CN102710939A - 一种无线图像传感器***的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种无线图像传感器***的实现方法，无线图像传感器主要用于实现图像的采集，具有需布线、低成本、低功耗、高可靠性、高实用性的特性。包括：图像采集模块：用于对图像进行采集的模块，负责图像的分辨率，数据格式等参数的设定。图像编码模块：图像编码采用件件编码。图像压缩采用开源的jpeg_6b编解码库进行jpeg编码。图像传输模块：图像有一定的实时性要求，所以传输模块需要有足够大的带宽来满足图像的传输。采用Wi-Fi协议来传输。图像解码模块：图像的接收端为PC机，解码可以采用开源的jpeg_6b解码库来解决。图像显示模块：解码后的数据经过数据格式的转化后就可以送至显示端进行显示。

Description

一种无线图像传感器***的实现方法

技术领域

本发明涉及了无线多媒体传感器网络中图像处理的方法，主要解决了有限资源的条件下图像的采集，压缩，传输，解码，显示等问题，属于传感器网络技术和嵌入式开发的交叉领域。

背景技术

无线多媒体传感器网络（Wireless Multimedia Sensor Networks－WMSNs）是在传统无线传感器网络（Wireless Sensor Networks－WSNs）基础上集成音频、视频、图像等多媒体信息感知功能的一种新型传感器网络。由于WMSNs 巨大的应用价值，它已经引起了各国学术界的极大关注。

它可以应用于布线和电源供给困难得区域、人员不能到达的区域（如受到污染、环境不能被破坏或敌对的区域）和一些临时场合（如发生自然灾害，固定通信网被破坏）等。因此，传感器网络具有十分广阔的应用前景，在军事国防、工农业、城市管理、生物医疗、环境监测、抢险救灾、防恐反恐、危险区域远程控制等许多领域都有重要的科研价值和巨大实用价值，已经引起了世界许多国家军界、学术界和工业界的高度重视，并成为进入2000 年以来公认的新兴前沿热点研究领域，被认为是将对二十一世纪产生巨大影响力的技术之一。

由于传感器能量受限，成为了无线多媒体传感器发展的瓶颈之一。通过对现有***的分析可知，用于数据传输的能耗几乎达总功耗的80%左右，为了节省有限的能量必须减少信息传输量。原始图像的信息量巨大，必须经过有效率的图像压缩才能满足图像的实时性。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种无线图像传感器的硬件编解码***。描述了图像采集，图像编码，图像传输，图像解码，图像显示等问题的解决方案。大大增强了在智能家居，小区监控等方面的应用。

技术方案： 本发明的无线图像传感器***的实现方法中，该***的基本组成模块包括：处理器与图像处理模块、无线通信模块、OV9650初始化模块、图像采集模块、图像编码模块、图像的发送模块、图像接收模块、图像解码模块、图像显示模块；OV9650初始化模块首先执行初始化过程，处理器与图像处理模块向图像采集模块发送图像采集指令，图像采集模块采集完将数据发送给处理器与图像处理模块进行压缩编码，图像的发送模块将压缩好的数据通过无线通信模块传送给图像接收模块，图像接收模块将受到的数据传送给图像解码模块进行解码，解码好的数据传送给图像显示模块进行显示，其实现方法具体如下：

步骤1） 处理器与图像处理模块选取：该模块采用三星公司推出的16/32位RISC处理器S3C2440A，采用ARM920T内核；

步骤2） 无线通信模块：无线通信模块要有足够大的带宽来满足图像传输的需要，采用Ralink公司的rt73无线网卡，支持IEEE 802.11b/g网络标准，室内最远通信距离200米、室外最远830米；通过USB接口与处理器的USB接口相连；

    步骤3）图像传感器初始化模块：图像传感器的初始化初始化模块主要是处理器通过I2C总线对图像传感器OV9650寄存器配置来完成的，

    Linux内核中集成了I2C的驱动程序，用户程序直接调用该驱动来对图像传感器进行帧速率设置、图像大小设置和输出的数据格式设置；

步骤4） 图像采集模块：图像采集是通过内核驱动程序来控制设备来采集图像的；

步骤5） 图像编码模块：原始的图像的数据量是巨大的，图像压缩采用JPEG编码，采用开源的jpeg_6b编解码库进行编码，只要对其中结构体正确进行配置并调用几个控制函数就能进行jpeg编码；

