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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。
8 H$ C4 M7 c+ Q- A 1 系统组成
r, O6 Q: ^8 \5 S+ P! N) Y6 C% B 1.1 统的硬件构成
! i8 Q, }+ m3 w1 ^. x* ]/ T5 V* S, F 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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$ K2 S# F. I P5 W3 T% h6 ~# v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、I2C9 e; [- }! @* t: i' X
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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。: [, W9 P- n& f& d! v# w) n
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! u# ~" l D/ t& l% p/ n" t
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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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( [. D& I+ J( ~& i% l+ N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
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数据,LCD显示器主要用来显示视频图像。( v. j: ?$ U' I# @8 e4 {. {2 n, O
1.2 系统软件设计, g1 n. S3 ^/ w! }1 R; Q' Y* n
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
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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。& v$ r( X2 o* A/ w3 Z" }2 l6 U
2 视频采集的具体实现. q) g2 ~% w* @1 m2 [
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6 D$ C( ]8 c9 J5 F) I. p
% T0 A" B# X3 t4 a2 G9 F、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
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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:
5 s6 }5 U% \5 S2 f( O 2.2 利用Vide041inux实现图像采集
$ ^( e( o* t) _" L9 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/0 I7 P% {6 N$ w) G" }; e
& R8 f& r! I0 S! I; J, f `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:
! I% l. g2 ]" t V4L下视频采集编程首先要打开视频设备:
% {0 j, {8 q. I, P4 X& n Int fd="open"(“/dev/v4l/video”,O_RDONLY);
" i. H) \# @% @ If(fd<O)return-l;1 c) q7 c$ \: q- R/ R5 N
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。
! i3 T/ ?. E- w$ s* | 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
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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:8 c" [/ [1 s8 T- N- F/ g& U
(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。
- b J/ O! F9 m$ J4 ? (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
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) J% m* o( g" |# N* ^1 k: R. k* |如下语句:# I7 m# S, f. ]% m Q
grab_buf.height=240;
( F- x- N6 G7 J# D grab_buf.width=320;
; f3 @" `3 T/ p0 W' E( m9 l grab—buf.format=VIDEO_PALETTE_RGB24;# e5 W) f2 u- Q# h( Z
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3 V- Q3 v: s3 z# G
4 v9 S* k/ w$ d) ]& V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。: a( E. p" b& } v: ^
2.1 摄像头驱动的实现
5 T- A; R$ Y+ I- u7 ]$ ^* ~ 1)配置Vide04linux内核
& R9 P0 g9 `& V" a* `; p 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:
" ~9 w1 W" g+ _ Device driver--->
# [3 Q. i1 ^. L; M6 D Multimedia devices--->
- P9 d! H4 v1 Y( {' a& J, K3 J+ R <*>Video for linux& w) D6 U# L0 T) f
2)配置OV511驱动0 j( g6 s" s+ `3 I
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:1 B4 A0 B8 q7 c: E1 ^. B
SUB suppor--->. P$ K$ n* R8 J1 t% N: O) _1 l
<*>USB OV5llcamera support(NEW)
+ M$ W6 q" S o8 ` 3)模块安装
, A/ T' z8 h- W2 d& v+ B 执行以下命令安装视频输入模块:
7 g2 U& f t0 E. s0 Q9 ^& L2 O insmod videodev.o
7 b* _8 _( b5 I' |$ G" g5 O" k, W& A 执行以下命令安装视频输入设备驱动模块:4 H" c8 e; x: U
insmod usbcore.o
- G$ I# M: X5 y! ]6 |5 U# S7 { insmod usb-ohci-s3c2410.ko& R/ I- E( I4 N* b- l
insmod ov511.o
; S) Z. U% y1 N; q* k3 @) y% I 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。0 @4 M) i7 O7 [/ V3 o$ v9 H/ f
3 无线传输模块
5 N" z0 y R6 Z& p3 _ 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。$ C) n3 z9 ~" x: a. c5 b! D3 |7 z
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