基于A(yíng)RM Linux的圖像采集與藍牙傳輸

1 軟硬件平臺概述

系統硬件平臺如圖1所示。該平臺軟件上采用嵌入式Linux操作系統；硬件上采用Samsung公司的S3C2410處理器，另外配置了64 MB的NAND Flash存儲器和64MB的SDRAM，通過(guò)以太網(wǎng)控制芯片CS8900擴展一個(gè)10M以太網(wǎng)接口。引出兩個(gè)USB主口，一個(gè)接USB攝像頭，一個(gè)接USB藍牙適配器；將通過(guò)USB攝像頭采集到的圖像數據輸出到緩沖區中，保存成文件，并通過(guò)藍牙傳輸到藍牙手機上。

2 攝像頭驅動(dòng)

在Linux下已經(jīng)支持的攝像頭驅動(dòng)是采用ov511芯片的攝像頭。使用這款芯片的攝像頭有網(wǎng)眼2000／3000等系列，而現在市面上常見(jiàn)的攝像頭芯片大多采用中芯微的zc0301、zc0302和zc0303等。Linux內核中并沒(méi)有相關(guān)的驅動(dòng)支持，但可以從網(wǎng)上下載到相關(guān)的spca5xx驅動(dòng)。

本系統就采用市面上最常用的zc0301p1芯片的攝像頭。由于是用于ARM開(kāi)發(fā)板上，可以下載專(zhuān)用于嵌入式Linux的spca5xx-LE驅動(dòng)，LE版的驅動(dòng)最大限度地減少了內存的使用，符合嵌入式的需要。將下載的驅動(dòng)加入到內核中，修改Makefile和Kconfig文件，在內核中選中USB_SPCA5XX，編譯后就將攝像頭的驅動(dòng)加入到內核映像中了。

3 Video4Linux簡(jiǎn)介

Video4Linux(簡(jiǎn)稱(chēng)“V4L”)是Linux下用于獲取視頻和音頻數據的API接口，配合適當的視頻采集設備和相應的驅動(dòng)程序，可以實(shí)現影像／圖片采集、AM／FM廣播、頻道切換等功能，在遠程會(huì )議、可視電話(huà)、視頻監控系統中都有廣泛的應用。

在Linux下，所有外設都被看成是一種特殊文件，稱(chēng)為“設備文件”，可以像訪(fǎng)問(wèn)普通文件一樣對其進(jìn)行讀寫(xiě)。一般來(lái)說(shuō)，采用V4L驅動(dòng)的攝像頭設備文件是／dev／v4l／video0。為了通用，可建立一個(gè)到／dev／video0的連接。

V4L支持兩種方式來(lái)捕獲圖像：mmap(內存映射方式)和read(直接讀取方式)。

V4L在include／linux／videodev.h文件中定義了一些重要的數據結構，在進(jìn)行圖像的采集過(guò)程中，就是通過(guò)對這些數據的操作來(lái)獲得最終的圖像數據。

4 圖像采集

在圖像采集過(guò)程中，采用V4L的read方式直接讀取設備來(lái)獲取JPEG格式的圖像數據，具體流程如圖2所示。

4.1 初始化攝像頭設備

指定要操作的攝像頭設備文件／dev／video0，調用open()打開(kāi)該設備文件，將自定義的數據結構vdIn中的成員初始化，包括設備名稱(chēng)(vd->videodevice)、要采集圖像的寬度(vd->hdrwidth)和高度(vd->hdrheight)、像素位數(vd->bppIn)、幀大小(vd->framesizeIn)，為幀數據分配存儲空間(vd->pFramebuffer)。

4.2 設定待采集圖像的各種屬性

zc0301p1攝像頭支持JPEG格式的圖像采集，定義VIDEO_PALETTE_JPEG為21，將其賦值給圖像幀的調色板palette，這是一個(gè)必須設置的重要的參數。其他參數(如圖像色調、顏色、對比度等)可以先將VIDIOCGPICT傳遞給ioctl()查看其默認值。

