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嵌入式ARM的图像采集与传输设计

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发表于 2010-5-19 20:02 | 显示全部楼层 |阅读模式
老杨团队,追求完美;客户至上,服务到位!
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。. U" ]! U5 D8 k; z! _% x& C
  1 系统组成
$ P  t9 Q1 X. \* i4 f9 C  1.1 统的硬件构成
( s! v. m7 z: o3 U- D5 {9 X  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
. X! S6 U5 a/ b  Y) y) [( d8 M) F4 B2 d" _- }
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
* S$ E) }! h4 y- `0 Z
4 I+ B! F: x, X& y! a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。
3 J6 {, ~1 {7 p# A, G7 x9 m  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5 x, e, W% r. q" v# t
. V8 B! z+ i+ `8 d0 i" @
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
* P$ H3 ^% [6 G1 O
3 L  L# M' J8 D& g% m1 _: d数据,LCD显示器主要用来显示视频图像。
1 R( L$ d; `* B- \  1.2 系统软件设计
+ g' X  M2 A% 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+ m/ p0 b+ v5 d
; G( i: T! Q+ ?! M1 O4 x
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。
- \, z5 W+ \. q# `  2 视频采集的具体实现
/ q. `0 m. o* 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1 P: ~, k3 y7 m" K: H( `7 h: ^: {

9 N" L9 |% V; n、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
$ y) L/ Y4 N+ S
( W7 y; Z5 s2 q7 [2 h9 N$ N. Z( Z: g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:
, p  i7 n# J9 P0 Z: r  2.2 利用Vide041inux实现图像采集
" ]7 T) i! m0 b# x8 a5 }7 I$ p  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/
  f4 A6 p1 b/ `, ^/ G* z: q9 k% k8 M
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:
$ A$ A  P- z/ `& i1 R! [% y  V4L下视频采集编程首先要打开视频设备:
! z) t2 P# f0 ~6 O$ w9 m. T  Int fd="open"(“/dev/v4l/video”,O_RDONLY);1 F  ~% x/ H8 @; S$ `! ]& J
  If(fd<O)return-l;
- h/ Z+ f" m0 x" o' p" x. a1 Q/ H2 x  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 o/ ^: R- T6 h+ B# P
  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
( W4 C1 Y+ t. c/ }5 I& b0 z- A- X% O3 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:
: {7 z' m/ _. p: v9 }! T; 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。5 R9 \: E- c0 Y- w% g6 v; k; R
  (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
0 t: i5 m2 T$ S, E+ _+ z' C1 }$ ]% E! Q) D  H
如下语句:
/ V  b3 R  @. ?" r; u  q8 q, Z7 f3 O  grab_buf.height=240;, D" [! E( Q- b! v1 T# r
  grab_buf.width=320;
5 e3 ]+ B. C1 w( O  grab—buf.format=VIDEO_PALETTE_RGB24;
8 o: G9 O+ l5 T- m- ?* 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
; E7 N! @3 D. W3 N% K% e: y) u2 S0 `4 M2 H7 M3 x7 X5 t. j
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。7 C/ |# ~1 O( {, d1 M
  2.1 摄像头驱动的实现' m( Z* l) w. d8 X- P5 G- z$ p
  1)配置Vide04linux内核) ^" m+ x. J  X9 Y/ T
  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:
6 h2 ^7 q+ X: G+ m/ c. f  b. B- `  Device driver--->0 \( D% Q" e+ C" U. h9 a
  Multimedia devices--->
; S1 S" I( K/ f* T( ]  <*>Video for linux
5 [2 D# l0 O0 U: [1 Z) X4 M# W  2)配置OV511驱动5 x: F5 e2 @9 O) m  R8 M, Q8 R% _! n
  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:) Y) k4 a  k% \8 [/ A- S  T
  SUB suppor--->3 x1 e9 _& E2 c
  <*>USB OV5llcamera support(NEW)8 }# j) r# c& ]; i, Q$ u
  3)模块安装
1 Z# J5 @( \, j( k$ P+ W3 L  执行以下命令安装视频输入模块:6 v4 J( ?. C5 K& m  q: d4 C
  insmod videodev.o
5 S; ]- F3 b  E1 |, b. `. i# X0 V  执行以下命令安装视频输入设备驱动模块:
1 |( ^1 }* U) t. V' t. ~  insmod usbcore.o
" Q1 M& y! M' J: C  ~4 h9 m5 c  insmod usb-ohci-s3c2410.ko
% I- N2 B9 C* R$ c) y+ P. B  insmod ov511.o3 h/ u- H$ {) i
  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。) o5 a9 V7 b, p
  3 无线传输模块
' k7 l  R/ m4 e4 ?9 K' o  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。
- a" m8 T; ]! }( Q  @3 @转自:http://www.3gtarena.com/
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