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一種基于WIFI模塊遠(yuǎn)距離圖傳的無線圖像采集與傳輸系統(tǒng)

發(fā)布日期:2022-01-18  瀏覽次數(shù):2606
一種基于WIFI模塊遠(yuǎn)距離圖傳的無線圖像采集與傳輸系統(tǒng),采用STM32單片機(jī)作為控制芯片,WIFI模塊遠(yuǎn)距離圖傳CV520模塊進(jìn)行圖像采集,通過TCP協(xié)議將采集到的圖像通過TCP協(xié)議傳送到手持移動終端Android設(shè)備。Qt開發(fā)軟件通過socket接口編程,設(shè)計了app來實時顯示所采集的圖像。試驗表明,圖像傳輸穩(wěn)定,能夠?qū)崿F(xiàn)實時無線圖像傳輸。WIFI模塊可與其他設(shè)備結(jié)合使用,具有未來圖像類設(shè)備良好的潛力。

圖象傳送的應(yīng)用非常廣泛,在安防設(shè)備上可以通過攝像機(jī)對家庭、小區(qū)等進(jìn)行監(jiān)控,對于犯罪偵查、尋找失物等起到很大的作用。在人工智能領(lǐng)域,需要對特定的事物進(jìn)行識別,如人臉識別、目標(biāo)識別等,需要大量的圖像樣本采集,沒有圖像采集技術(shù)是無法實現(xiàn)的。無線限制,攝像與顯示終端分離,無線圖像傳輸在日常生活中也具有很高的實用性,如在忙著洗衣做飯時,可以監(jiān)視孩子們的實時動作,并能看到特定角落的實時畫面。本論文主要探討了圖像監(jiān)控中的關(guān)鍵技術(shù),采用TCP協(xié)議通過WIFI模塊遠(yuǎn)距離圖傳模塊實現(xiàn)圖像無線傳輸。將攝像機(jī)與顯示終端分開,不需要連接線。實時探測看不見或人類難以探索的角落,在wifi信號覆蓋范圍內(nèi)。

內(nèi)容包括:圖像采集、數(shù)據(jù)傳輸、終端顯示等。CV520模塊實現(xiàn)圖像采集,并將采集到的圖像通過WIFI模塊遠(yuǎn)距離圖傳模塊傳送到android設(shè)備,將wifi模塊配置為AP模式。對服務(wù)器進(jìn)行配置,android設(shè)備在客戶端連接到wifi模塊上后,通過socket接口進(jìn)行通信,接收數(shù)據(jù),分析圖像并顯示。

CV520是一個200w象素的CMOS傳感器,每一個象素由BG/GR格式的濾波器逐行排列,組成方陣采集陣列,BG/GR組成的像素可達(dá)200w左右。當(dāng)采集光時,還要逐行采集,直至掃描完畢。內(nèi)置數(shù)字圖像處理模塊,可直接輸出JPEG、GRB422、YCbCr等數(shù)據(jù)格式。CV520模塊使用AT攝像機(jī)模組,正原子為原子。這總共有18針。先是SCCB總線與HREF線同步線,VSYNC場同步線,8位并行線。SCCB和I2C總線類似于單片機(jī)將控制命令發(fā)送到模塊。當(dāng)圖像獲取開始后,該模塊生成采集輸出時序。HREF輸出高電平常數(shù)時,基于時鐘對像素數(shù)據(jù)的讀取,HREF線變成低電平時,將會導(dǎo)致HREF線的讀出。一幀數(shù)據(jù)采集完成后,HREF將一直處于低電平狀態(tài),VSYNC的場同步線經(jīng)過一定時間后,就會翻轉(zhuǎn)電平,當(dāng)單片機(jī)配置時,可通過寄存器配置幀中斷,用于處理采集的數(shù)據(jù)。WIFI模塊遠(yuǎn)距離圖傳已將12Mhz晶振添加到中。因此,單片機(jī)不需要產(chǎn)生時鐘給它。