如果發(fā)覺(jué)以上的參數不符合采集圖像的規范，則可以將pict.brightness、pict.colour、pict.contrast、pict.white-ness、pict.depth等重新賦值，再將VIDIOCSPICT傳遞給ioctl()來(lái)重新設置這些參數。

4.3 進(jìn)行圖像采集

在圖像采集過(guò)程中，采用read方法直接讀取設備文件來(lái)獲取一幀數據保存到緩沖區中，通過(guò)convertframe()函數將pFramebuffer中的數據轉成完整的JPEG格式的數據保存到ptframe緩存中去，再調用fwrite()函數將pt-frame緩存中的JPEG格式數據寫(xiě)入到指定的文件中去，即得到一幅JPEG格式的圖像。

5 藍牙傳輸

藍牙協(xié)議規范遵循開(kāi)放系統互連參考模型(OpenSystem Interconnection／Referenced Model，OSI／RM)，從低到高地定義了藍牙協(xié)議堆棧的各個(gè)層次，如圖3所示。

在藍牙協(xié)議體系中，OBEX位于RFCOMM之上。OBEX提供了對象的表示模型，并通過(guò)“Put”和“Get”操作傳輸對象。設備間的對話(huà)遵循客戶(hù)和服務(wù)器間的請求―響應模式。OBEX會(huì )話(huà)開(kāi)始由客戶(hù)端發(fā)出連接請求，連接建立成功后服務(wù)器發(fā)送成功的連接響應，否則發(fā)送連接不成功的連接響應。在連接之后，客戶(hù)端可以通過(guò)Put請求向服務(wù)器“推送(Push)”對象，如果對象較大，Put請求可以使用多個(gè)Put請求分組，每個(gè)請求分組需返回一個(gè)Put響應分組。本系統將采集到的圖片保存到／tmp／cap.jpeg，現在要將圖片通過(guò)藍牙傳輸到藍牙手機上。具體實(shí)現過(guò)程如下：

① 在內核中打上藍牙補丁，加入藍牙協(xié)議的支持，添加USB藍牙適配器的驅動(dòng)。

② 編譯bluez的庫和工具。從網(wǎng)上下載bluez-libs、bluez-utils和dbus庫，用arm-linux-gcc完成交叉編譯，得到了arm版的bluez庫和bluez的工具以及dbus-daemon工具。這是藍牙適配器在ARM Linux的環(huán)境下正常工作所必需的。

③ 啟動(dòng)USB藍牙適配器。要使USB藍牙適配器正常工作，需要用到步驟②中編譯得到的dbus-daemon工具和一些藍牙工具(如hciconfig、hcid等)。dbus是一個(gè)消息傳遞系統，應用程序間可通過(guò)它來(lái)相互傳遞消息。dbus-daemon是一個(gè)守護進(jìn)程，是運行hcid所必需的，hcid用來(lái)讀入hcid.conf文件。該文件是藍牙設備的一個(gè)配置文件，在該配置文件中設置好藍牙設備的類(lèi)型、classid、配對碼、設備是否可被搜索等其他的屬性。

④ 實(shí)現文件傳輸。本系統采用OBEX協(xié)議的客戶(hù)／服務(wù)器模式來(lái)傳遞采集到的圖片文件，需要用到藍牙的Object PUSH服務(wù)。首先用sdptool工具搜索到藍牙手機的MAC地址以及Object PUSH服務(wù)所占用的頻道，然后用rfcomm工具將該頻道綁定到虛擬串口，最后運行obex_test完成文件的傳輸。

圖4是采用Object PUSH服務(wù)來(lái)實(shí)現文件傳輸的流程。

結 語(yǔ)

本設計實(shí)現了ARM Linux環(huán)境下的圖像采集工作，構建了ARM Linux下的藍牙工作環(huán)境；通過(guò)藍牙的OBEX協(xié)議和Object PUSH服務(wù)，實(shí)現了ARM Linux平臺與藍牙手機之間的文件傳輸。利用嵌入式系統和無(wú)線(xiàn)傳輸實(shí)現遠程監控，符合數字化、網(wǎng)絡(luò )化的發(fā)展趨勢。