基于S3C2440A設計的視頻監(jiān)控系統(tǒng)

　　目前，嵌入式系統(tǒng)在視頻監(jiān)控中的應用越來越廣泛。伴隨著網絡的強大功能，視頻監(jiān)控更側重網絡監(jiān)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(tǒng)基于嵌入式Linux 平臺上利用USB 攝像頭采集視頻圖像，通過視頻圖像壓縮及結合網絡進行視頻圖像傳輸，使遠程監(jiān)控成為可能。

　　1 系統(tǒng)概述

　　視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)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，由算法實現、視頻圖像傳輸主要利用視頻服務器來實現、視頻圖像顯示主要是在遠程的主機上實現視頻圖像的瀏覽、保存和處理等，Linux 主機上由應用程序實現，Windows 主機上通過瀏覽器上的JAVA 程序實現。系統(tǒng)原理框圖如圖1 所示。

　　圖1 系統(tǒng)框圖

　　2 系統(tǒng)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、SDRAM 時鐘頻率100 MHz;256 M/1 GB Nand Flash， 掉電非易失、2 M NorFlash，掉電非易失;統(tǒng)寶3.5 真彩LCD，屏集成4 線電阻式觸摸屏， 屏幕分辨率可以達到1024×768 象素;100 M 以太網RJ-45 接口(采用DM9000 網絡芯片)、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， 麥克風接口、JTAG 接口、4 USER Leds、6 USER buttONs(帶引出座)、I2C 總線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，本系統(tǒng)的內核中集成了該驅動。

　　3 系統(tǒng)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支持，在Fedora 9 中打開內核的目錄，使用缺省配置文件進行配置：在內核中添加V4L 支持、添加萬能USB 攝像頭驅動GSPCA。

　　3.2 基于V4L2 的圖像采集程序

　　系統(tǒng)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該編譯器編譯后下載到開發(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 下提供的一個音視頻接口規(guī)范，所有的音視頻驅動編寫都要用到這些接口。

　　V4L 從2.4.1.x 的內核版本中開始出現， 設計使用的Video for Linux2(簡稱V4L2)是V4L 的改進版，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， 通過對一些ioctl 函數的調用來實現視頻設備的打開，圖像的采集處理，圖像的顯示等。幾個主要的ioctl 函數的簡介：

　　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(qū)，申請的buffer 個數存在count 中。

　　3)ioctl(fd， VIDIOC_QUERYBUF， buf)：查詢已經分配的V4L2 的視頻緩沖區(qū)的相關信息， 包括視頻緩沖區(qū)的使用狀態(tài)、在內核空間的偏移地址、緩沖區(qū)長度等。

　　4)ioctl(fd， VIDIOC_QBUF， buf)：放一個空的視頻緩沖區(qū)到視頻緩沖區(qū)輸入隊列中，函數執(zhí)行成功后，指令的視頻緩沖區(qū)進入視頻輸入隊列，在啟動視頻設備拍攝圖像時，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(qū)中。

　　5)ioctl(fd， VIDIOC_STREAMON， type)：啟動視頻采集命令，應用程序調用VIDIOC_STREAMON 啟動視頻采集命令后，視頻設備驅動程序開始采集視頻數據，并把采集到的視頻數據保存到視頻驅動的視頻緩沖區(qū)中。