stm32培訓嵌入式_基于嵌入式Linux的視頻圖像采集與傳輸

小嵌

stm32培訓嵌入式_基于嵌入式Linux的視頻圖像采集與傳輸,   

  

摘要:視頻圖像采集及處理技術在遠程視頻監(jiān)控和可視電話中有著廣泛的應用前景，驅動視頻采集設備和獲取視頻數據并進行相應的處理，是實現這些應用的基礎。針對這些應用，構建了一個基于嵌入式 Linux和 PXA270微處理器的視頻采集與傳輸系統，利用 Video4Linux實現 USB攝像頭視頻數據采集，采集的視頻數據經 JPEG壓縮后，在 PXA270為核心的系統控制下通過以太網進行傳輸，并通過重新編譯移植 Webcam_server應用程序實現了實時視頻采集。實驗結果表明，該系統動態(tài)刷新良好，具有一定的實用性。

1 引言

視頻圖像可以對客觀事物進行形象、生動的描述，它是一種直觀而具體的信息表達形式，也是一種重要的信息載體。而隨著嵌入式系統的不斷發(fā)展，它所涉及的領域包括工業(yè)控制、網絡通信、軍事國防、航空航天等，我們所熟悉的電子產品幾乎都可以找到嵌入式系統的影子。利用嵌入式微處理器構建的視頻圖像采集系統 [1]具有體積小、成本低、穩(wěn)定性高等優(yōu)點，在智能交通、計算機視覺、通信等領域得到了廣泛應用。

2 系統平臺上的硬件系統與軟件系統

本系統的硬件平臺采用 Intel公司的 PXA270[2] [3]微處理器。該處理器是 Intel公司于 2004年 4月發(fā)布的面向移動電話和掌上電腦需求，基于 Xscal架構的 PXA27x系列處理器，最高主頻可達 *MHz。PXA270最引人注目的是加入了無線多媒體擴展技術（ Wireless MMX），大大提升了多媒體處理能力；同時 PXA270還加入了 Intel SpeedStep動態(tài)電源管理技術，實現嵌入式設備的智能電源管理。此外， PXA270具有豐富的擴展接口： SD/SDIO/MMC、 CF/PCMCIA、CMOS/CCD CAMERA、USB2.0、KEYBOARD等。

平臺的軟件系統采用內核為 Linux-2.6.18的嵌入式 Linux操作系統。嵌入式 Linux操作系統具有相當多的優(yōu)點，它的內核穩(wěn)定、功能強大、支持多種硬件平臺、源代碼完全開放，可裁減和低成本的特性非常適合于嵌入式應用，并且 Linux本身直接提供完整的 TCP/IP協議，可非常方便地進行網絡應用。

3 基于 Video4Linux的視頻圖像采集

在 Linux下，設備驅動程序可以看成 Linux內核與外部設備之間的接口。設備驅動程序向應用程序屏蔽了硬件具體實現細節(jié)，使得應用程序可以像操作普通文件一樣來操作外部設備。在 Linux下，視頻采集設備的正常使用依賴于 Video4Linux標準的支持。

Video4Linux（簡稱 V4L）是 Linux中關于視頻設備的內核驅動，它為針對視頻設備的應用程序編程提供了一系列接口函數，這些視頻設備包括 TV卡、視頻捕捉卡和 USB攝像頭等。視頻采集的一般流程為：

（1）打開視頻設備；

（2）讀取設備信息；

（3）進行視頻采集；

（4）對采集的視頻數據進行處理和顯示；

（5）關閉視頻設備。

視頻采集主要有兩種方法：

（1）直接從設備讀取；

（2）內存映射。本系統采用第二種方法進行視頻采集，其優(yōu)點是當采用內存映射時，直接用 mmap（）系統調用使得進程之間通過映射同一個普通文件實現共享內存。

普通文件被映射到進程地址空間后，進程可以像訪問普通內存一樣對文件進行訪問，不必再調用 read（），write（）等操作。而且采用共享內存通信的一個顯而易見的好處是效率高，因為進程可以直接讀寫內存，而不需要任何數據的拷貝。

采用內存映射實現視頻采集的部分源代碼如下：

（1）調用 VIDIOCGBUF獲取映射的 buffer信息 ioctl（vd->fd, VIDIOCGBUF,&（vd->mbuf））

（2）將 mmap與 video_mbuf綁定 int v4l_mmap_init（v4l_device *vd） { if（v4l_get_mbuf（vd）<0） return -1; if（（vd->map=mmap（0,vd->mbuf.size,PORT_READ|PORT_WRITE,

MAP_SHARED,vd->fd））<0） return -1; return 0;}

（3）進行圖像采集前的設置 int v4l_grab_init（v4l_device *vd）

{ vd->mmap.width=640; //設置圖像窗口 vd->mmap.height=480; //窗口大小為 640×480 vd->mmap.format=VEDIO_PALETTE_YUV420P; //采樣格式為 YUV420P …}嵌入式雨擋是什么, 軟件嵌入式芯片, 嵌入式系統設計師證書, 嵌入式qt實戰(zhàn), 嵌入式開發(fā)板計算器, 湖北嵌入式養(yǎng)老政策, 嵌入式開發(fā)模式, 搞嵌入式遇到的問題, 嵌入式系統電源的選擇, 嵌入式觸摸屏維修, 學嵌入式需要什么基礎, 嵌入式移植到pc, 嵌入式音響特點, dsp嵌入式工程師, 嵌入式計算機用于, 嵌入式免費軟件有哪些, 公司嵌入式崗位, 嵌入式按鍵編輯, 嵌入式面試100問, 清華嵌入式研究, 西安的嵌入式發(fā)展,

