計算機遠程畫面?zhèn)鬏數(shù)膶崿F(xiàn)

計算機遠程畫面?zhèn)鬏數(shù)膶崿F(xiàn)

遠程透明傳輸是指將計算機上的圖像信息通過計算機網(wǎng)絡實時傳輸?shù)揭粋€或多個計算機，并重復使用的計算機上的信息。遠程屏幕傳輸是許多實際應用系統(tǒng)中的關鍵技術(shù),目前具有較廣泛的應用價值。最為典型的應用是,在電子教室應用系統(tǒng)中,傳輸系統(tǒng)將教師機顯示器上的屏幕內(nèi)容通過計算機局域網(wǎng)絡實時地傳送到幾十臺甚至上百臺學生機的顯示器上,完成各種多媒體教學任務,同時通過電子教室應用系統(tǒng)教師還可以隨時監(jiān)看和控制1臺或多臺學生機。目前這種系統(tǒng)廣泛應用于計算機教學、網(wǎng)絡培訓、計算機網(wǎng)絡管理、網(wǎng)吧管理等多種實際應用中。構(gòu)架一個效果理想的遠程屏幕傳輸系統(tǒng)是實現(xiàn)這些應用系統(tǒng)的關鍵。1接收端程序要求遠程屏幕傳輸系統(tǒng)從總體上來說是一個基于C/S模型的、架構(gòu)在計算機網(wǎng)絡上的分布式應用系統(tǒng)。系統(tǒng)程序可以分割成服務端和客戶端,分別位于發(fā)送機和接收機上。發(fā)送機端程序必須實現(xiàn)屏幕變化的動態(tài)感知和屏幕圖像數(shù)據(jù)的獲取、編碼壓縮和發(fā)送數(shù)據(jù)包等功能。接收機端程序必須實現(xiàn)從網(wǎng)絡中接收數(shù)據(jù),對數(shù)據(jù)包進行解碼再現(xiàn)等功能。網(wǎng)絡只是根據(jù)所采用的一定協(xié)議,實現(xiàn)數(shù)據(jù)包的傳輸功能。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程見圖1。要實時地、效果較好地實現(xiàn)遠程屏幕傳輸就必須解決幾個關鍵技術(shù)環(huán)節(jié),即屏幕圖像變化的動態(tài)感知、屏幕圖像數(shù)據(jù)的獲取、屏幕圖像數(shù)據(jù)的壓縮編碼和網(wǎng)絡傳輸及其協(xié)議選擇,而這幾部分的程序都集中在發(fā)送機端,所以發(fā)送機端的程序編制和實現(xiàn)是整個系統(tǒng)的關鍵。2關鍵技術(shù)及其實現(xiàn)2.1確定圖像的動態(tài)感知問題屏幕圖像變化的動態(tài)感知是實現(xiàn)遠程屏幕傳輸系統(tǒng)的關鍵技術(shù)之一。屏幕信息的數(shù)據(jù)量很大,而網(wǎng)絡帶寬是有限的,為了實時高效地傳輸屏幕信息數(shù)據(jù),有效地減少數(shù)據(jù)傳輸量是很有必要的。由于遠程屏幕傳輸是一個連續(xù)運行的系統(tǒng),前后2個屏幕之間存在著很大的時間相關性,如果屏幕內(nèi)容沒有發(fā)生變化,則沒有必要進行網(wǎng)絡傳輸,只有屏幕內(nèi)容發(fā)生了變化,才需要進行網(wǎng)絡傳輸;如果只傳輸屏幕變化的部分,就可以大大地減少網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸量。要實時地監(jiān)測屏幕圖像的變化,就必須解決屏幕圖像變化的動態(tài)感知的問題。對于這個問題有2種解決方案。