基于嵌入式ARM的图像采集与传输设计

　　O 引言

　　随着嵌入式技术的迅猛发展和Linux在信息行业中的广泛应用，视频采集与传输系统作为远程视频监控、可视电话会议和工业自动控制领域的一项核心技术，近年来已经得到了飞速的发展。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。

　　1 系统组成

　　1．1 统的硬件构成

　　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。

　　应用S3C2410处理器平台搭建的发送端硬件结构如图1所示：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如图2所示：与发送终端相比，多了SD卡和LCD显示器。SD卡主要用来存储数据，LCD显示器主要用来显示视频图像。

　　1．2 系统软件设计

　　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，如图3所示。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。

　　2 视频采集的具体实现

　　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、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：

　　2．1 摄像头驱动的实现

　　1)配置Vide04linux内核

　　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：

　　Device driver--->

　　Multimedia devices--->

　　<*>Video for linux

　　2)配置OV511驱动

　　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：

　　SUB suppor--->

　　<*>USB OV5llcamera support(NEW)

　　3)模块安装

　　执行以下命令安装视频输入模块：

　　insmod videodev．o

　　执行以下命令安装视频输入设备驱动模块：

　　insmod usbcore．o

　　insmod usb-ohci-s3c2410．ko

　　insmod ov511．o

　　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。

　　2．2 利用Vide041inux实现图像采集

　　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／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：

　　V4L下视频采集编程首先要打开视频设备：

　　Int fd="open"("／dev／v4l／video"，O_RDONLY)；

　　If(fd<O)return-l；

　　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。

获取基本信息后，可以输出显示，也可以通过ioctl系统调用