LabVIEWは、野生生物の監視のためにDCTベースのワイヤレス画像送信を実装します
野生生物種の数の減少に対応して、現在の野生生物監視システムの機能を強化するには改善が必要です。現在のシステムでは、メモリカードに保存された画像データを収集するために作業員が森林に入る必要がある。この作業にはリスクがあり、時間がかかります。また、このシステムはリアルタイムのレポートを提供できないため、たとえば密猟者が侵入した場合でも、即座に行動を起こすことはできません。このような問題を解決するために、現在の野生動物監視システムを改善するために、効率的な無線画像伝送が設計されています。
野生動物監視システムでは、画像は監視対象地域の明確かつ包括的な概要を提供するために使用される重要なデータ入力です。画像は大きな保存容量を必要とするデータであり、無線送信には時間がかかります。冗長データを排除し、伝送システムの容量をさらに増やすには、圧縮システムを実装する必要があります。通常、データ処理は送信よりも低い電力消費を必要とします。したがって、効率的なシステムでは、送信プロセスの前に画像を圧縮する必要があります。
離散コサイン変換 (DCT) は、時間領域または空間からの情報を周波数領域に統合し、他の送信ツールやシステムがこの情報を使用できるようにします。DCT はコサイン関数を使用して、振幅と周波数によって変化する画像内の正弦波形状の合計を計算します。画像に関する最も重要な視覚情報は、いくつかの DCT 係数に集中しています。DCT 係数は圧縮されて、人間の視覚では見ることができない情報が削除されます。
非可逆圧縮技術を使用することにより、量子化中に不要な周波数が破棄され、解凍時に重要な周波数のみが保持されます。DCT には画質の弱点がありますが、低消費電力と高圧縮率という利点があり、得られる画像は野生生物監視システムの用途には十分です。
LabVIEW FPGAを活用して、野生生物の監視のためのDCT圧縮とワイヤレス画像送信を実現します。システムの実装は、送信側にXilinx Zync-7010FPGAデバイス、受信側にIntel Core i8 207.2GHzコンピュータを搭載したNI myRIO上で実行されました。
NI myRIOは送信機として機能し、コンピュータは受信機として機能します。送信セクションでは、LabVIEW RT に保存された画像が LabVIEW FPGA に送信されます。FPGA プラットフォームを使用して、DCT 圧縮が計算されます。元の画像はDCTアルゴリズム、量子化、エントロピーコーディングプロセスを経て、圧縮された画像データがLabVIEW RTに送り返されます。LabVIEW RT から、圧縮されたデータイメージが Wi-Fi 経由でコンピュータにワイヤレスで送信されます。
受信部では、圧縮されたデータ画像をパソコンのWi-Fi経由で受信します。このセクションでは、解凍プロセスはコンピュータ プロセッサを使用して実行されます。次に、圧縮された画像データはエントロピー復号化、逆量子化、逆 DCT アルゴリズムを経ます。
圧縮率とストレージの節約は、内蔵の圧縮システムの能力を測定するように設計されています。圧縮率とスペース節約率が高いほど、より優れた圧縮システムが構築されています。DCT 方式を使用すると、圧縮前の画像と圧縮後の画像は人間の視覚と同じように見えますが、実際には、元の画像の一部のデータが失われます。
FPGA プラットフォームは DCT アルゴリズムの計算に使用され、画像を平均 44% まで圧縮できます。この圧縮パフォーマンスは重要であり、送信や保存などの後続の処理におけるシステム効率の向上に役立ちます。得られる画像品質は、野生生物の存在を視覚化する野生生物監視システムの用途には十分であると考えられます。