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本文在基于嵌入式Linux系统平台上,采用USB摄像头捕捉视频信号,利用V4L内核应用编程接口函数,实现了视频连续帧图像的采集,并保存成文件的形式利用无线传输方式传输给接收端。这里着重讨论视频采集发送端的实现。5 x- f: A* h1 A2 A$ R2 T5 M
1 系统组成
+ A" k8 W; o$ F# \4 I- p 1.1 统的硬件构成
, r9 D/ }( U) d# c1 h 本系统包括发送端和接收端2部分,两部分均采用Samsung公司生产的S3C2410处理器做硬件开发平台。S3C2410在片上集成了丰富的组件:分开的16 KB指令Cache和16 KB数据Cache、用于虚拟存储器
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1 h2 w+ e* C% r% `+ b$ [管理的MMU、支持STN和TFT的LCD控制器、NAND Flash启动装载器、具有片选逻辑和SDRAM控制器的系统管理器、3通道UART、4通道DMA、4通道PWM定时器、I/O口、RTC、8通道10位ADC和触摸屏接口、I2C
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总线接口、I2S总线接口、USB主设备、USB从设备、SD卡和MMC卡接口、2通道的SPI以及PLL时钟发生器,还采用了AMBA(advanced micrcocontroller bus architecture)新型总线结构。
# o1 a$ y, a2 o) ^, R; Z 应用S3C2410处理器平台搭建的发送端硬件结构如图:包括S3C2410处理器、RS232接口、JTAG接口、RJ-45接口、SDRMA、Flash、电源、通过USB口连接的视频采集模块和通过USB接口连接的视频发射% g" _1 A- i; V$ V( W! _7 ~5 H- A
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模块。RS232串口用于人机交互及低速数据的收发,应用电平转换芯片MAX-323进行串口电平和TTL/CMOS电平的转换。JTAG接口用于下载Bootloader。RJ-45接口用于和以太网连接,下载操作系统Linux内
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核、根文件系统和应用软件。SDRMA用于系统的数据存储器、Flash用于系统的程序存储器。应用S3C2410处理器平台搭建的接收端硬件电路:与发送终端相比,多了SD卡和LCD显示器。SD卡主要用来存储% u' s6 b. \# ~8 }7 [* Z7 F) A5 y
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数据,LCD显示器主要用来显示视频图像。
! I& l& }) O8 _( K5 j1 Z* B" ^- P& X 1.2 系统软件设计
( r& C- J7 p/ R" U: ?6 ?7 X 系统的软件构成分为引导驱动程序、操作系统、文件系统和应用程序4部分。引导驱动程序在系统启动时进行内存重映射,将保存在Flash中的操作系统和应用程序重新映射到SDRAM中。Linux的内核9 Y7 P2 x% ]4 o
6 m$ w$ z1 j2 o( ?1 s! u版本为LinIix2.6。文件系统是Yaffs,它包括模块、配置文件和库等。系统的应用程序建立在嵌入式Linux内核、摄像头驱动和文件系统之上。1 ~( R# K" X1 N3 g* {7 t
2 视频采集的具体实现" f9 j7 {% m) o4 ?- H, Y; m
USB摄像头连接简单、使用灵活、价格低廉且具有良好的性能,因此,得到了广泛的应用。Linux内核包含了多种USB摄像头驱动,最常用的有基于OV5ll及其兼容芯片。OV511芯片主要包括CAMERA接口
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、DRMA接口、ISO FIFO接口和OmniCE以及USB控制器等部分。本设计使用的是在低端市场占有率较高的中芯微公司生产的ZC030x系列摄像头芯片。Linux系统中的视频子系统’Vide04linux为视频应用程序( U& L+ Q( O9 y
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提供了一套统一的API,视频应用程序通过调用API即可操作各种不同的视频捕获设备,包括电视卡、视频捕捉卡和USB摄像头等。本设计的具体实现过程如下所述:
- s3 J. v$ T! }9 Z1 Z 2.2 利用Vide041inux实现图像采集) `: x- F3 p9 A L3 ~& ?$ n
在安装了图像采集设备驱动后,只需要再编写一个对视频采集的应用程序就可以采集视频图像。在Linux系统中,视频文件是设备文件,可以像访问普通文件一样对其进行读写,摄像头文件一般是/
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dev/v4l/video。在进行视频捕捉之前,需要做一些必要的设置工作。这些设置涉及到如下结构:/ R! x- i/ e- n2 q! X
V4L下视频采集编程首先要打开视频设备:
9 f2 r" X2 D" k3 d& F z Int fd="open"(“/dev/v4l/video”,O_RDONLY);
* @0 W( X, d" u6 W If(fd<O)return-l;
