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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 ^8 V. a& g2 V; Z 1 系统组成
. L6 \* F4 e. J( E1 d3 p 1.1 统的硬件构成1 H: g; D+ X# F* H6 o0 D
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1 x' _, e; V4 Y. ]( |
_# }$ {, I( c2 [9 h M p, r# }- h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 A9 ]- B: x5 A$ z) T
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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。8 u8 Z7 Z) V8 M6 m2 O
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$ r' E& n+ C5 A$ p6 T6 [1 k
+ D$ P' B" T7 x. J; Q4 v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
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* O$ X4 T4 D" {5 V3 x0 t数据,LCD显示器主要用来显示视频图像。( h, i/ m+ }0 v3 c! ]
1.2 系统软件设计2 L( n' |) O0 q* ?7 f# D
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0 @ o) Y5 l) n1 j5 r0 K
# p1 S9 v3 e3 L) K2 y+ V2 z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。
. M U3 J1 K/ z/ I! a( a 2 视频采集的具体实现
5 a5 Z. s3 j6 P4 o: J$ ^ 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! b) G% R6 Z! P9 [, g
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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:: s: Y! E- j) ?$ x) T
2.2 利用Vide041inux实现图像采集2 I8 V; {$ E/ U( E5 v/ Z9 ?0 o/ h
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/8 H" ~& q' ^, h8 ?( d/ z
' n2 ?5 C) e0 W) a% v% m5 B' Ddev/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:
2 b) {+ ~9 \+ y6 { V4L下视频采集编程首先要打开视频设备:
7 l' F7 B4 R1 `4 R$ ~9 R" u Int fd="open"(“/dev/v4l/video”,O_RDONLY);4 w: V1 E% Z9 y7 }( ]$ M# i
If(fd<O)return-l;# y) E8 `% W7 u$ g& o
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。8 ~. W& @& W" z+ I( K
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
' U. |5 C+ ^0 D# h
, e' {# m2 b2 Y7 z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:
9 P0 C9 T3 l2 D (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。2 l' q" N6 H5 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7 J0 h( Y9 z9 ^: m2 w/ V4 F5 l
+ Y# u% J, }% ]% |7 b
如下语句:
7 n+ k! W/ r M! @$ s- h grab_buf.height=240;
7 m& ]& q1 W0 y9 d: \( @ grab_buf.width=320;% x5 k" x% g' O, S: W: O1 \
grab—buf.format=VIDEO_PALETTE_RGB24;
c$ n6 t# _ E1 X- l 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; \" j) } A4 P
2 c+ T- R! t! U! V* L7 Q, m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。
! m, O) l9 N0 u8 c) o/ l8 x. E 2.1 摄像头驱动的实现
2 @" y0 ?7 j6 W* Z# H/ P" [ 1)配置Vide04linux内核
* R$ o, @: x+ W. x# c1 J 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:0 h, k# w' J. w- N+ e* M. c
Device driver--->6 m, b7 \3 q+ V" g2 Z. k1 k# i( N
Multimedia devices--->0 [# b& H: w M1 O' x3 ~/ m3 A1 o( x
<*>Video for linux
^# @' B* w r/ O 2)配置OV511驱动
( O* W+ @9 b: b7 h. 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 f6 c1 D/ y1 @9 B SUB suppor--->
+ U! k, _4 ?, _# P- E/ _5 c <*>USB OV5llcamera support(NEW)
& \/ q& I( }( C# F" `4 S 3)模块安装
; N3 ]' {0 L4 Y. x* y- W) I 执行以下命令安装视频输入模块:9 ?& N7 h. B1 i
insmod videodev.o, B- H3 P0 w9 x8 }' x+ _& f( |
执行以下命令安装视频输入设备驱动模块:
2 K0 N5 n' \ K3 d3 t, h insmod usbcore.o# z: |/ f2 }6 C
insmod usb-ohci-s3c2410.ko5 i2 w5 o- I# W8 ^2 k' {; X
insmod ov511.o
$ X: E% w2 |) U2 R/ G4 O6 J8 e, R 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。
. g+ O9 j/ v4 w# Z* Y 3 无线传输模块
5 c' ^" T7 W' u$ U& r" G* d; b: d" l( 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。
/ J, k3 K( N$ k4 P$ ]- P9 `8 t转自:http://www.3gtarena.com/ |
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