圖像軟件系統(tǒng)的功能

　　在現(xiàn)在的面向計(jì)算機(jī)內(nèi)存的圖像處理系統(tǒng)里，一般采用Windows操作系統(tǒng)、PCI總線、單屏操作方式，而且又融合了圖像通信技術(shù)。當(dāng)前圖像軟件系統(tǒng)一般應(yīng)具有以下功能：

　　1、圖像的輸入輸出

　　圖像的輸入主要包括攝像機(jī)、掃描儀、數(shù)碼相機(jī)的圖像輸入;圖像的輸出主要包括打印機(jī)、視頻拷貝機(jī)、監(jiān)視器的圖像輸出。要實(shí)現(xiàn)把輸入輸出設(shè)備嵌入圖像軟件系統(tǒng)以完成圖像輸入輸出的功能，就需要調(diào)用或安裝這些設(shè)備的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。

　　2、圖像文件的存儲(chǔ)與加載

　　圖像文件的存儲(chǔ)是把幀存或內(nèi)存的圖像儲(chǔ)存在磁盤上，圖像文件的加載是把磁盤中的圖像文件調(diào)入幀存或內(nèi)存，這里有圖像文件格式問題，常采用通用的BMP格式等。

　　3、系統(tǒng)的管理

　　系統(tǒng)的管理可以認(rèn)為是對(duì)圖像硬件系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行控制。如輸入通道輸出通道的切換、存貯體的選擇等。

　　4、圖像處理

　　圖像處理的種類很多，常常以大類來(lái)作為一級(jí)菜單的內(nèi)容，如灰度變換、圖像編輯、圖像量測(cè)、圖像增強(qiáng)等。

　　5、圖像的通信

　　圖像的通信包括圖像的發(fā)送與接收，常常涉及圖像的壓縮與傳輸。一般分靜態(tài)圖像壓縮與傳輸以及動(dòng)態(tài)圖像壓縮與傳輸。有兩種圖像數(shù)據(jù)源的圖像壓縮與傳輸：圖像數(shù)據(jù)來(lái)自硬盤;圖像數(shù)據(jù)來(lái)自硬件圖像系統(tǒng)。

圖像軟件系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)

　　通常，圖像軟件系統(tǒng)是分層構(gòu)造的，圖1給出了圖像軟件系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)。圖中虛線框部分是圖像軟件系統(tǒng)，其中底層是硬件驅(qū)動(dòng)層，主要解決和硬件的聯(lián)接問題，中間層是處理層，實(shí)現(xiàn)各種各樣的算法，最上面一層是數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和通信。

　　一般來(lái)說(shuō)，驅(qū)動(dòng)硬件設(shè)備，可以采用以下三種方法：

　　·提供高級(jí)語(yǔ)言調(diào)用子程序;

　　·提供可安裝的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序;

　　·提供通用的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。

　　在Windows操作系統(tǒng)里，用戶可以直接安裝打印機(jī)、掃描儀等設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序。因?yàn)樵赪indows操作系統(tǒng)里，已經(jīng)包含了許多外設(shè)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，這對(duì)用戶來(lái)說(shuō)是很方便的。

圖像軟件系統(tǒng)的硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序

　　圖像軟件系統(tǒng)的硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序要完成如下任務(wù)：

　　·對(duì)PCI總線上設(shè)備配置空間的操作;

　　·對(duì)SAA7146內(nèi)部寄存器的操作;

　　·對(duì)視頻前端子系統(tǒng)的初始化;

　　·對(duì)PC硬件中斷的維護(hù);

　　·視頻圖像數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的獲得;

　　·視頻圖像的實(shí)時(shí)顯示;

　　·軟件總體結(jié)構(gòu)和特殊功能的實(shí)現(xiàn)。

從整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理流程可以看到，位于主機(jī)內(nèi)的圖像數(shù)據(jù)緩沖區(qū)是數(shù)據(jù)流從外部專用硬件平臺(tái)到主機(jī)內(nèi)部通用處理平臺(tái)的中轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)。外部圖像數(shù)據(jù)經(jīng)PCI總線接口控制芯片寫到緩沖區(qū)內(nèi)，而內(nèi)部的軟件需要從緩沖區(qū)讀數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理和顯示。

圖  圖像軟件系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu) 視頻圖像數(shù)據(jù)的顯示問題，目前都是利用Windows API函數(shù)SetDIBitsToDevice實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)從緩沖區(qū)到顯示設(shè)備之間的傳送。絕大多數(shù)顯卡的硬件功能支持SetDIBitsToDevice，當(dāng)硬件不支持時(shí)，Windows將提供經(jīng)軟件模擬的SetDIBitsToDevice函數(shù)。由于有統(tǒng)一的規(guī)范，不需要關(guān)心所選用的顯卡的具體細(xì)節(jié)，同是顯示模式的問題也迎刃而解了。由于圖像數(shù)據(jù)的傳輸由顯卡的硬件完成，所以能達(dá)到很好的效果。

Windows圖像軟件系統(tǒng)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

　　在Windows操作系統(tǒng)且采用單屏方式的條件下，要對(duì)圖像進(jìn)行處理，就必須將圖像裝入內(nèi)存。當(dāng)物理內(nèi)存不足時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)內(nèi)存分頁(yè)交換，利用硬盤空間模擬內(nèi)存。應(yīng)用程序使用統(tǒng)一的系統(tǒng)內(nèi)存管理，代碼簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，還具有自動(dòng)伸縮性。

　　圖像作為一個(gè)處理對(duì)象放到內(nèi)存中，必須使用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)描述它，這就是圖像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。對(duì)于任何一個(gè)圖像應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)，圖像數(shù)據(jù)總是應(yīng)用程序數(shù)據(jù)的核心部分。

