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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。
$ J+ s6 \) ]9 v 1 系统组成0 _; ?0 E5 m Y. e# a7 \1 q% y2 L1 {
1.1 统的硬件构成
* e/ ~2 U9 |6 f0 o# P2 B 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0 L: L: P" I# T# q! f
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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
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- z' r/ |8 }" e! W: w2 S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。
% f Q# v* k3 I8 z% R 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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7 H3 v5 J8 c* u: [2 w; ~9 R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* d! r D) Y$ W9 m: ?
; E) s! s1 B/ s9 `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。
" J7 d y) k# v/ l 1.2 系统软件设计
, O! o4 Y: I c3 B5 J9 x: }/ F 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) _4 Q9 ]( o7 q( [1 E. ~' e2 ^; F
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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。
1 J1 |1 u0 s! y% S3 m9 @ 2 视频采集的具体实现
# W3 j4 @% x: T- G6 l: N$ V 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
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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:- n5 D7 y# }/ ^2 {7 y. B: D
2.2 利用Vide041inux实现图像采集
4 l5 M, Y. f% K5 e0 J 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:1 z3 g% ?. e8 q) G
V4L下视频采集编程首先要打开视频设备:" P+ w3 M5 U, a8 X/ e
Int fd="open"(“/dev/v4l/video”,O_RDONLY);; l9 _7 X. k! Q6 ~
If(fd<O)return-l;2 K( ~; \$ b2 t: P6 }& B
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。
' P& E' i$ @+ P; \, K4 w" z( j# v 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2 J0 ^! K2 v" A3 p& f! M6 Z
* R# A, D$ O# Q( |# b; n# [9 k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:% U5 M% h. L* l* F# U3 T
(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。% F8 f6 a' N7 R5 @. H) z- c, {
(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 E( J& ^* }2 }. P6 Q! e! b4 K
8 g2 z8 q. E% O6 U& i! J如下语句:
+ c4 R3 H# e& T( K; j. A grab_buf.height=240;
5 q+ N, f' q. W grab_buf.width=320;
0 O5 U. |) U9 q# }9 o& M1 I5 c4 A) Z grab—buf.format=VIDEO_PALETTE_RGB24;
Y* _! E: A7 \6 J, | 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
, p$ o* |% ^3 ]+ P* G
. R2 f8 q# N# z9 z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。
: N k7 S( j) ?3 [: G# Q# i2 _5 c 2.1 摄像头驱动的实现* h: w/ F5 R6 h9 F
1)配置Vide04linux内核/ Y, c8 o, _1 t2 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:
' g1 U% H3 i6 N) E Device driver--->3 E! E' U5 m3 L: E% k
Multimedia devices--->
+ a; W% J! v8 n# o* J' ]. G <*>Video for linux M. v H" z1 ]; q+ h, i2 m( m
2)配置OV511驱动
0 v$ V6 W- T6 t 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 G8 T/ \) p; c8 E# A/ a( f* q
SUB suppor--->
( E0 v( _8 {6 w, n S <*>USB OV5llcamera support(NEW)
0 \9 M0 ~% n" G, o# d" x8 d; J& L; A 3)模块安装1 l. W& V3 x/ i
执行以下命令安装视频输入模块:& W7 d h% L9 i0 E' y1 e/ Q0 z+ z
insmod videodev.o: I1 L% K/ N# W
执行以下命令安装视频输入设备驱动模块:
( H: v' G( E; k3 V2 \! ?: h insmod usbcore.o
" I$ F' Y8 o, N" X insmod usb-ohci-s3c2410.ko. I0 W: Z8 k; `5 B+ a4 E
insmod ov511.o$ V8 J- e: H, {, v0 K S* k1 y( z
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。5 U g/ _5 Y$ P5 x. N5 Q
3 无线传输模块
. ~+ @( k1 c2 ]( v% J6 `9 a) u& Y 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。
7 \% J' T' {8 S3 @4 z6 K3 j- W3 a转自:http://www.3gtarena.com/ |
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