錢光明++李楓

摘要：網(wǎng)傳圖片來實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視有著不錯的應(yīng)用需求。如何快速、便宜、方便、可靠及低功耗地實現(xiàn)這一需求是問題的關(guān)鍵。該文給出了一個基于WIFI的實現(xiàn)方案。設(shè)計一個JSW聯(lián)網(wǎng)裝置（主控單片機不用操作系統(tǒng)），并通過一個簡便巧妙的方法，限制網(wǎng)傳JPEG圖片的數(shù)據(jù)量，同時保證“關(guān)鍵物體”的傳輸。這些對于住宅遠(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：TP393 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）23-0159-03

1 概述

打開淘寶網(wǎng)搜索“網(wǎng)絡(luò)攝像頭”，您會發(fā)現(xiàn)有著不錯的銷量。就具體用途而言，有的公司可能安裝在辦公場合或庫房；有的商家用于店鋪的無人監(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)，另一些則是無線入網(wǎng)，有的入網(wǎng)方式則是無線有線均可。

本文的研究則是基于“WIFI無線、電池供電、低功耗、長時間”等方面的室內(nèi)自動拍攝，提出一個“幾K圖片選擇”方案。考慮能夠電池供電，強調(diào)低功耗。

現(xiàn)有的WIFI無線網(wǎng)絡(luò)攝像頭絕大部分是基于市電（220v）設(shè)計的，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，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，如果希望能通過手機或電腦遠(yuǎn)程看一看自己的住宅室內(nèi)情況，使用無線網(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，越有利于進行長時間監(jiān)控。另外，一般來講，低功耗小電流產(chǎn)品發(fā)熱低，由于溫度過高而帶來的安全隱患也會小一些，尤其是在長期無人的場合。

2 “幾K圖片選擇”基本實現(xiàn)思路

首先，基于不錯的壓縮性能以及應(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?；谇懊娴姆治?，選擇WIFI入網(wǎng)。如果采用定時方式，主控單片機中設(shè)計一個（或控制一個外置的）低功耗計時器，該計時器使主控單片機每隔一定時間自動喚醒，喚醒后的主控單片機使攝像頭模塊和WIFI模塊從低功耗狀態(tài)（待機或睡眠或斷電等）進入工作狀態(tài)，控制攝像頭模塊拍下一張現(xiàn)場圖像，處理成JPEG壓縮數(shù)據(jù)，隨即將其通過WIFI發(fā)出，發(fā)送完成后再使攝像頭模塊和WIFI模塊重新進入低功耗狀態(tài)，然后主控單片機自己進入睡眠狀態(tài)，等待下一次被計時器喚醒；如果采用事件觸發(fā)方式，則主控單片機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，簡稱JSW。意為JPEG攝像頭模塊 + Single chip computer（單片機） + WIFI。另外，主控單片機未被喚醒時，其他兩個模塊也處于低功耗狀態(tài)，我們稱此時是JSW入網(wǎng)裝置的低功耗狀態(tài)。主控單片機被喚醒后，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，這里的主控單片機不運行操作系統(tǒng)，這樣可以最大限度地節(jié)省硬件，減少代碼量，進一步降低功耗，增加可靠性。

再來看一看JSW入網(wǎng)裝置的電池續(xù)航時間。這個時間指標(biāo)主要取決于JSW的工作狀態(tài)所需時長，需要考慮WIFI模塊的啟動和入網(wǎng)時間、網(wǎng)絡(luò)通信需要的時間、主控單片機的啟動時間以及JPEG模塊的啟動和拍照時間，以前兩個時間為主。先看第一個。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級的電流[1]。即使是1mA的電流，約26.7天就會耗掉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)才啟動和聯(lián)網(wǎng)，耗電又會怎樣？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或斷電狀態(tài)是一個好的選擇。有利于延長電池續(xù)航時間。

再看第二個。網(wǎng)絡(luò)通信需要的時間取決于網(wǎng)絡(luò)狀況和所發(fā)送的信息量，我們在無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)時長，增加續(xù)航時間。這正是“幾K圖片選擇”的出發(fā)點之一。

3 簡單的“去尾”辦法

對于一般的住宅室內(nèi)監(jiān)視，我們?nèi)》直媛?20*240，可以基本滿足要求，如看看門開沒開。但是，我們知道，在不同的光照條件下對同一物體拍出的JPEG圖片大小一般不同，在同樣的光照條件下對不同物體拍出的JPEG圖片大小可能有別。實驗以O(shè)V2640拍照[3]。圖2是較強光（中午窗外有陽光）下拍攝的一個書架JPEG圖片，圖3是弱光（陰雨天3米外開約30w日光燈）下拍攝的一張房門JPEG圖片，這兩張圖片大小相差約7.6k。如果不開日光燈的話，圖3對應(yīng)的圖片尺寸會更小些（約2.7k時仍然可模糊地辨認(rèn)門是否打開），對這樣的圖片設(shè)計網(wǎng)傳方案時，一般會從最大圖片的尺寸出發(fā)來考慮，如按13K來發(fā)送和存儲。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”，以下簡稱PoI（Part of Image ），這樣自然引出兩個疑問：一是只網(wǎng)傳PoI有什么好處？二是只網(wǎng)傳PoI還有意義嗎？疑問一很容易想明白，因為只傳“幾k”比傳“幾十k”肯定省流量（很可能省錢）、省存儲容量、縮短JSW的工作狀態(tài)、延長電池續(xù)航時間等。并且，如果這“幾k”有一個固定上限值（如不大于6.5k）的話，對網(wǎng)絡(luò)傳輸和網(wǎng)絡(luò)存儲也有益處，比如，用戶可以預(yù)先估計租用的服務(wù)器圖片存儲空間可以用多久。