步骤6） 图像的发送模块：编码好的图像数据需要及时发送到客户端，服务器端所有设备初始化好了以后，等待客户端的命令；当客户端发来图像采集的命令时，服务端从图像传感器获取数据，编码后通过安全套接字Socket发送到客户端；

步骤7） 图像接收模块：客户端要实时接收服务器端发送的数据；

步骤8） 图像解码模块：图像解码依然采用开源的jpeg_6b编解码库进行解码，需要对其中的结构进行配置才能进行解码。

有益效果：本发明提出的无线图像传感器应用***有如下有益效果：

    （1）由于采用Wi-Fi协议进行传输，与其他协议相比，通信半径比较长，室内最远通信距离200米、室外最远830米。基本一跳就可以满足需求。而且带宽为54Mbit/s，可以实现320×240大小图像无延迟传输，这是采用其它无线通信协议传输无法达到的。

（2）采集完的图像采用JPEG编码，大大减小了无线通信的带宽。提高网络的稳定性与效率。

（3）成簇过程简单有效。簇头节点为无线路由器，图像采集节点和接收节点都通过无线路由器相连，不需要节点获取详细的网络拓扑与连接信息，也不需要与邻居进行大量的数据交互。由于Wi-Fi的通信距离很大，所以一个簇头节点与其成员节点所形成的星型网络所覆盖的区域可以满足需求，而且星型网络成簇简单，不容易出故障。

附图说明

图1是图像传感器寄存器设置流程图，

图2是图像传感器的初始化的流程图，

图3是jpeg图像编码流程图的流程图，

图4是客户端与服务器端通信代码的流程图，

图5是图像解码模块流程图。

具体实施方式

本发明在具体实现过程中在硬件设计的同时对软件开发也运用相关仿真软件对其进行仿真，从而大大缩短开发周期。下面将结合附图对本发明作详细描述。应当明确，以下内容仅仅用来描述本发明而不作为对本发明的限制。

本发明建立了一种无线图像传感器的编解码***，其基本的***组成包括：

图像采集模块：用于对图像进行采集的模块，负责图像的分辨率，数据格式的图像参数的设定。摄像头通过CSI接口直接与处理器相连，可以直接读写寄存器来控制摄像头。

图像编码模块：图像压缩采用JPEG编码，JPEG编码是一个比较复杂的过程，所以采用开源的jpeg-6b编解码库进行编码。只要对其中结构体正确进行配置并调用几个控制函数就能进行jpeg编码。

图像传输模块：采用Wi-Fi协议来传输图像数据，其载波的频率为2.4GHz，原始传送速度为54Mbit/s，净传输速度约为24.7Mbit/s，可以满足其实时性传输。

编码好的图像数据需要及时发送到客户端。服务器端所有设备初始化好了以后，等待客户端的命令。当客户端发来图像采集的命令时，服务端从图像传感器获取数据，编码后通过Socket发送到客户端。

图像解码模块：图像的接收端为PC机，接收端接受到图像数据就进行解码，以减少延迟。解码可以采用开源的解码库来解决，PC的主频很高，可以进行软件实时解码。

图像显示模块：解码后的数据经过数据格式的转化后就可以送至显示端进行显示。显示图像可以直接利用framebuffer在显示器上画点，但为了美观和便于操作，采用了开源的GTK+(GIMP Toolkit)库来显示图像。

本发明的实现步骤为：

步骤1）处理器与图像处理模块选取。多媒体传感器节点的核心处理器采用三星公司推出的16/32位RISC处理器S3C2440A，该处理器是面向高端手持设备或其他一般应用而设计的芯片。采用ARM920T内核，其特点有低功耗，高速的处理计算能力。整体设计融合了MMU，AMBA BUS和HARVARD（哈佛）结构。具有独立的16kb指令cache和16kb数据cache。

步骤2）无线通信模块设计。无线通信模块要有足够大的带宽来满足图像传输的需要。可以采用Ralink公司的rt73无线网卡。支持IEEE 802.11b/g网络标准，室内最远通信距离200米、室外最远830米。可以通过USB接口与处理器的USB接口相连。Ralink官方提供了Linux版的驱动，可通过交叉编译移植到开发板中。

