錢(qián)光明++李楓

摘要：網(wǎng)傳圖片來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視有著不錯(cuò)的應(yīng)用需求。如何快速、便宜、方便、可靠及低功耗地實(shí)現(xiàn)這一需求是問(wèn)題的關(guān)鍵。該文給出了一個(gè)基于WIFI的實(shí)現(xiàn)方案。設(shè)計(jì)一個(gè)JSW聯(lián)網(wǎng)裝置（主控單片機(jī)不用操作系統(tǒng)），并通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)便巧妙的方法，限制網(wǎng)傳JPEG圖片的數(shù)據(jù)量，同時(shí)保證“關(guān)鍵物體”的傳輸。這些對(duì)于住宅遠(yuǎn)程監(jiān)視尤具意義。

關(guān)鍵詞：低功耗；JSW聯(lián)網(wǎng)裝置；“關(guān)鍵物體”；“去尾”

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）23-0159-03

1 概述

打開(kāi)淘寶網(wǎng)搜索“網(wǎng)絡(luò)攝像頭”，您會(huì)發(fā)現(xiàn)有著不錯(cuò)的銷量。就具體用途而言，有的公司可能安裝在辦公場(chǎng)合或庫(kù)房；有的商家用于店鋪的無(wú)人監(jiān)視；有的客戶可能用于住宅的遠(yuǎn)程監(jiān)控……這些產(chǎn)品有的利用有線入互聯(lián)網(wǎng)，另一些則是無(wú)線入網(wǎng)，有的入網(wǎng)方式則是無(wú)線有線均可。

本文的研究則是基于“WIFI無(wú)線、電池供電、低功耗、長(zhǎng)時(shí)間”等方面的室內(nèi)自動(dòng)拍攝，提出一個(gè)“幾K圖片選擇”方案?？紤]能夠電池供電，強(qiáng)調(diào)低功耗。

現(xiàn)有的WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)攝像頭絕大部分是基于市電（220v）設(shè)計(jì)的，有的雖然也可以用電池供電，但由于方案所限電池電量只能用1～2天。人們外出度假、旅游時(shí)，許多住戶的傳統(tǒng)習(xí)慣一般都是拔掉冰箱電源，切斷市電（220v）。而現(xiàn)在，如果希望能通過(guò)手機(jī)或電腦遠(yuǎn)程看一看自己的住宅室內(nèi)情況，使用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)攝像頭，要求繼續(xù)使用市電顯然是一種遺憾。

低功耗更是許多嵌入式應(yīng)用的一個(gè)極其重要的目標(biāo)。在電池電量一定的情況下，網(wǎng)絡(luò)攝像頭的功耗越低，需要再次充電或更換電池的周期就越長(zhǎng)，越有利于進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)控。另外，一般來(lái)講，低功耗小電流產(chǎn)品發(fā)熱低，由于溫度過(guò)高而帶來(lái)的安全隱患也會(huì)小一些，尤其是在長(zhǎng)期無(wú)人的場(chǎng)合。

2 “幾K圖片選擇”基本實(shí)現(xiàn)思路

首先，基于不錯(cuò)的壓縮性能以及應(yīng)用普及性，我們選擇JPEG作為網(wǎng)傳圖片格式。有的攝像頭集成有相應(yīng)固件直接產(chǎn)生JPEG壓縮數(shù)據(jù)，有的則靠DSP加相應(yīng)軟件完成。圖1是“幾K圖片選擇”的入網(wǎng)示意。基于前面的分析，選擇WIFI入網(wǎng)。如果采用定時(shí)方式，主控單片機(jī)中設(shè)計(jì)一個(gè)（或控制一個(gè)外置的）低功耗計(jì)時(shí)器，該計(jì)時(shí)器使主控單片機(jī)每隔一定時(shí)間自動(dòng)喚醒，喚醒后的主控單片機(jī)使攝像頭模塊和WIFI模塊從低功耗狀態(tài)（待機(jī)或睡眠或斷電等）進(jìn)入工作狀態(tài)，控制攝像頭模塊拍下一張現(xiàn)場(chǎng)圖像，處理成JPEG壓縮數(shù)據(jù)，隨即將其通過(guò)WIFI發(fā)出，發(fā)送完成后再使攝像頭模塊和WIFI模塊重新進(jìn)入低功耗狀態(tài)，然后主控單片機(jī)自己進(jìn)入睡眠狀態(tài)，等待下一次被計(jì)時(shí)器喚醒；如果采用事件觸發(fā)方式，則主控單片機(jī)的喚醒由外接傳感器（如紅外探頭）觸發(fā)。

為描述方便，將圖1的入網(wǎng)裝置稱為JSW入網(wǎng)裝置，簡(jiǎn)稱JSW。意為JPEG攝像頭模塊 + Single chip computer（單片機(jī)） + WIFI。另外，主控單片機(jī)未被喚醒時(shí)，其他兩個(gè)模塊也處于低功耗狀態(tài)，我們稱此時(shí)是JSW入網(wǎng)裝置的低功耗狀態(tài)。主控單片機(jī)被喚醒后，則稱是JSW入網(wǎng)裝置的工作狀態(tài)。

