基于A(yíng)RM嵌入式的視頻監控系統的設計

目前，嵌入式系統在視頻監控中的應用越來(lái)越廣泛。伴隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )的強大功能，視頻監控更側重網(wǎng)絡(luò )監控方案，要求體積小、遠程化、成本低、功耗小、操作界面人性化等。本系統基于嵌入式Linux 平臺上利用USB 攝像頭采集視頻圖像，通過(guò)視頻圖像壓縮及結合網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行視頻圖像傳輸，使遠程監控成為可能。

1 系統概述

視頻圖像監控系統由4 部分組成， 分別為視頻圖像采集、視頻圖像處理、視頻圖像傳輸、視頻圖像顯示。視頻圖像采集部分由數字攝像頭、USB 通道和嵌入式處理器構成、視頻圖像處理主要是視頻圖像壓縮，由算法實(shí)現、視頻圖像傳輸主要利用視頻服務(wù)器來(lái)實(shí)現、視頻圖像顯示主要是在遠程的主機上實(shí)現視頻圖像的瀏覽、保存和處理等，Linux 主機上由應用程序實(shí)現，Windows 主機上通過(guò)瀏覽器上的JAVA 程序實(shí)現。系統原理框圖如圖1 所示。

圖1 系統框圖

2 系統硬件

CPU 處理器使用Samsung S3C2440A, 主頻400 MHz,最高533 MHz;64 M SDRAM、32 bit 數據總線(xiàn)、SDRAM 時(shí)鐘頻率100 MHz;256 M/1 GB Nand Flash, 掉電非易失、2 M NorFlash,掉電非易失；統寶3.5 真彩LCD,屏集成4 線(xiàn)電阻式觸摸屏， 屏幕分辨率可以達到1024×768 象素；100 M 以太網(wǎng)RJ-45 接口（采用DM9000 網(wǎng)絡(luò )芯片）、串行口、USB Host、USB Slave B 型接口、SD 卡存儲接口、路立體聲音頻輸出接口， 麥克風(fēng)接口、JTAG 接口、4 USER Leds、6 USER buttONs（帶引出座）、I2C 總線(xiàn)AT24C08 芯片、20 pin 攝像頭接口；攝像頭用良田，兼容SN9C20X 系列芯片的驅動(dòng)，本系統的內核中集成了該驅動(dòng)。

3 系統軟件

3.1 Linux 內核的移植

移植新內核主要是為了給LCD 以及攝像頭添加相應的驅動(dòng)支持，在Fedora 9 中打開(kāi)內核的目錄，使用缺省配置文件進(jìn)行配置：在內核中添加V4L 支持、添加萬(wàn)能USB 攝像頭驅動(dòng)GSPCA。

3.2 基于V4L2 的圖像采集程序

系統使用的交叉編譯工具為arm-linux-gcc-4.3.2.設計使用到的應用程序都要通過(guò)該編譯器編譯后下載到開(kāi)發(fā)板上運行。將編好的應用程序V4L2.c 交叉編譯后下載到板。

V4L（Video for Linux）是Linux 下提供的一個(gè)音視頻接口規范，所有的音視頻驅動(dòng)編寫(xiě)都要用到這些接口。

V4L 從2.4.1.x 的內核版本中開(kāi)始出現， 設計使用的Video for Linux2（簡(jiǎn)稱(chēng)V4L2）是V4L 的改進(jìn)版，修復了第一代中的部分BUG。

設計的圖像采集及處理程序主要基于V4L2 架構， 通過(guò)對一些ioctl 函數的調用來(lái)實(shí)現視頻設備的打開(kāi)，圖像的采集處理，圖像的顯示等。幾個(gè)主要的ioctl 函數的簡(jiǎn)介：

1）ioctl（fd,VIDIOC_S_FMT, fmt）：用于設置圖像的格式。

2）ioctl（fd, VIDIOC_REQBUFS, req）：向內存申請緩沖區，申請的buffer 個(gè)數存在count 中。

3）ioctl（fd, VIDIOC_QUERYBUF, buf）：查詢(xún)已經(jīng)分配的V4L2 的視頻緩沖區的相關(guān)信息， 包括視頻緩沖區的使用狀態(tài)、在內核空間的偏移地址、緩沖區長(cháng)度等。

4）ioctl（fd, VIDIOC_QBUF, buf）：放一個(gè)空的視頻緩沖區到視頻緩沖區輸入隊列中，函數執行成功后，指令的視頻緩沖區進(jìn)入視頻輸入隊列，在啟動(dòng)視頻設備拍攝圖像時(shí)，相應的視頻數據被保存到視頻輸入隊列相應的視頻緩沖區中。

5）ioctl（fd, VIDIOC_STREAMON, type）：?jiǎn)?dòng)視頻采集命令，應用程序調用VIDIOC_STREAMON 啟動(dòng)視頻采集命令后，視頻設備驅動(dòng)程序開(kāi)始采集視頻數據，并把采集到的視頻數據保存到視頻驅動(dòng)的視頻緩沖區中。

圖像采集處理流程圖如圖2 所示。

圖2 圖像采集處理流程圖