嵌入式Linux平臺(tái)的圖像采集與傳輸設(shè)計(jì)

O?概述

隨著嵌入式技術(shù)的迅猛發(fā)展和Linux在信息行業(yè)中的廣泛應(yīng)用，視頻采集與傳輸系統(tǒng)作為遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控、可視電話會(huì)議和工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域的一項(xiàng)核心技術(shù)，近年來已經(jīng)得到了飛速的發(fā)展。本文在基于嵌入式Linux系統(tǒng)平臺(tái)上，采用USB攝像頭捕捉視頻信號(hào)，利用V4L內(nèi)核應(yīng)用編程接口函數(shù)，實(shí)現(xiàn)了視頻連續(xù)幀圖像的采集，并保存成文件的形式利用無線傳輸方式傳輸給接收端。這里著重討論視頻采集發(fā)送端的實(shí)現(xiàn)。

1 系統(tǒng)組成

1．1 統(tǒng)的硬件構(gòu)成

本系統(tǒng)包括發(fā)送端和接收端2部分，兩部分均采用Samsung公司生產(chǎn)的S3C2410處理器做硬件開發(fā)平臺(tái)。S3C2410在片上集成了豐富的組件：分開的16 KB指令Cache和16 KB數(shù)據(jù)Cache、用于虛擬存儲(chǔ)器管理的MMU、支持STN和TFT的LCD控制器、NAND Flash啟動(dòng)裝載器、具有片選邏輯和SDRAM控制器的系統(tǒng)管理器、3通道UART、4通道DMA、4通道PWM定時(shí)器、I／O口、RTC、8通道10位ADC和觸摸屏接口、I2C總線接口、I2S總線接口、USB主設(shè)備、USB從設(shè)備、SD卡和MMC卡接口、2通道的SPI以及PLL時(shí)鐘發(fā)生器，還采用了AMBA(advanced micrcocontroller bus architecture)新型總線結(jié)構(gòu)。

應(yīng)用S3C2410處理器平臺(tái)搭建的發(fā)送端硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示：包括S3C2410處理器、RS232接口、JTAG接口、RJ-45接口、SDRMA、Flash、電源、通過USB口連接的視頻采集模塊和通過USB接口連接的視頻發(fā)射模塊。RS232串口用于人機(jī)交互及低速數(shù)據(jù)的收發(fā)，應(yīng)用電平轉(zhuǎn)換芯片MAX-323進(jìn)行串口電平和TTL／CMOS電平的轉(zhuǎn)換。JTAG接口用于下載Bootloader。RJ-45接口用于和以太網(wǎng)連接，下載操作系統(tǒng)Linux內(nèi)核、根文件系統(tǒng)和應(yīng)用軟件。SDRMA用于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、Flash用于系統(tǒng)的程序存儲(chǔ)器。

應(yīng)用S3C2410處理器平臺(tái)搭建的接收端硬件電路如圖2所示：與發(fā)送終端相比，多了SD卡和LCD顯示器。SD卡主要用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，LCD顯示器主要用來顯示視頻圖像。

1．2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件構(gòu)成分為引導(dǎo)驅(qū)動(dòng)程序、操作系統(tǒng)、文件系統(tǒng)和應(yīng)用程序4部分，如圖3所示。引導(dǎo)驅(qū)動(dòng)程序在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)進(jìn)行內(nèi)存重映射，將保存在Flash中的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序重新映射到SDRAM中。Linux的內(nèi)核版本為L(zhǎng)inIix2．6。文件系統(tǒng)是Yaffs，它包括模塊、配置文件和庫等。系統(tǒng)的應(yīng)用程序建立在嵌入式Linux內(nèi)核、攝像頭驅(qū)動(dòng)和文件系統(tǒng)之上。

2 視頻采集的具體實(shí)現(xiàn)

USB攝像頭連接簡(jiǎn)單、使用靈活、價(jià)格低廉且具有良好的性能，因此，得到了廣泛的應(yīng)用。Linux內(nèi)核包含了多種USB攝像頭驅(qū)動(dòng)，最常用的有基于OV5ll及其兼容芯片。OV511芯片主要包括CAMERA接口、DRMA接口、ISO FIFO接口和OmniCE以及USB控制器等部分。本設(shè)計(jì)使用的是在低端市場(chǎng)占有率較高的中芯微公司生產(chǎn)的ZC030x系列攝像頭芯片。Linux系統(tǒng)中的視頻子系統(tǒng)’Vide04linux為視頻應(yīng)用程序提供了一套統(tǒng)一的API，視頻應(yīng)用程序通過調(diào)用API即可操作各種不同的視頻捕獲設(shè)備，包括電視卡、視頻捕捉卡和USB攝像頭等。本設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)過程如下所述：

2．1 攝像頭驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)

　　1)配置Vide04linux內(nèi)核

　　在終端使用make menuconfig命令打開S3C24lOlinux內(nèi)核編譯的main menu窗口，并進(jìn)入“multimedia device———>”菜單選項(xiàng)，然后將Video for Linux配置為模塊，即：

　　Device driver———>

　　Multimedia devices———>

　　<*>Video for linux

　　2)配置OV511驅(qū)動(dòng)

　　返回主菜單，在進(jìn)入“USB support———>”菜單選項(xiàng)，然后將USB OV5llcamera support設(shè)置為模塊，即：

　　SUB suppor———>

　　<*>USB OV5llcamera support(NEW)

　　3)模塊安裝

　　執(zhí)行以下命令安裝視頻輸入模塊：

　　insmod videodev．o

　　執(zhí)行以下命令安裝視頻輸入設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊：

　　insmod usbcore．o

　　insmod usb-ohci-s3c2410．ko

　　insmod ov511．o

　　由于使用的設(shè)備是USB接口的攝像頭，所以在加載ov511．o模塊前，需要加載USB內(nèi)核驅(qū)動(dòng)和主機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)。