陳朋誼，房宇佳，甘偉鵬，邵萬鵬，王 燕，夏思雨，阮偉華，王海鵬

（三江學院 電子信息工程學院，江蘇 南京210012）

近年來隨著人工智能的火熱，在圖像識別的方向也有了長足的進步，有越來越多的成熟物體檢測和識別的模型。而對于微控制器這種級別的芯片如果想要實現(xiàn)復雜的識別和大量的計算，目前來說很難實現(xiàn)，但是通過圖像無線傳輸?shù)姆椒▽⑽⒖刂破骱陀嬎隳芰姶蟮脑O(shè)備結(jié)合起來，即由本地采集圖像，然后通過無線Wi-Fi將圖像數(shù)據(jù)傳輸給計算機[1]，在計算機端進行復雜的識別運算算法，再將算法處理結(jié)果通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)轿⒖刂破?，最后再由微控制器做出決策。在這種拓撲結(jié)構(gòu)中，圖像的傳輸具有極其重要的作用：第一，圖像的傳輸技術(shù)能夠采集具有高清晰度的圖像，這樣可以提高識別的準確度；第二，更快的傳輸速度可以使計算終端接收幀率更高的圖像，提升識別速度和實時性。所以圖像傳輸和人工智能的結(jié)合在未來將大有潛力。

在無人機中經(jīng)?？梢钥吹綀D像傳輸（簡稱“圖傳”）系統(tǒng)的身影[2]，而圖傳系統(tǒng)在安防系統(tǒng)中的地位更是舉足輕重。在移動的嵌入式設(shè)備上很多時候也需要將圖像傳輸?shù)狡渌K端上，以便觀察或者完成其他的操作[3-10]，本文提出并設(shè)計一種基于Wi-Fi無線傳輸?shù)牡统杀緢D傳系統(tǒng)。

1 設(shè)計與實現(xiàn)

1.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

圖1 所示為整個原型系統(tǒng)框圖，主要包括兩端，是圖像的采集和發(fā)送端，其中包含攝像頭模塊（OV2640），負責圖像的采集和壓縮。微控制MCU（STM32F407ZGT6）用來接收攝像頭模塊發(fā)送過來的數(shù)據(jù)[6]，并將數(shù)據(jù)通過SPI接口傳輸?shù)絎i-Fi模塊。Wi-Fi模塊（ALK8266）轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)到圖像的接收端，也可轉(zhuǎn)發(fā)另一端消息MCU，另一端圖像接收端用來查看Wi-Fi發(fā)送過來的圖像，這一端是終端接收設(shè)備，可以是一臺電腦或者手機，并運行上位機軟件或者瀏覽器。

圖1 基于STM32微控制器的Wi-Fi圖傳原型系統(tǒng)框圖

1.2 軟件設(shè)計結(jié)構(gòu)

整個系統(tǒng)采用由下而上開發(fā)的順序，如圖2所示。軟件開發(fā)總體分成四層結(jié)構(gòu)，首先要確定最底層的硬件接口，保證所有接口合理分配并和MCU資源接口匹配，例如Wi-Fi模塊需要串行外設(shè)接口（SPI）方式通信，不可以隨意分配端口。上一層需要完成底層驅(qū)動的編寫，初始化所有外設(shè)，使MCU控制所有外設(shè)模塊。再上一層就需要完成2個部分的內(nèi)容，一個是對于Wi-Fi模塊中TCP/IP協(xié)議棧配置[7]，另一個是對于圖像數(shù)據(jù)的采集和存儲。頂層為應(yīng)用層，主要負責完成發(fā)送圖像到其他終端，由于需要發(fā)送圖像到瀏覽器，所以包含WEB服務(wù)器的實現(xiàn)。

圖2 基于STM32微控制器的圖傳原型系統(tǒng)軟件開發(fā)順序框圖

1.3 系統(tǒng)實現(xiàn)及流程

首先對核心板通電，燒錄測試代碼，觀察到核心板上綠色LED燈進行閃爍。實物效果如圖3所示，通過串口查看獲取到的圖像數(shù)據(jù)。最終檢測Wi-Fi模塊，通電啟動后查看Wi-Fi模塊狀態(tài)指示燈是否正常，供電電壓是否達到3.3V，通過連接熱點進行數(shù)據(jù)的發(fā)送，串口打印接收到的數(shù)據(jù)。

圖3 圖傳系統(tǒng)整體實物圖

連接好各模塊后，就可以將圖像數(shù)據(jù)通過TCP服務(wù)器發(fā)送到連接上的客戶端。圖像發(fā)送的格式為JPEG格式，這是一種壓縮后的圖像格式，JPEG圖像以二進制打開會看到編碼是以0XFF、0XD8開頭，以0XFF、0XD9結(jié)尾，通過編寫函數(shù)來查找特定開頭和結(jié)尾的十六進制數(shù)，就可以得到寫入SRAM中一幅完整JPEG圖像的開頭地址和數(shù)據(jù)的長度，特別需要注意的是在向瀏覽器每次發(fā)送圖片之前都要加入如下幀頭：

" --camera "

"Content-Type:image/jpeg "

"Content-Length:"+ ＂jpeg_data_len＂+" "

需要注意參數(shù)“jpeg_data_len”是圖片大小，發(fā)送是需要將整型轉(zhuǎn)化為字符串，這樣瀏覽器就可以一直顯示視頻流直到關(guān)閉瀏覽器。圖像的發(fā)送核心的代碼如圖4所示：

圖4 圖像的發(fā)送核心的代碼截圖

2 實驗結(jié)果

搭建好原型系統(tǒng)之后，運行調(diào)試程序，攝像頭會采集圖像信息，傳輸?shù)絊TM32微控制器開發(fā)平臺中進行處理，調(diào)用圖像發(fā)送函數(shù)，經(jīng)過Wi-Fi傳輸?shù)缴衔粰C和瀏覽器中，打開圖像接收上位機軟件，輸入代碼中設(shè)置的IP地址和端口號，然后點擊啟動。實驗現(xiàn)象如圖5所示，上位機程序接收圖像。瀏覽器接收到的圖像如圖6所示。

圖5 上位機接收圖像

圖6 瀏覽器接收到的圖像

3 結(jié)論

本論文設(shè)計實現(xiàn)了一套基于微控制器的低成本無線圖傳系統(tǒng)，可通過Wi-Fi技術(shù)實現(xiàn)較高幀率的無線圖像傳輸，利用成本較低、在資源有限的微控制器上實現(xiàn)攝像頭數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送，Wi-Fi模塊可以讓嵌入式設(shè)備連接網(wǎng)絡(luò)，并且可以通過瀏覽器直接查看視頻，整套系統(tǒng)成本約為150元。傳輸?shù)乃俣瘸^許多同類原型系統(tǒng)，為后來此類圖傳問題提供了一種可行的解決思路。