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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。
3 m. v4 \3 W' N' X' ^( L3 p) t 1 系统组成
# [: X' |+ z: ] 1.1 统的硬件构成; }' [3 z( L9 c ?6 _2 G5 C
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; b0 V. B! j. z; ~, m; _8 \9 \1 l; T
, V5 B d- V9 I8 e6 K9 O% F" 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。# M) ^/ o! r- g
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 i6 V7 }9 Z( ~ t+ d& s
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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
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* r1 q* }" c/ X数据,LCD显示器主要用来显示视频图像。
7 H ] a2 c7 d: W0 {2 ]8 o 1.2 系统软件设计
4 s" f% J. z h+ Y! i; 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( h( f) D6 t1 G/ q4 I% h9 K; e2 h
- o1 O+ a' F, Q; V x2 \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。0 L1 B- [+ @0 D2 \$ U
2 视频采集的具体实现4 M! e; W3 A+ j0 P' a( l C; M$ f8 Y0 H3 E
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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+ N& @) _. f2 d# O) L7 y、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:+ E, j8 i* S: S( X: _ @6 t* S9 l
2.2 利用Vide041inux实现图像采集/ L- o- Q' `9 ]! X* `# j* ~$ Y
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/' h5 k: @4 l6 m: X2 _& P
m6 N- V0 [- Y$ t/ D+ 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:
5 y4 Q6 A& Z+ ? V4L下视频采集编程首先要打开视频设备:
4 `* Y8 h0 x8 B) x z N. ?: y Int fd="open"(“/dev/v4l/video”,O_RDONLY);
& l2 X& x; J: f9 o# J1 c4 H If(fd<O)return-l;
6 B% j8 _+ ?7 |( @9 o2 ] 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。
7 `" o4 d3 W3 i& T 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7 Q, |1 V, U: _' {; `
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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 I+ `0 X# @2 z& \+ s (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。# k0 W( _, i# w0 R% K8 y
(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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如下语句:
, p, i0 f5 P' A* ? grab_buf.height=240;0 M, B) {- |1 m- X4 [
grab_buf.width=320;
9 |1 m* R3 R1 s6 m8 z/ B- w grab—buf.format=VIDEO_PALETTE_RGB24;) a! `7 e8 l* ]& e
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! x! Y$ I: p0 r P
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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 G& Q0 E3 c$ b- o K
2.1 摄像头驱动的实现. n5 J% D q" ^* j' T. T% u& ]
1)配置Vide04linux内核
7 w8 Z6 x9 ~3 x; d+ G6 R1 s 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:
* ?3 c1 N; k7 I$ |; F Device driver--->5 _5 {9 H4 M; e( v8 v2 o2 H8 i
Multimedia devices--->
6 e$ y9 n8 ~4 D1 V7 x: K6 |6 x <*>Video for linux
, A2 T; o( I {! b 2)配置OV511驱动
/ s9 Z5 y! L) J* {( @4 H 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:
! H+ A, ~- q, u9 x, F) h4 U7 i SUB suppor--->
7 I; K; Q/ r/ x <*>USB OV5llcamera support(NEW)
6 W9 I4 D8 w3 {' c! z% ~ 3)模块安装
% N. n( M7 f0 o u/ G4 i! X 执行以下命令安装视频输入模块:
; E4 n, N0 Q/ P R insmod videodev.o
$ v# v( T- `6 [! Y( ~ 执行以下命令安装视频输入设备驱动模块:
, u3 h. J- D6 {! N! Z# D insmod usbcore.o
A+ W) j3 ]+ y. _3 e" F2 r6 C) j insmod usb-ohci-s3c2410.ko# c/ [' U- i, T/ F
insmod ov511.o
6 _/ m' z; y, A& N 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。
$ }' U, c: ^' Q" y 3 无线传输模块
- J/ ~" y$ F5 b9 J G 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。
1 o# X1 c6 I1 Q" C7 o. M8 f转自:http://www.3gtarena.com/ |
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