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海量数据图像快视系统的软件开发设计

时间:2011-09-28 18:10  来源:http://www.baojingqi.net  浏览量:5次

  为了实现卫星监控、海洋探测等领域海量数据的实时采集、显示、存储和分析。该文设计了一个海量数据图像快视系统。
  系统综合运用海量数据分块、图像金字塔、图像高速缓冲和磁盘阵列等技术来满足用户对海量数据的实时调度、显示、存储的要求。实际应用证明系统的实现极大提高了海量数据处理的效率。具有很高的军事和工业应用价值。关键词:海量数据处理;海量数据分块技术;内存调度技术;图像金字塔技术中图分类号:311文献标识码:文章编号:1009—3044(2010)19-5330—02酉—,—。—6,430079,):,—,—,.],.:;;;';现在数字图像处理应用日益广泛,数字图像处理软件也应运而生,尤其在卫星监控、海洋探测等国防、军工领域显得极为重要。但能够稳定、快速处理海量数据的数字图像软件并不多。何谓海量。一幅图像的数据虽从几十兆、几百兆,一直在不断地增大,而计算机的内存是有限的。当图像数据量达到或超过计算机的内存时,可以认为就是海量数据。利用有限的计算机内存,处理无限大小的数据,可以认为是海量数据处理。只有合理地利用计算机的外存资源,提高数据在内存与外存的交换速度,才能满足对不断增长的数据进行处理的需要。本文介绍的图像快视系统基于32平台,以02010作为开发工具,并应用海量图像数据分块技术、图像金字塔技术、图像高速缓存技术等可以满足对海量数据的图像信息进行实时采集、预览、存储、回放、传涵计算、信噪比计算、批量数据转换等要求。
  下面详细介绍了该图像处理系统的设计流程、程序架构及关键技术的实现。软件需求分析该图像处理系统通过接实时采集图像数传奇网络游戏据.对数据的处理分为三个模块:实时预览:分为图像显示、表格显示、曲线显示种显示方式。每种显示方式町以选择显示8值、10值,可以进行图像坐标定位,支持1—32比例数据抽样,—16比例图像缩放,同时最多可以显示四个通道数据,可以稳定采集数据20,数据量达156。数据回放:支持文件、文件及原始图像数据回放。分为图像显示、表格显示、曲线显示种显示方式。每种显示方式町以选择显示8值、值,可以进行图像坐标定位,支持一32比例数据抽样,~16比例图像缩放。同时最多可以显示四个通道数据。图像处理:可以对采集上来的数据进行传涵计算、信噪比计算、原始数据批量转换为文件和文件文件等。2软件总体设计2.1模块划分该软件分为三个模块1)底层数据采集模块:负责预览时从接实时采集数据,回访时从磁盘阵列读取数据。2)中层数据处理模块:根据用户指令控制信源采集图像数据,并进行相应的处理,将数据送到顶层显示。3)顶层数据显示模块:负责对中层传上来的数据进行显示,与用户交互,接收用户的指令。2.2功能封装1)数据源模块封装作为数据源基类派生出、类。-类作为实时数据信源,从接采集数据,为顶层传奇散人模块提供实时数据。为回放信源基类,派生出相关,、.6.图1功能封装收稿日期:2010-05-175330·多黑体技术墨萁应用-·本栏目赛任编辑:唇一东第6卷第19期(2010年7月)咖船"州酗蜘脚哟∥毫知识与技术类发布新。分别处理文件、文件、原始数据文件。2)数据处理模块封装类处理用户发下的命令,控制信源获得相应的数据,并调用库对数进行处理以供显示模块显示。-函数库封装一些公用的函数用来对数据进行相应的处理,如:信噪比计算、传涵计算、保存为文件、文件、等。3)界面模块封装类负责图像显示。
  类负责表格显示。类负责曲线。类负责数据池管理,管理所有的图像数据。4)数据库封装类采用数据库访问方式,负责数据库管理,对用户操作记录和存储在磁盘阵列上的数据进行统一管理。3核心功能实现3.1海量数据的分块技术3.1.1数据分块的优势海量图像处理的基础和前提是将图像数据进行分块。