方案1:采用圖像處理的方法,首先緩存一幅整屏的屏幕圖像數(shù)據(jù),然后定時地用當前屏幕數(shù)據(jù)與其進行比較或求差分,判斷是否發(fā)生變化,如果發(fā)生變化則求出發(fā)生變化的區(qū)域。這種方案的優(yōu)點是能夠完整、無冗余地監(jiān)測到屏幕圖像的變化,缺點是占用的內(nèi)存較大,計算量也較大,是否能夠達到實時傳輸系統(tǒng)的要求在很大程度上依賴于所選擇算法的效率。方案2:采用Windows鉤子截獲消息的方法。首先在程序中掛上一個全局鉤子用于截獲系統(tǒng)的所有消息,在每條消息到達目的窗口之前得到目的窗口的坐標和大小作為屏幕發(fā)生改變的區(qū)域。這種方案的優(yōu)點是實現(xiàn)簡單,效率高,缺點是對變化區(qū)域的監(jiān)測存在著不完整性和冗余性,由于消息和屏幕變化不是一個充分必要條件,即使在大多數(shù)情況下成立,也依然存在著有消息而屏幕內(nèi)容沒有發(fā)生變化和屏幕內(nèi)容發(fā)生變化而沒有消息的情況,所以這種方案解決問題不是十分徹底,但可適用于一些要求不高的典型場合。有鑒于此,實踐中可以綜合以上2種方案各自的利弊進行設計和實現(xiàn)。2.2獲取畫面圖像的a在屏幕某區(qū)域信息發(fā)生變化之后,就需要獲取該區(qū)域的屏幕圖像數(shù)據(jù)。在Windows平臺中有2種方式可以獲取屏幕圖像數(shù)據(jù),一種是GDI方式,一種是DirectX方式。GDI是Windows提供的圖形設備接口,它提供一系列GDI對象和一組API函數(shù)來使應用程序能夠操縱顯示器或打印機等一些圖形設備。獲取屏幕圖像數(shù)據(jù)的主要過程是,程序分別創(chuàng)建一個屏幕設備環(huán)境對象(ScreenDC)和一個兼容的內(nèi)存設備環(huán)境對象(MemDC),并為內(nèi)存DC創(chuàng)建一個與變化區(qū)域一樣大小的兼容位圖,然后用BitBlt函數(shù)從屏幕設備環(huán)境對象向內(nèi)存設備環(huán)境對象進行位塊傳送。該方式的優(yōu)點是實現(xiàn)簡單,易于理解,與硬件無關;缺點是速度較慢。DirectX方式是指使用DirectDraw部件直接訪問計算機顯存,用內(nèi)存拷貝方式獲取屏幕的圖像數(shù)據(jù)。優(yōu)點是速度較GDI方式快,缺點是采用COM方式編程,比較復雜。2.3信息的壓縮處理獲取屏幕圖像數(shù)據(jù)到內(nèi)存緩沖區(qū)之后就需要采用一定的壓縮算法對其進行壓縮,壓縮之后可以大大減少傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量,提高系統(tǒng)的整體性能。由于遠程屏幕傳輸具有實時的特點,故要求壓縮算法運算速度較快,且解壓縮速度比壓縮快。對屏幕圖像數(shù)據(jù)的壓縮有許多方式。前面所提到的屏幕圖像變化動態(tài)感知去獲取和傳輸發(fā)生變化區(qū)域的信息,實質(zhì)上是從時間相關性上對屏幕圖像數(shù)據(jù)進行壓縮。除此之外,還可以采用中間色、行程編碼等方法對每次傳輸過程中的數(shù)據(jù)進行進一步的壓縮。所謂中間色方法是指,將屏幕圖像數(shù)據(jù)從較多的顏色位數(shù)變換到較少的顏色位數(shù)。例如,將32位色的數(shù)據(jù)變換到16位色,數(shù)據(jù)量將減少至原來的一半,但圖像的視覺效果基本上還是可以接受的。從另一個意義上講,中間色方法適用于那些發(fā)送機和接收機或接收機之間顯示器顏色配置不一致的場合。