Grenzen verschoben: 30 FPS Video auf SSD1106 OLED mit Arduino Nano

Komponenten & Materialien

Software & Tools

• Arduino IDE
• OpenCV (Python) – für Video-Capture & Vorverarbeitung auf PC

Projektbeschreibung

Ein Experiment an der Leistungsgrenze: Echtzeit-Video (30 FPS) auf einem monochromen 128×64 OLED (SSD1106) via Arduino Nano. Die Haupt-Herausforderung: Bandbreite. SPI wurde auf 2 MHz übertaktet, eine hochoptimierte Bibliothek genutzt. PC-seitig liest OpenCV Webcam-Bilder, skaliert, dithert (Floyd-Steinberg) auf 1-Bit, sendet per UART (1 Mbps) an Nano. Der Nano schiebt die Frames per SPI auf das Display.

Hardware-Verkabelung (SPI)

UART (PC → Nano): PC TX → Nano RX (D0), PC RX → Nano TX (D1), GND ↔ GND. Wichtig: Logic Level Shifter 5V↔3,3V für RX/TX wenn Nano 5V Logik nutzt!

Software-Architektur

PC-Seite (Python + OpenCV)

• Webcam-Capture (30 FPS)
• Resize auf 128×64
• Graustufen → Floyd-Steinberg Dithering → 1-Bit Bitmap (128×64 = 1024 Byte)
• Seriell (1 Mbps) an Nano senden

Nano-Seite (C++)

• Empfang per UART (1 Mbps = 125 kByte/s → 1024 Byte/Frame = 122 FPS theoretisch)
• SPI @ 2 MHz an SSD1106 (Standard 1–4 MHz, 2 MHz stabil)
• Optimierte Bibliothek (kein Adafruit_GFX Overhead) – direkter Register-Zugriff
• Double-Buffering vermeiden – Stream direkt in Display-RAM

Code-Repository

Vollständiger Code (Arduino + Python): GitHub: SaadOjo/SSD1106_monitor

Herausforderungen & Lösungen

Dithering-Beispiel (Python)

import cv2
import numpy as np

def floyd_steinberg_dither(img):
    # img: 128x64 uint8 (0-255)
    h, w = img.shape
    out = np.zeros((h, w), dtype=np.uint8)
    for y in range(h):
        for x in range(w):
            old = img[y, x]
            new = 255 if old > 127 else 0
            out[y, x] = new
            err = old - new
            if x + 1 < w:     img[y, x+1]     += err * 7/16
            if x-1>=0 and y+1