與市售的許許多多WIFI攝像頭不同，這里的主控單片機(jī)不運(yùn)行操作系統(tǒng)，這樣可以最大限度地節(jié)省硬件，減少代碼量，進(jìn)一步降低功耗，增加可靠性。

再來(lái)看一看JSW入網(wǎng)裝置的電池續(xù)航時(shí)間。這個(gè)時(shí)間指標(biāo)主要取決于JSW的工作狀態(tài)所需時(shí)長(zhǎng)，需要考慮WIFI模塊的啟動(dòng)和入網(wǎng)時(shí)間、網(wǎng)絡(luò)通信需要的時(shí)間、主控單片機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間以及JPEG模塊的啟動(dòng)和拍照時(shí)間，以前兩個(gè)時(shí)間為主。先看第一個(gè)。為了快速入網(wǎng)，可以使WIFI模塊一直保持為聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)，但需要mA級(jí)的電流[1]。即使是1mA的電流，約26.7天就會(huì)耗掉640mAh的電量（26.7*24≈640）。如果考慮WIFI模塊平常處于極低功耗的待機(jī)或斷電狀態(tài)（電流近似為零），只有在JSW的工作狀態(tài)才啟動(dòng)和聯(lián)網(wǎng)，耗電又會(huì)怎樣？一般情況下，WIFI模塊從通電到聯(lián)網(wǎng)需要十幾秒（甚至更短）就夠了，算20秒好了。以WIFI模塊GS1011M為例，在較大發(fā)射功率（+18dbm）時(shí)的典型電流約250mA[2]，WIFI模塊從通電到聯(lián)網(wǎng)一次所需電量約1.39mAh （（20/3600）*250≈1.39），如果JSW每半天進(jìn)入一次工作狀態(tài)（應(yīng)該滿足一般需求），這1.39mAh在26.7天需要的電量為37.113mAh（遠(yuǎn)小于640mAh）。因此，在JSW的低功耗狀態(tài)中，使WIFI模塊處于極低功耗的待機(jī)或斷電狀態(tài)是一個(gè)好的選擇。有利于延長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間。

再看第二個(gè)。網(wǎng)絡(luò)通信需要的時(shí)間取決于網(wǎng)絡(luò)狀況和所發(fā)送的信息量，我們?cè)跓o(wú)法左右前者的情況下，可以盡量縮減后者，以盡量減少JSW的工作狀態(tài)時(shí)長(zhǎng)，增加續(xù)航時(shí)間。這正是“幾K圖片選擇”的出發(fā)點(diǎn)之一。

3 簡(jiǎn)單的“去尾”辦法

對(duì)于一般的住宅室內(nèi)監(jiān)視，我們?nèi)》直媛?20*240，可以基本滿足要求，如看看門(mén)開(kāi)沒(méi)開(kāi)。但是，我們知道，在不同的光照條件下對(duì)同一物體拍出的JPEG圖片大小一般不同，在同樣的光照條件下對(duì)不同物體拍出的JPEG圖片大小可能有別。實(shí)驗(yàn)以O(shè)V2640拍照[3]。圖2是較強(qiáng)光（中午窗外有陽(yáng)光）下拍攝的一個(gè)書(shū)架JPEG圖片，圖3是弱光（陰雨天3米外開(kāi)約30w日光燈）下拍攝的一張房門(mén)JPEG圖片，這兩張圖片大小相差約7.6k。如果不開(kāi)日光燈的話，圖3對(duì)應(yīng)的圖片尺寸會(huì)更小些（約2.7k時(shí)仍然可模糊地辨認(rèn)門(mén)是否打開(kāi)），對(duì)這樣的圖片設(shè)計(jì)網(wǎng)傳方案時(shí)，一般會(huì)從最大圖片的尺寸出發(fā)來(lái)考慮，如按13K來(lái)發(fā)送和存儲(chǔ)。而我們的“幾K圖片選擇”，顧名思義是只網(wǎng)傳“幾K”圖片內(nèi)容，對(duì)十幾K或幾十K（如果用640*480分辨率的話一張圖片隨便就是幾十K）之類的大圖片，顯然不打算網(wǎng)傳一張圖片的全部，只是傳輸“一張圖片的一部分”，以下簡(jiǎn)稱PoI（Part of Image ），這樣自然引出兩個(gè)疑問(wèn)：一是只網(wǎng)傳PoI有什么好處？二是只網(wǎng)傳PoI還有意義嗎？疑問(wèn)一很容易想明白，因?yàn)橹粋鳌皫譳”比傳“幾十k”肯定省流量（很可能省錢(qián)）、省存儲(chǔ)容量、縮短JSW的工作狀態(tài)、延長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間等。并且，如果這“幾k”有一個(gè)固定上限值（如不大于6.5k）的話，對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸和網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)也有益處，比如，用戶可以預(yù)先估計(jì)租用的服務(wù)器圖片存儲(chǔ)空間可以用多久。