一種基于WIFI模塊遠距離圖傳的無線圖像采集與傳輸系統

一種基于WIFI模塊遠距離圖傳的無線圖像采集與傳輸系統，采用STM32單片機作為控制芯片，WIFI模塊遠距離圖傳CV520模塊進行圖像采集，通過TCP協議將采集到的圖像通過TCP協議傳送到手持移動終端Android設備。Qt開發軟件通過socket接口編程，設計了app來實時顯示所采集的圖像。試驗表明，圖像傳輸穩定，能夠實現實時無線圖像傳輸。WIFI模塊可與其他設備結合使用，具有未來圖像類設備良好的潛力。

圖象傳送的應用非常廣泛，在安防設備上可以通過攝像機對家庭、小區等進行監控，對于犯罪偵查、尋找失物等起到很大的作用。在人工智能領域，需要對特定的事物進行識別，如人臉識別、目標識別等，需要大量的圖像樣本采集，沒有圖像采集技術是無法實現的。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控中的關鍵技術，采用TCP協議通過WIFI模塊遠距離圖傳模塊實現圖像無線傳輸。將攝像機與顯示終端分開，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。

內容包括：圖像采集、數據傳輸、終端顯示等。CV520模塊實現圖像采集，并將采集到的圖像通過WIFI模塊遠距離圖傳模塊傳送到android設備，將wifi模塊配置為AP模式。對服務器進行配置，android設備在客戶端連接到wifi模塊上后，通過socket接口進行通信，接收數據，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200w左右。當采集光時，還要逐行采集，直至掃描完畢。內置數字圖像處理模塊，可直接輸出JPEG、GRB422、YCbCr等數據格式。CV520模塊使用AT攝像機模組，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總線類似于單片機將控制命令發送到模塊。當圖像獲取開始后，該模塊生成采集輸出時序。HREF輸出高電平常數時，基于時鐘對像素數據的讀取，HREF線變成低電平時，將會導致HREF線的讀出。一幀數據采集完成后，HREF將一直處于低電平狀態，VSYNC的場同步線經過一定時間后，就會翻轉電平，當單片機配置時，可通過寄存器配置幀中斷，用于處理采集的數據。WIFI模塊遠距離圖傳已將12Mhz晶振添加到中。因此，單片機不需要產生時鐘給它。

STM32f407內建一個DCMI接口，配置寄存器，通過DMA，自動將采集到的數據保存到特定的內存中。需要連接到STM32f407的DCMI接口上，比如數據時鐘和數據采集線，SCCB接口線被連接到具體的插腳，并由軟件實現控制。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。可配置大量AT指令集。可以根據AT指令對模塊進行配置，預先配置好的串口波特率為115200bps，設置到AP模式后再配置到服務器中，設置好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據。STM32單片機與wifi模塊通過串口進行通訊。單片配置串口為115200波特率，與WIFI模塊遠距離圖傳模塊的波特率匹配。

總線配置能將原始數據自動編碼為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網絡傳輸，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。先對原始圖像進行空間變換，實現降采樣；在采樣后將圖像分成若干段，每段進行DCT變換，對每一部分變換后的部分進行濾波，對其進行游程編碼和Hoffman編碼，得到編碼后的文件。基于jpeg文件格式的某些特點，單片機以SOI標簽編碼為起始，以EOI標簽編碼為結尾。將jpeg編碼文件還原為靜態圖像大體上是反過來執行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方法內部封裝了反解碼算法，可以將jpeg文件存儲格式的數據反解碼成圖片來顯示。

在網絡間通信方面，使用多的是ISO/OSI模型和TCP/IP模型。ISO早些時候就研究了網絡體系的建設，但后來是在互聯網飛速發展的環境下，TCP/IP模式在全世界得到了廣泛應用。IP模型的鏈路層是以物理介質為基礎，實現相鄰節點間的數據傳輸輸錯和錯誤檢測。該層常用的設備是集線器、中繼器、交換機等，通過主機的MAC地址交換機能判斷數據是否到達，并在局域網內實現主機之間的數據傳輸。網層是主機之間通過IP地址進行數據傳輸。同時，還對主機進行IP地址分配，實現不同局域網主機間的數據傳輸。通過算法幫助傳送的數據，網絡層也將選擇適合的路徑，防止走失。常見的裝置是路由器。WIFI模塊遠距離圖傳傳輸層主要處理應用層和網絡層的數據，處理傳輸錯誤，保證數據的準確性等，從而實現兩個進程間的通訊。TCP/UDP協議就是這個層次的通用協議。為用戶提供了大量的服務協議，如HTML協議、ftp協議等。socket接口是TCP/IP公共API，它可以用作兩個應用程序間通信的接口。通過套接字通信需求，將兩個應用程序分別設置為服務器和客戶端。接著建立連接。服務端先創建監聽套接字，將自己的ip地址和端口號綁定在一起。監聽客戶機的連接，當客戶有請求時，客戶需要進行連接，需要進行三次握手才能確認請求。通訊套接字就能被取出來進行通訊。還需要四次握手后，斷開socket的連接。WIFI模塊遠距離圖傳客戶機連接服務器需要先創建一個通信socket接口，綁定ip和端口然后連接服務器。在與服務器進行三次握手后，就能彼此通信。也是通過四次握手來結束這次交流。