基于ARM和Linux的图像采集与传输设计

0 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。

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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

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