为后面的火焰分析工作打下扎实的 数据获取基础，达到了预期的目的。 ６、结语 本文提出的基于ＶＦｗ图像信息采集软件的设计能够在条件较 为恶劣的环境下工作，并能够获得令人满意的效果。该采集系统是 面向软件的，不需要昂贵的、专用的硬件设备，而且应用灵活、相对 来说技术结构简单、易掌握和维护，可以满足视频应用程序开发的 需要。 参考文献 ［１］Ｈｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ．ＭＳＤＮ Ｌｉｂｒａｒｙ Ｖｉｓｕａｌ Ｓｔｕｄｉｏ ６．０［Ｍ／ ＯＬ］．２００３． ［２］谷保山．Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋６．０编程与实例［Ｈ］．北京：科学出版社，１９９９． ［３］四维科技，刘神玮．Ｖｉｓｕａ Ｃ＋＋视频／音频开发实用工程案例精 选［Ｈ］．北京：人民邮电出版社，２００４． 基金项目 江苏省企业博士集聚计划项目。 作者简介 温宏愿（１ ９ ８ ２一），男，讲师，研究方向：光电信息探测与图 像处理。 ◎