4 w3 V6 s# u3 U8 [8 ? 接着对摄像头参数进行设置。一般是先通过I/O控制命令读取设备信息,然后对特定项进行修改,最后通过I/O控制命令保存到内核中。由于篇幅有限源程序不再赘述。
6 ^+ B- k8 y) a. P( g( T- O4 T 获取基本信息后,可以输出显示,也可以通过ioctl系统调用对这些值进行修改。然后调用函数Char*Carmera_get_image(video_device*vd)获得图像数据指针。此函数比较重要,关系到图像采集的
6 \( ]; y b7 c4 z* z" B! i( e5 L1 ^: ^0 \1 x1 f2 p& J
效率。获取图像数据有2种方法:一是通过映射得到视频驱动的数据缓冲,然后直接对映射后的缓冲进行读操作;二是直接读设备,及调用read函数。下面分别介绍:: K. r3 ~$ I* G+ M1 o" s
(1)read系统调用方式比较简单,只需将前面得到摄像头参数传入read函数中,得到图像数据指针picture_p后返回即可:read(vd->fd,picture_p,width*hight);其中vd_>fd为设备文件描述符。
+ H) h7 Y5 R1 V3 j; l; S( l (2)利用mmap方式先使用ioctl(fd,VIDIOCGMBUF,&grab_vm)函数获得摄像头存储缓冲区的帧信息,之后修改voideo_mmap中的设置,例如重新设置图像帧的垂直及水平分辨率、彩色显示格式,使用
8 {+ g, ^& c! W+ E( Y6 W; d* N- _% B* w: A4 r8 c
如下语句:0 f3 o* R, v9 @) `0 A G
grab_buf.height=240;
: R8 j: Q' Q. E* o; q9 m grab_buf.width=320;
% }% g& z5 {; U" p+ Q grab—buf.format=VIDEO_PALETTE_RGB24;# S$ }6 Y- e* j) k4 @" ?$ v
接着把摄像头对应的设备文件映射到内存区,具体使用grab_data=(unsigned char*)mmap(O,grab_vm.size,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,grab_fd,O)操作。这样设备文件的内容就映射
" Q! [0 E3 y; ^1 n! K" d0 a0 j' m9 ]' o& \
到内存区,该映射内容区可读可写并且不同进程间可共享。该函数成功时返回图像数据的指针,失败时返回值为-1。7 L6 @3 ?- `6 Y) c% ?% l& V5 o
2.1 摄像头驱动的实现% X) _3 M% i* [, p: [% n K
1)配置Vide04linux内核* v- q: ^4 c3 k/ Z
在终端使用make menuconfig命令打开S3C24lOlinux内核编译的main menu窗口,并进入“multimedia device--->”菜单选项,然后将Video for Linux配置为模块,即:$ ^/ H. j1 N5 P: U
Device driver--->' u! [; C$ b+ H p, V; Y7 G% |2 J
Multimedia devices--->) `# O% K: \6 I# h+ h* `3 Q6 y) e+ k
<*>Video for linux& b |7 A$ u1 S+ `" S
2)配置OV511驱动0 Z7 ~9 M" b- f( H! n3 O
返回主菜单,在进入“USB support--->”菜单选项,然后将USB OV5llcamera support设置为模块,即:
9 D8 }5 O/ j- |' Y" b1 K% y5 M. W SUB suppor--->
, G- f& H1 i' C5 M- r0 D <*>USB OV5llcamera support(NEW)
, w' R6 ^/ ?0 y( Q! c/ A$ k 3)模块安装7 U, Q2 @3 U5 a4 K" S
执行以下命令安装视频输入模块:3 X. g; g. ?* T; h
insmod videodev.o1 a% N/ p @) J% |) _! w0 @
执行以下命令安装视频输入设备驱动模块:
( k" Z2 l! y# L# Z) v& f, \ insmod usbcore.o
. p6 I2 n2 f# `% z) \ insmod usb-ohci-s3c2410.ko
# K+ N. g3 ]/ F5 t$ g insmod ov511.o4 a% `% M* w' E
由于使用的设备是USB接口的摄像头,所以在加载ov511.o模块前,需要加载USB内核驱动和主机控制器驱动。+ ^6 `& T( s) p V/ e: o
3 无线传输模块, f% w# A# N+ O4 @% i `4 D
本系统选用西门子的MC235作为GPRS通信模块,来实现图像的无线传输。该模块结合语音、数据传输、短信服务等功能,最大传输速率可以达到85.6 Kbps,具有丰富的AT指令使模块与微处理器通信,功能强大,操作灵活方便,特别适用于数据的监测和传输。在进行GPRS传输操作之前需对模块进行设置,主要有:(1)设置通信波特率;(2)设置接入网关;(3)设置移动终端类别;(4)测试GPRS服务是否开通,激活GPRS功能。这些设置都在主程序的初始化代码段完成。通过测试,GPRS驱动正常工作,能很好地支持数据/命令复合协议传输,其协议的丢包率、吞吐量等性能指标与无线模块的指标无实质性差别,整个系统工作正常,基本达到设计要求。
# J; [. D' B' n$ x, w- o; \2 }转自:http://www.3gtarena.com/ |
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