當然,采用中間色法的代價是顏色變換引進了一些計算量。在基于窗口的Windows操作系統(tǒng)下,屏幕上經(jīng)常會出現(xiàn)大片顏色一樣的顏色塊,對具有這種典型特征的屏幕圖像數(shù)據(jù)采用一種稱為二維行程編碼的壓縮算法,壓縮效果比較好。它的基本原理是找出每個顏色子塊,然后只記錄其顏色值以及子塊的位置和大小來代表整個顏色子塊。由于這種壓縮算法對那些復雜圖像的壓縮效果不夠理想,為此還可以采用將所編碼的區(qū)域劃分成規(guī)則的小塊,然后根據(jù)小塊內(nèi)圖像的復雜程度,選擇合適的編碼算法對小塊內(nèi)圖像數(shù)據(jù)進行分別編碼,以提高壓縮比。2.4常用網(wǎng)絡傳輸協(xié)議網(wǎng)絡傳輸也是遠程屏幕傳輸系統(tǒng)的關鍵技術(shù)之一,只有確保了高效的數(shù)據(jù)傳輸才有可能獲得實時的屏幕傳輸效果。以前由于網(wǎng)絡傳輸速度較慢的問題沒有得到解決,很多商用電子教室系統(tǒng)在屏幕傳輸這一環(huán)節(jié)上都不得不采用設計硬件板卡和電纜組網(wǎng)等硬件方式來實現(xiàn)。隨著計算機性能和計算機局域網(wǎng)傳輸速度的提高,在當前10Mbps的局域網(wǎng)條件下,采用高速高效的壓縮算法,用軟件方法可以實現(xiàn)遠程屏幕傳輸。目前,在計算機局域網(wǎng)中實現(xiàn)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡傳輸有許多網(wǎng)絡協(xié)議可供選擇。但鑒于TCP/IP協(xié)議的通用性,以及在Windows平臺上采用Socket編程很容易實現(xiàn)基于TCP/IP協(xié)議的通信,所以,實踐中采用TCP/IP協(xié)議是一個較好的選擇。在選定了TCP/IP協(xié)議之后,系統(tǒng)構(gòu)架還存在幾種通信方式可供選擇。TCP/IP協(xié)議可以支持有連接方式(TCP)和無連接方式(UDP、廣播、IP多播)2種通信方式。這2種通信方式各有利弊,應視具體應用選擇。有連接方式的優(yōu)點是傳送的數(shù)據(jù)包不受其大小限制,可以十分容易地實現(xiàn)一種流式傳輸。缺點是速度較慢,不適合1臺發(fā)送機對多臺接收機的情況,因為發(fā)送機必須維護與每臺接收機進行連接的套接字隊列,這樣隨著接收機數(shù)量的增多,傳輸效率就會下降,而現(xiàn)實應用中往往出現(xiàn)1臺發(fā)送機對幾十臺、甚至上百臺接收機的情況,如果采用有連接方式會出現(xiàn)最后一臺接收機比第一臺接收機明顯延遲的現(xiàn)象。無連接方式的優(yōu)點是速度快,如果采用廣播方式則可做到系統(tǒng)與接收機數(shù)目無關,特別適合一對多的系統(tǒng)。缺點是對數(shù)據(jù)包有最大值限制(64KB),對于較大區(qū)域的屏幕圖像,如果不能將其壓縮到足夠小,就必須分割成獨立的小塊,分成幾個數(shù)據(jù)包傳輸。另外無連接方式存在丟失數(shù)據(jù)包的情況,所以必須保證每個數(shù)據(jù)包意義獨立,即使丟包也不影響系統(tǒng)的正常運行。3基于udp的廣播包筆者采用基于比較的圖像處理方法作為屏幕圖像的動態(tài)感知技術(shù),用DirectX技術(shù)進行屏幕圖像獲取,用中間色法和二維行程編碼算法進行圖像數(shù)