  图像数据的分块主要基于4个方面的考虑:1)图像数据分块之后,可以突破32位系统的4地址空间的限制。每次处理时仅仅读取其中的一部分到程序中进行处理,这样就可以不受操作系统地址空间的限制,从而使得系统处理数据的大小只与磁盘阵列的容量有关。2)在图像处理过程中,为了避免直接对存放在传输速率较慢的磁盘阵列上的数据进行频繁的操作,需要把要处理的磁盘阵列数据拷贝到传输速率快得多的内存中进行处理。分块之后的数据可以快速进行定位。加快处理速度。3)由于硬盘文件系统的管理是基于扇区和簇的,如果数据集中在相邻的扇区和簇中,硬盘磁头的调度频率会大大提高。对于图像文件来说,其一般格式为矩状阵,图像按行,每行从左到右的存贮。
  分块之后,图像数据块就会最大可能地集中在相邻地扇区或簇,因此大大提高了,0效率。
  4)分块处理也利于数据库管理,现在的商用数据库大多是基于关系型数据库,关系型数据库对数据的管理是基于数据记录,采用分块方式管理图像数据,图像的块可以与数据库的记录进行很好的对应,为商用数据库管理海量数据打下基础。
  3.1.2数据分块的方法图像分块的大小通常取2的幂次方,具体大小要考虑到操作系统数据存贮格式的特点以及系统内存管理的最小单位。对于32位系统每块的字节数最好为512的倍数,此外考虑数据压缩的需要和硬盘数据传输的速率,采取固定大小分块方法。在本图像处理系统中,取分块的大小为1024768像素新资源。且结合下面描述的图像金字塔方案,若分块太该游戏此点真好大了,将增大系统内存的负担,若分块太小,则会增大系统硬盘读取文件的频率与负担,故在这两者之间做出一个平衡。选择1024768大小的分辨率来切分图像。
  3.2图像金宇塔技术3.2.1金宇塔存储结构的优势图像金字塔技术是为了满足图像多分辨率快速浏览的需要。
  为了提高图像的实时缩放显示速度。快速获取不同分辨率的图像信息,需要对原始的海量图像进行金字塔结构存储,根据不同的显示要求调用不同分辨率的图像.达到快速显示的目的。3.2.2图像金字塔的生成方法该系统金字塔结构的生成采用以2为因子的金字塔结构。从最底层的原始图像数据层开始。在每层的基础上抽样生成上一层金字塔图像。上一层的图像大小为底层的14,同时按其位置的对应关系对底层进行重采样得到图像的像素值,依此重复构造,直至最顶层。在不考虑压缩的情况下,建立三层金字塔在游戏中结构后的图像数据大约增加13。
  在系统中,采用最邻近元法对图像进行抽样构建低一层分辨率的子图像。
  图2展示了分块后的图像金字塔。每层金字塔影像的分块都采用相同大小,即每个影像块为1024768大小。此外在程序中需要对图像金字塔中的子图像加以统一命名,便于海量图像放缩程序的统一处理。4结论海量数据图像快视系统实现了海量数据分块技术、图像金字塔技术、图像高速缓冲技术的设计和实现,满足了用户对海量数据实时显示、存储和分析的要求。系统软件设计、功能模块划分注重通用性,具有很好的扩展性。针对不同的行业需求仅需作出少量的调整。此外,本软件的开发环境为最新2010编译器.运用了该编译器的部分新特性,提高了程序效率,也使人机交互界面更为友好。参考文献:图2金字塔结构1王育坚.++面向对象编程教程田.北京:清华大学出版社,2003.2侯俊杰.深入浅出[].2版.华中科技大学出版社,2001.3周长发.精通++图像处理编程嗍.3版。京:电子工业出版社,2006.4武汉大学多核架构与编程技术课程组.多核架构及编程技术嗍.武汉:武汉大学出版社,2010.5韩存兵.++数据库编程实战哪.北京:科学出版社,2004.本拦目责任编辑:唐一东海量数据图像快视系统的软件开发设计作者:高利涛,宋冬立,李斯龙,-,-,-作者单位:武汉大学,电子信息学院,湖北,武汉,430079刊名:电脑知识与技术英文刊名:年,卷(期):2010,06(19)参考文献(5条)1.韩存兵++数据库编程实战20042.武汉大学多核架构与编程技术课程组多核架构及编程技术20103.周长发精通++图像处理编程20064.侯俊杰深入浅出20015.王育坚++面向对象编程教程2003。

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