　　應(yīng)用程序的所有功能幾乎都是圍繞它進(jìn)行的。如文件讀寫、掃描、拍攝、處理、顯示、打印等，都需要建立、訪問圖像數(shù)據(jù)，實(shí)際上都是以圖像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)核心為中心的。即使是最簡(jiǎn)單的圖像顯示軟件，也需要圖像文件讀取和圖像顯示兩大部分。

　　一個(gè)圖像軟件系統(tǒng)，包括不同的圖像處理算法、圖像顯示、掃描儀或攝像機(jī)支持、圖像采集卡支持、圖像文件格式轉(zhuǎn)換等，都涉及到圖像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。如果我們建立了一個(gè)以圖像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為核心的Windows圖像軟件系統(tǒng)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，就建立了一個(gè)完整的軟件圖像環(huán)境。

　　圖像基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)包括圖像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)核心和圍繞此核心構(gòu)造的周邊模塊。圖像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)核心是居于中心位置的。周邊模塊包括圖像文件格式支持、圖像顯示、圖像處理等。

　　在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要注意以下幾個(gè)問題：

圖像基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的核心部分以C/C++語(yǔ)言完成。因?yàn)镃/C++語(yǔ)言編譯效率高，執(zhí)行速度快，這對(duì)于要處理大量數(shù)據(jù)的圖像應(yīng)用來(lái)說(shuō)是非常關(guān)鍵的;且C/C++ 語(yǔ)言非常靈活，使得圖像基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)可以高效的實(shí)現(xiàn)，而用其他的語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)某些相同的功能可能要花很大的精力;C/C++語(yǔ)言移植性強(qiáng)，幾乎可以移植到任何硬件和操作系統(tǒng)中。

　　圖像基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)可以使用C++，但是對(duì)外接口一律使用C界面。因?yàn)镃++的名字解析方法沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，不同公司的C++編譯器對(duì)相同的C++符號(hào)解析得到的名字可能完全不同，因此不同C++編譯器生成的目標(biāo)文件不能正確連接。這使得像Windows系統(tǒng)下具有C++接口的動(dòng)態(tài)連接庫(kù)(DLL)的應(yīng)用不太可行，所以對(duì)外接口使用C語(yǔ)言則沒有這個(gè)問題。

　　避免使用依賴于平臺(tái)的聲明、函數(shù)等，保持核心的可移植性。圖像核心定義和代碼只使用標(biāo)準(zhǔn)C數(shù)據(jù)類型和標(biāo)準(zhǔn)C庫(kù)(ANSI)調(diào)用。當(dāng)需要高端應(yīng)用時(shí)，圖像核心可以迅速移植到UNIX及其他平臺(tái)，使整個(gè)應(yīng)用具備較強(qiáng)的移植能力和伸縮性。

　　目前，圖像基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)包含如下模塊：

　　·StdImage：圖像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)核心以及對(duì)此核心進(jìn)行操作的基本函數(shù);

　　·ProgressStub：進(jìn)度處理機(jī)制的定義和接口;

　　·VirtualFile：虛擬文件I/O界面;

　　·Vf_file：虛擬文件I/O的實(shí)際文件實(shí)現(xiàn);

　　·Vf_memory：虛擬文件I/O的內(nèi)存文件實(shí)現(xiàn);

　　·ImageFile：虛擬圖像文件讀寫界面;

　　·Jfit_file：虛擬圖像文件讀寫界面的JPEG格式實(shí)現(xiàn);

　　·Bmp-file：虛擬圖像文件讀寫界面的BMP格式實(shí)現(xiàn);

　　·Fgi_file：虛擬圖像文件讀寫界面的自由灰度圖像格式實(shí)現(xiàn);

　　·DibStdImage：DIB(設(shè)備無(wú)關(guān)位圖)與StdImage之間的轉(zhuǎn)換;

　　·mess_util：難以歸類的雜項(xiàng)輔助功能;

　　·ProgressWinHint：Windows下的一個(gè)進(jìn)度處理機(jī)制實(shí)現(xiàn);

　　·WinMessUtilities：Windows下的難以歸類的雜項(xiàng)輔助功能。

　　由于面向幀存的圖像硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，以圖像幀存為核心，還包括圖像的輸入輸出和處理等模塊;而面向計(jì)算機(jī)內(nèi)存的圖像系統(tǒng)里，是以計(jì)算機(jī)內(nèi)存為核心，同樣包括有圖像的輸入輸出和處理等模塊。前者以整體硬件結(jié)構(gòu)為主體，軟件似乎只是圖像處理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，后者以整體軟件結(jié)構(gòu)為主體，硬件則納入軟件的管理之下。這兩種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的差別很大，但從功能來(lái)講，有其相似之處。

　　面向計(jì)算機(jī)內(nèi)存的圖像軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，稱之為Windows圖像基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，這種Windows圖像基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。在圖2中，StdImage結(jié)構(gòu)代表了一個(gè)圖像或圖像序列，所有的功能幾乎都圍繞它進(jìn)行。它可以利用ImageFile模塊從圖像文件裝入圖像，或者將圖像寫入文件中。在Windows環(huán)境下，為了顯示或打印圖像，通常會(huì)使用DIB，此外，像掃描儀、攝像機(jī)等還會(huì)以DIB的形式向計(jì)算機(jī)輸入圖像，因此圖像基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)有DibStdImage模塊，以便在DIB和StdImage之間進(jìn)行快速轉(zhuǎn)換。圖像通信插入在網(wǎng)絡(luò)和StdImage之間，由此可以實(shí)現(xiàn)圖像的傳輸，而這種傳輸，是以內(nèi)存為媒介，它具有速度快的優(yōu)點(diǎn)。