stm32培訓(xùn)嵌入式_基于嵌入式Linux的視頻圖像采集與傳輸

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stm32培訓(xùn)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(shù)在遠程視頻監(jiān)控和可視電話中有著廣泛的應(yīng)用前景，驅(qū)動視頻采集設(shè)備和獲取視頻數(shù)據(jù)并進行相應(yīng)的處理，是實現(xiàn)這些應(yīng)用的基礎(chǔ)。針對這些應(yīng)用，構(gòu)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(tǒng)，利用 Video4Linux實現(xiàn) USB攝像頭視頻數(shù)據(jù)采集，采集的視頻數(shù)據(jù)經(jīng) JPEG壓縮后，在 PXA270為核心的系統(tǒng)控制下通過以太網(wǎng)進行傳輸，并通過重新編譯移植 Webcam_server應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)了實時視頻采集。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)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(tǒng)的不斷發(fā)展，它所涉及的領(lǐng)域包括工業(yè)控制、網(wǎng)絡(luò)通信、軍事國防、航空航天等，我們所熟悉的電子產(chǎn)品幾乎都可以找到嵌入式系統(tǒng)的影子。利用嵌入式微處理器構(gòu)建的視頻圖像采集系統(tǒng) [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(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

2 系統(tǒng)平臺上的硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)

本系統(tǒng)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(gòu)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(shù)（ 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(shù)，實現(xiàn)嵌入式設(shè)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(tǒng)采用內(nèi)核為 Linux-2.6.18的嵌入式 Linux操作系統(tǒng)。嵌入式 Linux操作系統(tǒng)具有相當多的優(yōu)點，它的內(nèi)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(yīng)用，并且 Linux本身直接提供完整的 TCP/IP協(xié)議，可非常方便地進行網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。

3 基于 Video4Linux的視頻圖像采集

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

Video4Linux（簡稱 V4L）是 Linux中關(guān)于視頻設(shè)備的內(nèi)核驅(qū)動，它為針對視頻設(shè)備的應(yīng)用程序編程提供了一系列接口函數(shù)，這些視頻設(shè)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(shè)備；

（2）讀取設(shè)備信息；

（3）進行視頻采集；

（4）對采集的視頻數(shù)據(jù)進行處理和顯示；

（5）關(guān)閉視頻設(shè)備。

視頻采集主要有兩種方法：

（1）直接從設(shè)備讀�。�

（2）內(nèi)存映射。本系統(tǒng)采用第二種方法進行視頻采集，其優(yōu)點是當采用內(nèi)存映射時，直接用 mmap（）系統(tǒng)調(diào)用使得進程之間通過映射同一個普通文件實現(xiàn)共享內(nèi)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(nèi)存一樣對文件進行訪問，不必再調(diào)用 read（），write（）等操作。而且采用共享內(nèi)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(nèi)存，而不需要任何數(shù)據(jù)的拷貝。

采用內(nèi)存映射實現(xiàn)視頻采集的部分源代碼如下：

（1）調(diào)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(shè)置 int v4l_grab_init（v4l_device *vd）

{ vd->mmap.width=640; //設(shè)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(tǒng)設(shè)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(tǒng)電源的選擇, 嵌入式觸摸屏維修, 學(xué)嵌入式需要什么基礎(chǔ), 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(diào)用 VIDIOCMCAPTURE開始一幀的截取 ioctl（vd->fd, VIDIOCMCAPTURE,&（vd->mmap））;

（5）調(diào)用 VIDIOSYNC等待一幀截取結(jié)束

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

該函數(shù)成功返回則表示一幀采集已完成，采集到的圖像數(shù)據(jù)放到起始地址為 vd->map+vd->mbuf.offsets[vd->frame]的內(nèi)存區(qū)中，讀取該內(nèi)存區(qū)中的數(shù)據(jù)便可得到圖像數(shù)據(jù)。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(qū)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(yīng)用程序有無提出新的 VIDIOCMCAPTURE請求，驅(qū)動都將第二幀圖像覆蓋保存至另一個緩沖內(nèi)，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(shù)據(jù)為原始數(shù)據(jù)，可以根據(jù)圖像采集格式將圖像信息存儲成文件，通過網(wǎng)絡(luò)用 webserver傳輸?shù)椒��?wù)器端刷新顯示。如果不對圖像進行壓縮，則圖像數(shù)據(jù)較大，不便于在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，這就要求系統(tǒng)首先對原始視頻圖像數(shù)據(jù)進行壓縮處理，而通用網(wǎng)絡(luò)瀏覽器一般支持 BMP、JPG、GIF三種網(wǎng)絡(luò)圖片格式，因此本系統(tǒng)采用 JPEG壓縮方式。

JPEG是 Joint Photographic Experts Group（聯(lián)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(lián)合會組織制定，是一種有損壓縮方式，能夠?qū)�圖像壓縮到很小的儲存空間。JPEG格式是目前網(wǎng)絡(luò)上最流行的圖像格式，JPEG壓縮技術(shù)十分先進，它用有損壓縮方式去除冗余的圖像數(shù)據(jù)，在獲得較高的壓縮率的同時能展現(xiàn)十分豐富生動的圖像，非常適合于視頻網(wǎng)絡(luò)傳輸。

Linux中沒有 jpeg函數(shù)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(shù)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(shù)庫了。

利用下面函數(shù)將采集到的 YUV420P的原始圖像數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)指針的指針， image為采集圖像原始數(shù)據(jù)，width為長度,height為高度，quality為壓縮質(zhì)量，函數(shù)的返回值為產(chǎn)生壓縮圖像數(shù)據(jù)的長度。

現(xiàn)在企事業(yè)的業(yè)務(wù)大多通過 Web技術(shù)[4]來部署實現(xiàn)。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(xiàn)超出局域網(wǎng)范圍的遠程控制，并可以實現(xiàn)遠程自動系統(tǒng)升級。

（3）應(yīng)用層程序開發(fā)快捷，由于 Web標準的統(tǒng)一，使得開發(fā)是跨平臺的。而嵌入式系統(tǒng)性能的增強也使得 Web服務(wù)進入嵌入式領(lǐng)域成為可能。 Web服務(wù)的優(yōu)勢也同樣適用于嵌入式系統(tǒng)。

webserver又被稱為 HTTP Server，它是對 HTTP協(xié)議服務(wù)器端功能的實現(xiàn)。HTTP協(xié)議是架構(gòu)在 TCP/IP協(xié)議上的應(yīng)用級協(xié)議，其目的是方便和加速對分布式協(xié)同工作的超媒體信息系統(tǒng)的訪問。HTTP協(xié)議通過統(tǒng)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(xié)議+網(wǎng)絡(luò)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(jié)束語

本文討論了基于 PXA270和嵌入式 Linux操作系統(tǒng)下 Web服務(wù)器中視頻圖片壓縮及其傳輸?shù)膶崿F(xiàn)方法，并通過移植 Webcam_server及其相應(yīng)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(tǒng)的核心工作采用高性能嵌入式微處理器完成，因此該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、成本低廉等優(yōu)點。該技術(shù)具有通用性，應(yīng)用范圍相當廣，可以作為簡單的安全監(jiān)控、遠程現(xiàn)場監(jiān)控等應(yīng)用，同時，在機器人監(jiān)控系統(tǒng)、視頻電話、遠程教學(xué)等應(yīng)用中也有一定的應(yīng)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(shè)計 Webserver對其進行網(wǎng)絡(luò)傳輸；

2 利用 Webcam_server分別在 Linux和 Windows操作系統(tǒng)下進行網(wǎng)絡(luò)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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