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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。
7 h2 t6 u. w9 ^2 q; ~7 C- m 1 系统组成
5 n2 l( M# z5 b( C* Y7 B 1.1 统的硬件构成
( F# ^' i' }4 H- r; y; R 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& [/ F5 n7 g) @0 Y/ f' [; f
% o Z( X+ D( @ J4 z$ \/ ]4 w- |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。! v6 t, _0 a( V/ H
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
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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$ J, w. }4 Q3 h2 L0 w1 g
" x+ `3 @$ Q+ s; b7 D, e* \) d9 m- S数据,LCD显示器主要用来显示视频图像。
# b7 C( z+ Z2 \& Q( Y: H- k; e7 k3 Q 1.2 系统软件设计
. i' v7 g; s6 h4 ? 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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& E# j/ P+ Q, r: r$ p4 \3 E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。! f7 L- J; N' {
2 视频采集的具体实现0 [9 j3 P0 d \
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. z j6 g1 u, Y- b+ Z& h
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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0 k/ {3 O$ p) c L' X; {) _+ _
; s$ l7 E! L1 J1 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:
. B7 V! i8 e# S" P+ G" Q- z 2.2 利用Vide041inux实现图像采集. {& }6 M+ O/ X3 [7 G* e4 a# @
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/% a4 ^$ F* i1 A0 {; x" Y$ {
* Q* z. h( x3 X8 ]$ ?1 Y0 s* Sdev/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:# ^8 X+ G0 G6 K* k6 t
V4L下视频采集编程首先要打开视频设备:
2 Y8 u0 S, f3 g" Y, R' ?* ]" H" M9 c Int fd="open"(“/dev/v4l/video”,O_RDONLY);
# X* d `; e3 @+ s1 Q. C3 m If(fd<O)return-l;
1 n6 H* s5 ?# H# s 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。. ?$ ~2 q( @ I1 u9 F& `
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4 U6 A0 M* l' m$ d. `
7 y# O5 C' C4 J& S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:
( |3 e* S) B7 K (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。
9 W9 I: J E0 b4 L% {2 P7 B (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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5 X r3 p- |# ?# O$ S+ c如下语句:
/ @% K% ~( v4 l0 T* B; n/ T- S( B grab_buf.height=240;
3 E; G0 k3 K* U$ Y grab_buf.width=320;
- g+ ~" m7 G4 R grab—buf.format=VIDEO_PALETTE_RGB24;) ]# E4 n1 U# F. t, F6 J' M
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
( G' T8 S$ v5 ~* B) F
" m2 ?, S# `0 ]- g& P" @, C& k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。6 K! r9 z k! S5 ~" {3 A
2.1 摄像头驱动的实现
" P* @4 Z; h# u$ D( O6 N3 y# Y 1)配置Vide04linux内核
3 }# s' y+ }( P* i 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:
* ^5 c! R6 _6 x3 \. g Device driver--->
& ~) c4 ^: X% ^& d$ x9 G* { Multimedia devices---># P: L4 k! J6 A$ N9 E9 c
<*>Video for linux- t3 P- x& v: i) X7 o
2)配置OV511驱动# N: U$ ?+ w7 L- a% X
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:
2 r# b, ?& }2 g4 [' c9 u* a% G" S SUB suppor--->2 r( A3 Z2 ]0 M+ b
<*>USB OV5llcamera support(NEW)
* z* B* c+ q; T* r' E# X; P; V% N; p 3)模块安装, n0 B$ Q# y6 g0 A. V
执行以下命令安装视频输入模块:
4 ?- g) n- k* I0 ^" u6 {: T' [ insmod videodev.o
( S2 r- e1 j& J( Y! a 执行以下命令安装视频输入设备驱动模块:
8 I2 C/ L9 h# q& D. t W insmod usbcore.o
, o \1 b6 S( [3 b3 j9 ]( b insmod usb-ohci-s3c2410.ko
" o1 @3 f) U- D& `& z5 g+ ?' W# r C insmod ov511.o
) n" K6 e3 Y$ C1 |( |6 a7 D, o7 l 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。1 i j8 U4 R# ^3 e
3 无线传输模块! ]+ |7 u8 U1 C$ u1 ^3 M
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。
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