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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。
3 `' C0 R3 V {. e! e% S/ O 1 系统组成" Q5 m" p$ U% p" F3 u
1.1 统的硬件构成- P0 A7 ~. R: m% z- 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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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: j: z/ w( n: r6 N; W
5 Z: N% s2 ` ^; s1 `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。
* o7 D) O/ p; g 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! p2 {0 Q4 e9 y2 }8 J
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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% a- a9 p( N; ^: w% O* J a [! E: |) S3 ?
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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
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数据,LCD显示器主要用来显示视频图像。; F/ ?1 `) F; m
1.2 系统软件设计
$ G, Z$ C: X B* i 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3 l$ t* B8 C$ W/ ]: Z7 O
) ]+ E# j! [9 m4 w6 W! c0 m" k% B1 K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。7 N' w6 G/ H* X) X- z
2 视频采集的具体实现( `; |/ P4 m6 A) \, B6 w
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' d& m2 C& _3 v- L
+ U* o% S, T; d) X4 I" P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:
" O/ L" v; F2 A2 t0 U3 r: f 2.2 利用Vide041inux实现图像采集
K. N! i: F; J0 E 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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" \1 L8 j/ j* _; X+ Rdev/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:( Z6 ]1 r$ g3 p# n% _7 i% B' ^
V4L下视频采集编程首先要打开视频设备:
1 m/ E2 O& n* v Int fd="open"(“/dev/v4l/video”,O_RDONLY);* b- N- P* K7 y" f N0 D# k
If(fd<O)return-l;0 f% \0 u5 u8 g2 P" H
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。* |- N+ K' a( E* w
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7 @' b/ x p X$ K
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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:/ c: V1 |( ?4 M" H! X
(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。
4 L9 f1 A& o) s" F (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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如下语句:
) m2 B% W" Z: a2 S, T2 F grab_buf.height=240;
; d# f& \! g. F7 | Y/ H4 O grab_buf.width=320;
( o# U, l4 i! F- D grab—buf.format=VIDEO_PALETTE_RGB24;
3 @% a( k: a) ?" f4 q 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
; E" g5 G( s: t( b7 ]3 Y
* l, r$ f1 y5 _( }6 ?6 @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。
* y6 B: ~+ g/ L 2.1 摄像头驱动的实现& d9 Z M K% Z7 q
1)配置Vide04linux内核
9 @* Y* ? v; n. `1 r 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:, Q- `& ?2 M* d( v$ @! j9 l
Device driver--->
5 ]% E% w. b8 T) S/ N T Multimedia devices--->: H- i/ s3 T' w
<*>Video for linux2 {1 |) L3 u7 L0 @4 `
2)配置OV511驱动4 |9 m/ _, l5 y# w; p5 P# H, x! l
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:
+ {$ n, L' E e4 d+ A- F" N SUB suppor--->
2 u- F4 ?/ |4 A# L; X; h <*>USB OV5llcamera support(NEW)5 |4 {, t' j4 e s
3)模块安装
- m$ W5 U/ j, Q& C/ F 执行以下命令安装视频输入模块:2 o2 V( |* j) C2 @) ~0 y, I# G
insmod videodev.o
2 P% h2 `: o: I0 F# l l: i 执行以下命令安装视频输入设备驱动模块: a0 p3 r; O; V* e; A
insmod usbcore.o
( Y# T0 R. }# J Z$ M7 c insmod usb-ohci-s3c2410.ko
) g! A: b6 |2 p/ C3 P1 r; a+ \+ v insmod ov511.o
6 b. h9 C% L, d6 X 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 f; s! B5 v2 _7 A
3 无线传输模块
$ q: m3 T; Z' }. C$ Y2 { 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。6 O" c# X/ ~# m( b
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