STM32f407內(nèi)建一個DCMI接口,配置寄存器,通過DMA,自動將采集到的數(shù)據(jù)保存到特定的內(nèi)存中。需要連接到STM32f407的DCMI接口上,比如數(shù)據(jù)時鐘和數(shù)據(jù)采集線,SCCB接口線被連接到具體的插腳,并由軟件實現(xiàn)控制。Wifi模塊使用由某人SI232-s公司的USR-WIFi模塊。這個模塊工作在單頻率2.4Ghz頻段,并且可以低功耗??膳渲么罅緼T指令集??梢愿鶕?jù)AT指令對模塊進(jìn)行配置,預(yù)先配置好的串口波特率為115200bps,設(shè)置到AP模式后再配置到服務(wù)器中,設(shè)置好IP地址、端口號等。每一次與wifi連接后,都可以直接通過串口使用接收數(shù)據(jù)。STM32單片機(jī)與wifi模塊通過串口進(jìn)行通訊。單片配置串口為115200波特率,與WIFI模塊遠(yuǎn)距離圖傳模塊的波特率匹配。

總線配置能將原始數(shù)據(jù)自動編碼為jpeg格式的文件,能將圖像壓縮到小,壓縮速度快,非常適合于wifi網(wǎng)絡(luò)傳輸,是一種常用的圖像格式。jpeg格式壓縮需要通過一些重要步驟。先對原始圖像進(jìn)行空間變換,實現(xiàn)降采樣;在采樣后將圖像分成若干段,每段進(jìn)行DCT變換,對每一部分變換后的部分進(jìn)行濾波,對其進(jìn)行游程編碼和Hoffman編碼,得到編碼后的文件?;趈peg文件格式的某些特點,單片機(jī)以SOI標(biāo)簽編碼為起始,以EOI標(biāo)簽編碼為結(jié)尾。將jpeg編碼文件還原為靜態(tài)圖像大體上是反過來執(zhí)行jpeg編碼,需要Hofman解碼、游程解碼、反向掃描面排序、反量化、反DCT變換、升采樣和空間變換等步驟。Qt軟件Qimage類的fromData方法內(nèi)部封裝了反解碼算法,可以將jpeg文件存儲格式的數(shù)據(jù)反解碼成圖片來顯示。

在網(wǎng)絡(luò)間通信方面,使用多的是ISO/OSI模型和TCP/IP模型。ISO早些時候就研究了網(wǎng)絡(luò)體系的建設(shè),但后來是在互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的環(huán)境下,TCP/IP模式在全世界得到了廣泛應(yīng)用。IP模型的鏈路層是以物理介質(zhì)為基礎(chǔ),實現(xiàn)相鄰節(jié)點間的數(shù)據(jù)傳輸輸錯和錯誤檢測。該層常用的設(shè)備是集線器、中繼器、交換機(jī)等,通過主機(jī)的MAC地址交換機(jī)能判斷數(shù)據(jù)是否到達(dá),并在局域網(wǎng)內(nèi)實現(xiàn)主機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)層是主機(jī)之間通過IP地址進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。同時,還對主機(jī)進(jìn)行IP地址分配,實現(xiàn)不同局域網(wǎng)主機(jī)間的數(shù)據(jù)傳輸。通過算法幫助傳送的數(shù)據(jù),網(wǎng)絡(luò)層也將選擇適合的路徑,防止走失。常見的裝置是路由器。WIFI模塊遠(yuǎn)距離圖傳傳輸層主要處理應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù),處理傳輸錯誤,保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性等,從而實現(xiàn)兩個進(jìn)程間的通訊。TCP/UDP協(xié)議就是這個層次的通用協(xié)議。為用戶提供了大量的服務(wù)協(xié)議,如HTML協(xié)議、ftp協(xié)議等。socket接口是TCP/IP公共API,它可以用作兩個應(yīng)用程序間通信的接口。通過套接字通信需求,將兩個應(yīng)用程序分別設(shè)置為服務(wù)器和客戶端。接著建立連接。服務(wù)端先創(chuàng)建監(jiān)聽套接字,將自己的ip地址和端口號綁定在一起。監(jiān)聽客戶機(jī)的連接,當(dāng)客戶有請求時,客戶需要進(jìn)行連接,需要進(jìn)行三次握手才能確認(rèn)請求。通訊套接字就能被取出來進(jìn)行通訊。還需要四次握手后,斷開socket的連接。WIFI模塊遠(yuǎn)距離圖傳客戶機(jī)連接服務(wù)器需要先創(chuàng)建一個通信socket接口,綁定ip和端口然后連接服務(wù)器。在與服務(wù)器進(jìn)行三次握手后,就能彼此通信。也是通過四次握手來結(jié)束這次交流。
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