基于A(yíng)RM+Linux的視頻采集編碼系統設計

　　3. 設置窗口的高度和寬度

　　編碼器輸入的是 CIF 格式的YUV420 碼流，故將采集窗口的高度設置為 288，寬度為352。

　　4. 獲取視頻幀

　　使用mmap()(內存映射) 方式截取視頻，mmap()系統調用使得進(jìn)程之間通過(guò)映射同一個(gè)普通文件實(shí)現共享內存。[5]

　　主要部分介紹如下：

　　a. 初始化及設置

　　使用ioctl(camera_fd，VIDIOCGMBUF，&camera_mbuf) 函數初始video_mbuf，獲得攝像頭存儲緩沖區的幀信息，之后修改 video_mmap和幀狀態(tài)的設置。

　　b. 實(shí)現攝像頭設備文件到內存區的映射

　　調用buf=void *mmap(void *addr，size_t len，int prot，int flags，int fd，off_t offset) 函數，將設備文件的內容映射到內存區。

　　c. 數據采集

　　調用ioctl(fd，VIDIOCMCAPTURE，&camera_buf)截取圖像，失敗將返回-1 ，若函數成功調用，便開(kāi)始一幀圖像數據的截取，并將當前幀號按緩沖區總幀數的模加上1，為下一幀截取作準備。然后調用 ioctl(fd，VIDIOCSYNC，&frame) 函數，成功返回則表示圖像截取已完成，可以開(kāi)始作下一幀圖像的采集。圖像捕捉函數 v41_frame_grab()是mmap內存映射方式捕捉視頻數據的具體實(shí)現，每次采集一幀YUV420P格式的原始圖像數據。在使用雙緩沖區輪換采集時(shí)，對于每個(gè)緩沖區進(jìn)行連續幀采集，通過(guò)外加循環(huán)控制對攝像頭幀緩沖區采集的次數來(lái)實(shí)現，以達到提高效率的目的[6]。

　　在此基礎上也可實(shí)現連續幀的采集，Video4Linux最多支持一次采集32幀，首先需要設置采集的幀數 camera_buf.frame，并將data+camera_mbuf.offsets[frame] 定義每一幀數據在內存中的起始位置，利用 ioctl(fd，VIDIOCGMBUF，&camera_mbuf) 便可獲得camera_mbuf 的信息。除此之外還要設置數據緩沖區的大小，然后利用 ioctl VIDIOCMCAPTURE 操作進(jìn)行數據的連續采集，直到緩沖區中的剩余空間無(wú)法保存一個(gè)完整的數據幀。當緩沖區中沒(méi)有可利用的空間時(shí)，系統調用 ioctl VIDIOCSYNC 來(lái)檢查視頻采集過(guò)程是否完成。若完成時(shí)，應用程序為數據幀分配地址，使緩沖區的數據幀可被安全用于其他進(jìn)程。

　　4. 關(guān)閉視頻設備

　　在采集完成后，需要關(guān)閉設備，并收回系統資源。如果是采用內存映射方法進(jìn)行視頻采集，在系統任務(wù)完成后必須用munmap 函數關(guān)閉映射內存，close函數可關(guān)閉視頻設備文件。

　　5 視頻采集系統的多線(xiàn)程設計

　　在采集和處理模塊的設計中創(chuàng )建圖像采集和圖像處理兩個(gè)線(xiàn)程，并開(kāi)辟兩個(gè)緩沖區輪換采集圖像幀，以便解決視頻采集模塊與編碼模塊的同步。在采集程序寫(xiě)滿(mǎn)緩沖區1 后，改變線(xiàn)程等待條件，釋放被阻塞的圖像處理線(xiàn)程對該緩沖區數據進(jìn)行編碼輸出。同時(shí)采集線(xiàn)程轉到緩沖區2，若此時(shí)圖像處理線(xiàn)程已完成對緩沖區 2 的處理，則將采集獲得的幀圖像覆蓋，保存至緩沖區 2，否則阻塞。兩個(gè)緩沖輪流使用，不丟棄任何幀，并且圖像采集與處理同步進(jìn)行，提高了效率。

　　6 結論

　　本文給出了遠程監控系統中視頻采集技術(shù)的分析和研究并得到實(shí)驗結果。S3C2440 處理器USB Host控制器兼容USB1.1標準，支持低速 1.5Mbps 和全速12Mbps USB 設備。實(shí)驗表明，視頻采集程序對 CIFQVGA 格式的圖像采集效率最高，采集速率分別達到 9fps ，12fps以上，接近全速模式下的極限速率。對 QCIF格式的圖像采集效率較低，距離 USB1.1全速傳輸的理論值相差較遠，這既與攝像頭的硬件特性有關(guān)(包括圖像傳感器的特性以及 DSP 橋接芯片對圖像格式的處理) ，也與驅動(dòng)程序的實(shí)現有關(guān)。不過(guò)單從采集幀速率上看，9fps 的CIF 采集速度和24fps的QCIF采集速度己經(jīng)可以滿(mǎn)足一般嵌入式實(shí)時(shí)應用的要求。