基于ARM-Linux多功能機(jī)器人的設(shè)計(jì)

利用V4L編寫(xiě)獲取視頻圖像的程序一般步驟為：打開(kāi)視頻設(shè)備;讀取設(shè)備信息，即video_capability中的信息和vd->capability中的各分量;讀取圖像屬性，即video_picture中的信息;更改設(shè)備當(dāng)前設(shè)置;進(jìn)行視頻采集：將圖像數(shù)據(jù)一幀一幀地讀取到映射好的存儲(chǔ)空間：調(diào)用ioctl(fd，VIDIOCGMBUF，buffer)獲得幀信息，并把圖像緩存塊添加到圖像采集隊(duì)列;調(diào)用yuyv[i]=(char*)mmap(0，buffer. leugth，PROT_READ | PROT_WRITE，MAP_SHARED，fd，buffer.m.offset)將buffer中的數(shù)據(jù)映射到用戶空間，此時(shí)圖像數(shù)據(jù)以YUV的格式保存到y(tǒng)uyv[i]數(shù)組中，采集設(shè)備的設(shè)備文件映射到了內(nèi)存區(qū)。調(diào)用ioctl(video->fd，VIDIOCMCAPTURE，(video->vmmaP))，開(kāi)始一幀幀的截取視頻。調(diào)用VIDIOCSYNC判斷視頻是否截取完畢。若調(diào)用成功，表明已成功截取一幀圖像，可以進(jìn)行下一次VIDIOCMCAPTURE調(diào)用。對(duì)采集的視頻進(jìn)行處理之后關(guān)閉視頻設(shè)備。

2.2 嵌入式Web服務(wù)器的設(shè)計(jì)

嵌入式Web的作用是監(jiān)聽(tīng)用戶的服務(wù)請(qǐng)求，并根據(jù)請(qǐng)求提供相應(yīng)的服務(wù)，用戶通過(guò)Internet登陸客戶端瀏覽器即可訪問(wèn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在任何時(shí)刻、任何地點(diǎn)對(duì)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。Web服務(wù)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

連接監(jiān)聽(tīng)部分持續(xù)監(jiān)聽(tīng)來(lái)自客戶端的連接請(qǐng)求，一旦發(fā)現(xiàn)請(qǐng)求便連接客戶端瀏覽器;通過(guò)HTTP請(qǐng)求處理部分來(lái)分析接收到的請(qǐng)求：如果接收到請(qǐng)求的是靜態(tài)網(wǎng)頁(yè)請(qǐng)求，則由靜態(tài)網(wǎng)頁(yè)處理部分來(lái)處理，最終獲得所需的HTML靜態(tài)文件;如果接收到的請(qǐng)求是動(dòng)態(tài)CGI請(qǐng)求，則由CGI動(dòng)態(tài)請(qǐng)求處理部分來(lái)處理，最終運(yùn)行相應(yīng)的CGI程序。CGI程序接收到數(shù)據(jù)后，啟動(dòng)應(yīng)用程序并返回執(zhí)行結(jié)果。

2.3 語(yǔ)音識(shí)別模塊

語(yǔ)音識(shí)別模塊由預(yù)處理、特征提取、模式匹配、建立模型、判決等部分組成，模塊結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

1)預(yù)處理：完成語(yǔ)音信號(hào)的采樣，對(duì)信號(hào)進(jìn)行反混疊帶通濾波處理，去除個(gè)體發(fā)音差異、設(shè)備、環(huán)境引起的噪聲影響，語(yǔ)音識(shí)別基元的選取、端點(diǎn)檢測(cè)、語(yǔ)音分幀以及預(yù)加重等工作;

2)特征提取：提取語(yǔ)音信息中反映特征的聲學(xué)參數(shù)，即一些有效的特征矢量參數(shù);

3)矢量量化：即碼本設(shè)計(jì)，具體過(guò)程是：將包含k個(gè)參數(shù)的每一參數(shù)幀，構(gòu)成k維空間中的一個(gè)矢量，之后對(duì)矢量進(jìn)行量化。將K維無(wú)限空間劃分為M個(gè)區(qū)域邊界后，將輸入矢量與這些邊界進(jìn)行比較，并被量化為“距離”最小的區(qū)域邊界的中心矢量值。矢量量化的目的是針對(duì)特定的信息源和矢量維數(shù)，找到一種最佳矢量量化器，使得在同等量化速率下信息源通過(guò)矢量量化器獲得更小的畸變值;

4)訓(xùn)練：在識(shí)別之前多次重復(fù)語(yǔ)音，從原始語(yǔ)音樣本中去除冗余信息，只保留關(guān)鍵數(shù)據(jù)，再按照一定的規(guī)則對(duì)數(shù)據(jù)加以聚類(lèi)，以建立每個(gè)使用者的模板;

5)模式匹配：根據(jù)一定的規(guī)則從輸入的語(yǔ)音信息中提取出來(lái)的參量與訓(xùn)練過(guò)程中的模板進(jìn)行比較，根據(jù)一定的模式分類(lèi)算法得到判決結(jié)果。

3 系統(tǒng)測(cè)試及性能分析

利用具有高性能的S3C2440芯片的TQ2440開(kāi)發(fā)板進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試，移植內(nèi)核版本為2.6.30的Linux嵌入式操作系統(tǒng)作為核心平臺(tái)，安裝OV9650攝像頭以及支持54 Mbps的無(wú)線網(wǎng)卡，選用同樣支持54 Mbps的數(shù)據(jù)流的IEEE 802.11無(wú)線局域網(wǎng)協(xié)議，燒寫(xiě)并運(yùn)行應(yīng)用程序，能夠完成圖像的獲取和實(shí)時(shí)的無(wú)線傳輸。在遠(yuǎn)程PC機(jī)瀏覽器上輸入服務(wù)器網(wǎng)址和自行設(shè)定的端口號(hào)即可看到連續(xù)、清晰的視頻監(jiān)控畫(huà)面，實(shí)現(xiàn)無(wú)線視頻監(jiān)控。將收集的語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)MATLAB進(jìn)行仿真我們可以得到一些不同顏色的符號(hào)，即兩個(gè)語(yǔ)音文本的比對(duì)結(jié)果。圖5為系統(tǒng)測(cè)試的效果圖。實(shí)驗(yàn)測(cè)試證明了該方案可行性高，穩(wěn)定性強(qiáng)。

4 結(jié)論

基于S3C2440處理器和嵌入式Linux操作系統(tǒng)構(gòu)造一個(gè)具有定位導(dǎo)航、尋蹤避障、物體定位、特征檢測(cè)、目標(biāo)識(shí)別、運(yùn)動(dòng)跟蹤、實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能的智能移動(dòng)機(jī)器人，系統(tǒng)體積小、成本低、功耗低、安裝簡(jiǎn)便、穩(wěn)定可靠、便于管理，遠(yuǎn)程客戶端通過(guò)瀏覽器便可完成監(jiān)控操作，能夠適應(yīng)多種需要遠(yuǎn)程監(jiān)控的領(lǐng)域，如銀行、倉(cāng)庫(kù)、視頻會(huì)議、遠(yuǎn)程教育、智能小區(qū)監(jiān)控等領(lǐng)域以及各種工業(yè)場(chǎng)所等。并實(shí)現(xiàn)過(guò)程中采用了模塊化的思想，使系統(tǒng)具有良好的開(kāi)放性，有利于功能擴(kuò)展和系統(tǒng)升級(jí)。