LabVIEW实现基于DCT的野生动物监测无线图像传输

针对野生动物物种数量不断下降的情况，需改进以增强当前野生动物监测系统的能力。目前的系统要求工人进入森林以收集存储在存储卡中的图像数据。这项任务风险很大，而且耗费大量时间。系统也无法提供实时报告，例如，如果偷猎者入侵，则无法立即采取行动。为解决此类问题，设计了一种高效的无线图像传输，以改善当前的野生动物监测系统。

在野生动物监测系统中，图像是重要的数据输入，用于提供监测区域的清晰和全面的概览。图像是需要大空间存储的数据，无线传输需要很长时间。需要实施压缩系统以消除冗余数据并进一步提高传输系统能力。通常，数据处理需要比传输过程更低的功耗。因此，有效系统应在传输过程之前压缩图像。

离散余弦变换（DCT）将来自时域或空间的信息集成到频域中，允许其他传输工具和系统使用该信息。DCT使用余弦函数来说明图像中正弦形状随幅度和频率变化的总和。关于图像的最重要的视觉信息集中在几个DCT系数中。该DCT系数将被压缩以删除人类视觉无法看到的信息。

通过使用有损压缩技术，在量化过程中将丢弃不必要的频率，解压缩过程中只保留重要的频率。虽然DCT在图像质量方面存在弱点，但DCT具有低功耗和高压缩比的优势，所得图像足以用于野生动物监视系统应用。

利用LabVIEW FPGA的优势，实现DCT压缩和无线图像传输用于野生动物监测。系统实现已在NI myRIO上进行，NI myRIO配备XilinxZync-7010FPGA器件用于发送器，而接收部分部分则配备了英特尔酷睿i8207.2GHz的计算机。

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NI myRIO充当发射器，而计算机则充当接收器。在发送器部分，存储在LabVIEW RT中的图像将发送到LabVIEW FPGA。通过使用FPGA平台，将计算DCT压缩。原始图像将经过DCT算法、量化和熵编码过程，然后压缩图像数据发送回LabVIEW RT。从LabVIEW RT中，压缩的数据图像将通过Wi-Fi无线发送到计算机。

在接收器部分，压缩的数据图像将通过计算机Wi-Fi接收。在这一部分中，解压缩过程将使用计算机处理器执行。然后，压缩的图像数据将通过熵解码、反量化和逆DCT算法

压缩比和存储节省旨在衡量内置压缩系统的能力。压缩比和节省空间的百分比越高，压缩系统构建得越好。使用DCT方法，压缩前和压缩后的图像看起来与人类视觉相同，但事实是原始图像中的一些数据丢失。

使用FPGA平台计算DCT算法，允许图像平均压缩到44%。这种压缩性能非常重要，有助于在后续处理（如传输和存储）中提高系统效率。由此产生的图像质量被认为是良好的，足以让野生动物监视系统应用可视化野生动物的存在。