（4）調用 VIDIOCMCAPTURE開始一幀的截取 ioctl（vd->fd, VIDIOCMCAPTURE,&（vd->mmap））;

（5）調用 VIDIOSYNC等待一幀截取結束

if（ioctl（vd->fd, VIDIOSYNC,&frame）<0） {perror（v4l_sync）;return -1;}

該函數成功返回則表示一幀采集已完成，采集到的圖像數據放到起始地址為 vd->map+vd->mbuf.offsets[vd->frame]的內存區(qū)中，讀取該內存區(qū)中的數據便可得到圖像數據。接著可以做下一次的 VIDIOCMCAPTURE。

使用 V4L進行圖像采集時，可采用 “不間斷采集”的方法加快采集過程。驅動程序要提供至少兩幀圖像大小的緩沖空間，在一幀緩沖完成之后，不管此時應用程序有無提出新的 VIDIOCMCAPTURE請求，驅動都將第二幀圖像覆蓋保存至另一個緩沖內，兩個緩沖輪流使用，不丟任何幀。

4 視頻圖像壓縮與傳輸

通過以上采集程序獲得的圖像數據為原始數據，可以根據圖像采集格式將圖像信息存儲成文件，通過網絡用 webserver傳輸到服務器端刷新顯示。如果不對圖像進行壓縮，則圖像數據較大，不便于在網絡上傳輸，這就要求系統首先對原始視頻圖像數據進行壓縮處理，而通用網絡瀏覽器一般支持 BMP、JPG、GIF三種網絡圖片格式，因此本系統采用 JPEG壓縮方式。

JPEG是 Joint Photographic Experts Group（聯合圖像專家組）的縮寫，文件后綴名為“.jpg”或“.jpeg”，是最常用的圖像文件格式，是由一個軟件開發(fā)聯合會組織制定，是一種有損壓縮方式，能夠將圖像壓縮到很小的儲存空間。JPEG格式是目前網絡上最流行的圖像格式，JPEG壓縮技術十分先進，它用有損壓縮方式去除冗余的圖像數據，在獲得較高的壓縮率的同時能展現十分豐富生動的圖像，非常適合于視頻網絡傳輸。

Linux中沒有 jpeg函數庫，需要下載 jpeg src.v6b.tar.gz后，在 /usr/ src解壓安裝： cd jpeg-6b ./configure Make Make install

這樣，Linux就支持 jpeg函數庫了，在編譯器編譯連接時帶有 -l jpeg選項就能連接上 jpeg函數庫了。

利用下面函數將采集到的 YUV420P的原始圖像數據直接壓縮成 JPEG格式進行傳輸：

int yuv420p_to_jpeg（char **jpeg_data, unsigned char *image, int width, int height,int quality），其中， jpeg_data 指向壓縮圖像數據指針的指針， image為采集圖像原始數據，width為長度,height為高度，quality為壓縮質量，函數的返回值為產生壓縮圖像數據的長度。

現在企事業(yè)的業(yè)務大多通過 Web技術[4]來部署實現。通過 Web方式主要有以下幾點優(yōu)勢：

（1）可以簡化界面的工作，直接使用瀏覽器界面，而瀏覽器已是計算機的必備軟件了。

（2）很容易實現超出局域網范圍的遠程控制，并可以實現遠程自動系統升級。

（3）應用層程序開發(fā)快捷，由于 Web標準的統一，使得開發(fā)是跨平臺的。而嵌入式系統性能的增強也使得 Web服務進入嵌入式領域成為可能。 Web服務的優(yōu)勢也同樣適用于嵌入式系統。

webserver又被稱為 HTTP Server，它是對 HTTP協議服務器端功能的實現。HTTP協議是架構在 TCP/IP協議上的應用級協議，其目的是方便和加速對分布式協同工作的超媒體信息系統的訪問。HTTP協議通過統一資源定位符（Universal Resource Location，URL）來定位分布式的超媒體信息。URL通過“通信協議+網絡地址”字符串來唯一標識信息位置。如： http:///File/Images/0-9999/0/HR/2017328162140585544.jpg“ >




6 結束語

本文討論了基于 PXA270和嵌入式 Linux操作系統下 Web服務器中視頻圖片壓縮及其傳輸的實現方法，并通過移植 Webcam_server及其相應軟件，客戶端可以完成對遠程的視頻圖像的采集和動態(tài)顯示。由于該系統的核心工作采用高性能嵌入式微處理器完成，因此該系統具有結構簡單、性能穩(wěn)定、成本低廉等優(yōu)點。該技術具有通用性，應用范圍相當廣，可以作為簡單的安全監(jiān)控、遠程現場監(jiān)控等應用，同時，在機器人監(jiān)控系統、視頻電話、遠程教學等應用中也有一定的應用前景。

本文創(chuàng)新點：

1 對原始采集的視頻圖像信號進行 JPEG壓縮后，自主設計 Webserver對其進行網絡傳輸；

2 利用 Webcam_server分別在 Linux和 Windows操作系統下進行網絡實時視頻采集與傳輸。



參考文獻:

[1].PXA270datasheethttp:///datasheet/PXA270_559867.html.
[2].framedatasheethttp:///datasheet/frame_2528858.html.



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