基于嵌入式系統的視頻圖像捕獲研究與實(shí)現

嵌入式系統（Embedded System）是指以應用為中心、以計算機技術(shù)為基礎、軟件硬件可裁剪、適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專(zhuān)用計算機系統。根據IEEE（國際電氣和電子工程師協(xié)會(huì )）的定義，嵌入式系統是“控制、監視或者輔助設備、機器和車(chē)間運行的裝置”，這個(gè)定義主要是從應用的角度進(jìn)行定義的。嵌入式系統的操作系統和功能軟件集成于計算機硬件系統之中，也就是軟件與硬件的一體化。嵌入式系統目的性或針對性很強，一般要求較高的實(shí)時(shí)性、穩定性。

2嵌入式Linux操作系統

嵌入式Linux是Linux操作系統的一個(gè)分支。主要是對通常的Linux進(jìn)行裁減。最關(guān)鍵的是要進(jìn)行實(shí)時(shí)化處理。在實(shí)時(shí)性要求不是太高的環(huán)境下采用Linux具有很多優(yōu)勢。使用嵌入式Linux技術(shù)開(kāi)發(fā)嵌入式設備的最大方便是使開(kāi)發(fā)工作從硬件與匯編程序轉移到應用軟件上來(lái)。嵌入式Linux系統架構包括三層：應用程序、系統共享庫和Linux內核?，F有各種開(kāi)源的Linux版本，包括支持沒(méi)有內存管理單元的CPU的uCLinux、實(shí)時(shí)性非常好的RTAI、QLinux等。本文所采用的開(kāi)發(fā)的系統是進(jìn)行圖像的實(shí)時(shí)捕獲。由于實(shí)時(shí)性要求不高，同時(shí)考慮到Linux下使用V4L開(kāi)發(fā)視頻程序具有很大的優(yōu)越性，所以采用嵌入式Linux作為開(kāi)發(fā)環(huán)境。芯片主要采用三星公司生產(chǎn)的ARM2410, 開(kāi)發(fā)板采用北京博創(chuàng )公司的板卡。

3 采用V4L進(jìn)行數據采集

3.1 采用V4L進(jìn)行圖像數據采集

V4L是Linux下提供的一套設備驅動(dòng)程序文件API，用于開(kāi)發(fā)視頻（Video）、音頻（Audio）等領(lǐng)域的應用程序。由于在Linux下設備都作為一個(gè)文件進(jìn)行處理。所以可以通過(guò)打開(kāi)相應的設備文件來(lái)獲取設備的信息。由于本文是進(jìn)行視頻程序的開(kāi)發(fā)，所以?xún)H講述有關(guān)視頻相關(guān)的部分。

視頻設備文件一般情況下在/dev/videox。其中x可以為0~63之間的整數。一般情況下為/deev/ video0。當在開(kāi)發(fā)板上通過(guò)USB接口將攝像頭接入后。在程序中對文件video0進(jìn)行讀的操作就是對攝像頭的操作。

在使用V4L之前首先需要將頭文件videodev.h引入，如。相應的API文檔在/usr/ src/linux-2.4/Documentation/video4linux/API.html下。同時(shí)在為了同相關(guān)的設備進(jìn)行通信，需要一些結構體、變量和函數，所以需要包含其他的相關(guān)文件。如、、 、 、 、 、 等。攝像頭、V4L、設備驅動(dòng)程序、嵌入式Linux操作系統的關(guān)系用圖1表示如下。

圖1

具體的圖像數據的捕獲過(guò)程為：打開(kāi)設備文件、查詢(xún)和確認設備性能、設置捕獲的圖像的寬和高、設置色深、建立內存映射（后文闡述）、讀取圖像數據、關(guān)閉設備。

具體的這個(gè)過(guò)程由于篇幅關(guān)系本文將不做具體闡述，讀者可以查閱本文的參考文獻3。在上述的過(guò)程中主要考慮的問(wèn)題是內存的映射問(wèn)題。為了讀取數據首先需要將顯示設備的地址映射到系統地址上來(lái)，這需要調用函數mmap（）。該函數返回的地址就是存放圖像數據的地址。每一幀圖像都偏移固定的長(cháng)度。而攝像頭取得圖像會(huì )包含若干幀。這樣通過(guò)周而復始的進(jìn)行就可以將圖像數據捕獲下來(lái)。具體過(guò)程和涉及到的函數如下所示:

打開(kāi)設備文件: int device = open (/dev/v4l/video0, O_RDWR);

內存映射：char* memoryMap = (char*)mmap (0, memoryBuffer.size, PROT_READ

PROT_WRITE, MAP_SHARED, device, 0);

圖像數據memoryMap + memoryBuffer.offsets[bufferIndex]

圖2