基于A(yíng)RM+Linux的視頻采集編碼系統設計

　　摘要：本文設計了嵌入式遠程監控系統中的視頻采集端。提出了基于 ARM Linux的視頻采集編碼設計方案，采用 S3C2440 作為主處理器，選用 OV511+OV7650 構造USB 攝像頭進(jìn)行視頻采集。介紹了USB 攝像頭驅動(dòng)程序的設計以及視頻原始碼流采集的實(shí)現過(guò)程。由于嵌入式Linux在各種視頻設備中已經(jīng)得到了廣泛應用，故設計具有一定的通用性。

　　關(guān)鍵詞：嵌入式;Linux;視頻采集;S3C2440

　　引言

　　嵌入式系統由于其體積小可便攜，較 PC機而言很有優(yōu)勢。隨著(zhù)計算機技術(shù)的發(fā)展，一些基于PC機的應用也得以在嵌入式系統上實(shí)現。由于 USB 接口攝像頭價(jià)格低廉，性能較好，即插即用，加上Linux下有Video4Linux標準支持對其編程，很容易集成到嵌入式系統，因此嵌入式系統視頻采集設備通常用 USB 接口攝像頭。

　　1 芯片介紹

　　S3C2440 處理器采用ARM920t內核，0.13um的CMOS 標準宏單元和存儲器單元，支持高速總線(xiàn)和異步總線(xiàn)模式;具有 1G字節尋址空間;支持外部等待信號延長(cháng)總線(xiàn)周期;支持掉電時(shí)SDRAM 自刷新模式;支持從 NAND flash存儲器啟動(dòng);采用 4KB 內部緩沖器進(jìn)行啟動(dòng)引導。采用寫(xiě)穿式(write-through)或寫(xiě)回式(write-back)cache 操作來(lái)更新主存儲器;寫(xiě)緩沖器可以保存 16個(gè)字的數據和 4 個(gè)地址[1]。

　　OV511 是高性能攝像機到 USB 接口單片控制芯片，它極大的簡(jiǎn)化了單片 CMOS 圖像傳感器和USB 的接口，其片上增加256K DRAM 和一個(gè) USB 收發(fā)器，可以很容易構成基于USB 的視頻子系統。OV511 最大視頻傳輸設計使系統能夠以更加實(shí)時(shí)的方式獲取大量的視頻信息[2]。

　　OV7650是高集成度高分辨率的 COMS 圖像傳感器，它將所有攝像功能和矩陣處理功能都集成在片上。其像矩陣位 640*480 像素(30 萬(wàn)像素)，支持VGA，QVGA ，CIF，QCIF四種分辨率，可進(jìn)行編程控制[3]。

　　2 攝像頭硬件

　　視頻采集部分由 OV511 和OV7650組成。通過(guò) SCCB 總線(xiàn)初始化OV7650和OV511 ，將OV7650設置為 CIF 采集，輸出YUV422 數據流;將 OV511 配置為YUV422 格式輸入，輸出為YUV420 數據流。OV511 提供OV7650所需的控制信號，并接受來(lái)自 OV7650的同

　　步輸出信號并將輸入圖像數據通過(guò)內置的 USB 控制器和外接的 USB 收發(fā)器經(jīng)USB 總線(xiàn)送入ARM，然后進(jìn)行壓縮編碼、發(fā)送等處理，其硬件框圖見(jiàn)圖 1。

　　3 USB 攝像頭驅動(dòng)

　　設備驅動(dòng)程序可以看成 Linux內核與外部設備之間的接口。設備驅動(dòng)程序向應用程序屏蔽了硬件實(shí)現了的細節，使得應用程序可以像操作普通文件一樣來(lái)操作外部設備，可以使用和操作文件中相同的、標準的系統調用接口函數來(lái)完成對硬件設備的打開(kāi)、關(guān)閉、讀寫(xiě)和 I/O控制操作，而驅動(dòng)程序的主要任務(wù)也就是要實(shí)現這些系統調用函數[4]。

　　Linux 視頻采集設備的正常運行依賴(lài)于對 Video4Linux標準的支持。Video4Linux設備的驅動(dòng)程序需要提供基本的 I/O 操作接口函數 open ，read ，write和對中斷處理的實(shí)現、內存映射功能以及對I/O 通道的控制接口函數 ioctl 的實(shí)現等，并把它們定義在 struct video_device中。所以首先在驅動(dòng)程序中聲明一個(gè) video_device 結構，并為其指定文件操作函數指針數組fops 向系統注冊。應用程序發(fā)出文件操作的相關(guān)命令時(shí)，Linux 內核根據這些指針調用相應函數，并將該結構作為參數傳遞給它們，實(shí)現驅動(dòng)與內核之間的通信。

　　Linux 內核是依據設備號來(lái)操作設備文件的，內核中攝像頭對應的設備文件名為/dev/video，主設備號是81，次設備號根據攝像頭數目來(lái)確定，本系統中僅使用一個(gè)攝像頭。因此沒(méi)有此設備號，所以可以通過(guò)mknod /dev/video0 c 81 0來(lái)創(chuàng )建節點(diǎn)，驅動(dòng)程序原理如圖2。