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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。
2 @' Y8 Y! V/ M7 K 1 系统组成. m& J* l% t% Y, C! V
1.1 统的硬件构成
" @+ N+ v# ^# [9 W( p# e( K; 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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- h5 i% M. N5 g- w7 N: i1 l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
4 G: H, B/ S. j) s' c, O4 g
/ z* a0 a0 } L: R3 e' ]8 w6 X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。/ Z. X: W# c. P; Y4 W. T
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/ x0 H E$ C3 i
8 v7 q& v/ @; z, v7 _2 O, G4 w6 A" G8 d6 E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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+ j; ~2 N# q# l5 o3 O ]! ?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! ]/ Z$ W( o0 v) v
) r6 ~' P1 {6 ]. |数据,LCD显示器主要用来显示视频图像。
4 h) H0 Y6 @/ t- N' R, b- | 1.2 系统软件设计
, I& Y+ C, r+ g0 U8 _ 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, c4 a- R+ `9 R1 ^0 n
R/ e& }4 ] o3 F! d+ ] {4 M' R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。! I. F* F1 y1 N- F3 ~4 b6 i
2 视频采集的具体实现* h: W7 Q. u2 a! T3 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3 p' x! Q1 I! Z8 s: Y. T+ r3 F% i
d$ v/ n) l( T8 ~* o5 w3 n9 l. q2 L、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4 U1 P% n" e4 h
5 D' m" e3 o# r4 |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:: \1 o# }; _& c! w5 m: O0 i
2.2 利用Vide041inux实现图像采集! R7 e% f6 S, u! l D
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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2 {0 k( n9 r! jdev/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:# Y+ i) V( b" z* Z% |
V4L下视频采集编程首先要打开视频设备:
9 b# t1 I$ C$ x. V% \ Int fd="open"(“/dev/v4l/video”,O_RDONLY);) D& c- N6 d, I0 P2 ^
If(fd<O)return-l;2 F% T* e) n; B& a' ?9 y4 w) 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。
6 L5 q% _3 S! j9 Z4 b2 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8 n$ H- x: g; D' k1 i
# |9 E7 S: n' ]5 }
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:
( V. N1 j. @ z4 J (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。
: |: {5 }! c5 [! V5 ?) x) @ (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5 b" q! w7 e: e7 @
/ e. p+ n7 C+ ]& n' D如下语句:
$ c( p; h( A, C6 @+ ]1 A9 ` grab_buf.height=240;
$ _: k M) i5 [+ P! n! g% n grab_buf.width=320;; U, ^9 `* K9 e( u
grab—buf.format=VIDEO_PALETTE_RGB24;
! W0 d! P+ H4 ?3 c6 E: T6 v b 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
7 i% t/ r" L- O( j v; l) B1 ~2 l
2 z8 U4 V" }; D8 a; g" ]( 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。
8 v2 m( ]8 n! K5 b9 c8 J9 J- U 2.1 摄像头驱动的实现0 n6 q, }" K$ V# o( L: b/ Q
1)配置Vide04linux内核
- o# M' c, H' C R6 } 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:; ?7 |; x5 N; ]/ K3 @6 H s
Device driver---> O2 X! w' D- X
Multimedia devices--->8 e# r* ^( Y8 N- Z, w2 O
<*>Video for linux
6 |- C3 ~ B9 v4 b c1 r% g `) E 2)配置OV511驱动
* i3 c& x3 `6 Q5 a 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:) A5 o3 _* } V$ R" E+ I4 F# p' h
SUB suppor--->+ U2 y9 ~& |$ z$ y' C! I
<*>USB OV5llcamera support(NEW)1 c8 L3 f3 k7 ^; U" `3 T6 r
3)模块安装
4 K3 E9 i* e6 g1 n: `# j& h: @5 ~ 执行以下命令安装视频输入模块:* E- c0 M' V4 t' F4 M* B
insmod videodev.o
& m' l. K4 }: g$ u. }: j; M, | 执行以下命令安装视频输入设备驱动模块:
2 i5 c* j, t# H& R" e insmod usbcore.o6 z% W' L7 u( j Q
insmod usb-ohci-s3c2410.ko
7 Z; `+ j3 W4 c insmod ov511.o- y# z U. X( K
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。 `8 k3 s2 L* C' h6 l6 Q
3 无线传输模块. ?/ }" _/ s* N7 p$ D! P- a
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。0 s S2 i* y3 M( ~$ @+ u
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