步骤3）OV9650初始化设计。OV9650的初始化主要是处理器通过I2C总线对OV9650寄存器配置来完成的。

Linux内核中集成了I2C的驱动程序，用户程序可以直接调用该驱动来对图像传感器进行设置，如帧速率设置，图像大小设置，输出的数据格式设置等，如图1所示。

步骤4）图像采集模块的设计。图像采集是通过内核驱动程序来控制设备来采集图像的，包括设置图像的尺寸，格式等，如图2所示。

步骤5）图像编码模块的设计。原始的图像的数据量是巨大的，这样大的数据量对无线传输是很大的负担，所以要进行图像压缩。图像压缩采用JPEG编码，JPEG编码是一个比较复杂的过程，所以采用开源的jpeg_6b编解码库进行编码。只要对其中结构体正确进行配置并调用几个控制函数就能进行jpeg编码，如图3所示。

步骤6）图像的发送模块的设计。编码好的图像数据需要及时发送到客户端。服务器端所有设备初始化好了以后，等待客户端的命令。当客户端发来图像采集的命令时，服务端从图像传感器获取数据，编码后通过Socket发送到客户端。

步骤7）图像接收模块的设计。客户端要实时接收服务器端发送的数据，如图4所示。

步骤8）图像解码模块的设计。图像解码依然采用开源的jpeg_6b编解码库进行解码。需要对其中的结构进行配置才能进行解码，如图5所示。

步骤9）图像显示模块的设计。图形界面设计采用GTK+工具包。GTK+(GIMP Toolkit)是一套跨多种平台的图形工具包,按LGPL许可协议发布的。目前已发展为一个功能强大、设计灵活的一个通用图形库。特别是被GNOME选中使得GTK+广为流传，成为Linux下开发图形界面的应用程序的主流开发工具之一。解码后的数据可以通过gdk_draw_rgb_image函数直接在画布控件上显示出来。

Claims (1)

1.  一种无线图像传感器***的实现方法，其特征在于该***的基本组成模块包括：处理器与图像处理模块、无线通信模块、OV9650初始化模块、图像采集模块、图像编码模块、图像的发送模块、图像接收模块、图像解码模块、图像显示模块；OV9650初始化模块首先执行初始化过程，处理器与图像处理模块向图像采集模块发送图像采集指令，图像采集模块采集完将数据发送给处理器与图像处理模块进行压缩编码，图像的发送模块将压缩好的数据通过无线通信模块传送给图像接收模块，图像接收模块将受到的数据传送给图像解码模块进行解码，解码好的数据传送给图像显示模块进行显示，其实现方法具体如下：

步骤1） 处理器与图像处理模块选取：该模块采用三星公司推出的16/32位RISC处理器S3C2440A，采用ARM920T内核；

步骤2） 无线通信模块：无线通信模块要有足够大的带宽来满足图像传输的需要，采用Ralink公司的rt73无线网卡，支持IEEE 802.11b/g网络标准，室内最远通信距离200米、室外最远830米；通过USB接口与处理器的USB接口相连；

       步骤3）图像传感器初始化模块：图像传感器的初始化初始化模块主要是处理器通过I2C总线对图像传感器OV9650寄存器配置来完成的，

       Linux内核中集成了I2C的驱动程序，用户程序直接调用该驱动来对图像传感器进行帧速率设置、图像大小设置和输出的数据格式设置；

步骤4） 图像采集模块：图像采集是通过内核驱动程序来控制设备来采集图像的；

步骤5） 图像编码模块：原始的图像的数据量是巨大的，图像压缩采用JPEG编码，采用开源的jpeg_6b编解码库进行编码，只要对其中结构体正确进行配置并调用几个控制函数就能进行jpeg编码；

步骤6） 图像的发送模块：编码好的图像数据需要及时发送到客户端，服务器端所有设备初始化好了以后，等待客户端的命令；当客户端发来图像采集的命令时，服务端从图像传感器获取数据，编码后通过安全套接字Socket发送到客户端；

步骤7） 图像接收模块：客户端要实时接收服务器端发送的数据；

步骤8） 图像解码模块：图像解码依然采用开源的jpeg_6b编解码库进行解码，需要对其中的结构进行配置才能进行解码。

Images