1 引言

　　Linux嵌入式系統(tǒng)，具有高性能、低功耗、體積小、可靠性高、源代碼開(kāi)放等優(yōu)點(diǎn)，逐漸被越來(lái)越多的人認(rèn)可并使用。原先只有在PC機(jī)上實(shí)現(xiàn)的功能，如今也被移植到了更加方便的嵌入式系統(tǒng)上。在嵌入式多媒體開(kāi)發(fā)中，視頻采集、存儲(chǔ)、處理是必不可少的環(huán)節(jié)。CMOS傳感器USB攝像頭以其低廉的價(jià)格和較高的性能，成為了圖片采集首選工具。至于圖像傳輸，傳統(tǒng)的有線(xiàn)傳輸已經(jīng)開(kāi)始被無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸所替代。這里就著重介紹一下，圖像采集。

　　2 軟硬件平臺(tái)

　　S3C44B0是三星公司為手持設(shè)備推出的16/32位RISC處理器，總線(xiàn)結(jié)構(gòu)為SAMBAII，速度可達(dá)75MHz，它使用ARM7TDMI內(nèi)核，采用0.25umCMOS工藝制造。S3C44B0提供了豐富的內(nèi)置部件，包括：8KB Cache和內(nèi)部4MB Flash，8MB SDRAM，LCD控制器，2個(gè)具有握手功能的UART，4通道DMA，一個(gè)內(nèi)部定時(shí)器，71個(gè)通用目的I/O端口，8個(gè)外部中斷源， 8通道10-bit ADC，IIC總線(xiàn)接口，IIS總線(xiàn)接口，同步SIO接口和PLL倍頻器，一個(gè)外擴(kuò)USB HOST，接攝像頭，將攝像頭采集的圖片信息存儲(chǔ)到內(nèi)存空間中。采用uCLinux操作系統(tǒng)，它是由Linux經(jīng)過(guò)裁減后的微型Linux操作系統(tǒng)，它經(jīng)編譯壓縮后的二進(jìn)制文件只有700k左右，適合嵌入式開(kāi)發(fā)環(huán)境使用。通常的在PC機(jī)上進(jìn)行的軟件開(kāi)發(fā)模式不適用于嵌入式系統(tǒng)。因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)沒(méi)有足夠的系統(tǒng)資源來(lái)滿(mǎn)足開(kāi)發(fā)需要，因此在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，需要在PC機(jī)上建立一個(gè)交叉編譯環(huán)境對(duì)程序進(jìn)行編譯、鏈接，然后將程序燒寫(xiě)入開(kāi)發(fā)板運(yùn)行。這里用到的交叉編譯環(huán)境是arm-elf-tools-20030314.sh，只需在終端執(zhí)行sh arm-elf-tools-20030314.sh即可安裝好交叉編譯環(huán)境。之后在該環(huán)境中進(jìn)行開(kāi)發(fā)，調(diào)試通過(guò)后，再經(jīng)過(guò)編譯，將程序燒寫(xiě)入嵌入式系統(tǒng)中運(yùn)行。

　　圖1硬件平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖

　　3 圖像采集

　　Linux 設(shè)備驅(qū)動(dòng)一般分字符設(shè)備、塊設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備三種類(lèi)型［1］。而在Linux下要使用系統(tǒng)所掛接的外圍設(shè)備，必需加載相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序。這里采用的是網(wǎng)眼V3000攝像頭作為圖像采集設(shè)備，它采用的USB控制器為OV511，Linux操作系統(tǒng)支持該驅(qū)動(dòng)模塊。在編譯uCLinux內(nèi)核時(shí)，主要是經(jīng)過(guò)配置內(nèi)核、編譯內(nèi)核、生成鏡像幾個(gè)過(guò)程。進(jìn)入uCLinux的kernel目錄，在終端輸入make menuconfig配置內(nèi)核，進(jìn)入usb support，選中USB OV511 Cameral support。保存退出后make dep建立依賴(lài)關(guān)系、make zImage產(chǎn)生鏡像，編譯完畢，將編譯好的內(nèi)核燒寫(xiě)入ARM板，則uCLinux系統(tǒng)就支持該攝像頭模塊。www.51kaifa.com

　　3.1 Video For Linux［2］

　　Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核自帶了一套Video For Linux（V4L）程序接口。它是Linux中關(guān)于視頻設(shè)備的內(nèi)核驅(qū)動(dòng)，支持包括視頻捕捉卡、攝像頭等設(shè)備。應(yīng)用程序可以利用這個(gè)程序接口，使硬件設(shè)備與內(nèi)核進(jìn)行交互，從而實(shí)現(xiàn)采集圖像的目的。V4L提供了一套比較完整的I/O操作接口，open、close、read、write、ioctl，內(nèi)存映射功能和I/O通道的接口函數(shù)ioctl，并將它們定義在struct file_operations數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體中。當(dāng)應(yīng)用程序?qū)υO(shè)備文件進(jìn)行諸如open等系統(tǒng)調(diào)用操作時(shí)，Linux內(nèi)核將通過(guò)file_operations結(jié)構(gòu)訪(fǎng)問(wèn)驅(qū)動(dòng)程序提供的函數(shù)接口。V4L需要編譯進(jìn)內(nèi)核，具體方法為在終端/usr/src/linux目錄下輸入make menuconfig，進(jìn)入設(shè)置界面選中multimedia devices選項(xiàng)，選中Video For Linux，保存退出后，make dep、make image即可。目前較高版本的Linux操作系統(tǒng)都已經(jīng)把V4L編譯進(jìn)了內(nèi)核，不再需要重新編譯。V4L中定義了許多結(jié)構(gòu)體，包含了獲取圖片用到的所有屬性，因此在程序頭文件中，應(yīng)該加入#include《linux/videodev.h》。www.51kaifa.com

　　3.2 圖像采集

　　利用V4L進(jìn)行圖像采集，有兩種方法，一種是read（）［3］方法，直接進(jìn)入緩沖區(qū)里讀取圖片信息；另一種方法就是mmap（）方法，該方法是把設(shè)備內(nèi)存映射到用戶(hù)地址空間中，各進(jìn)程可以共享該內(nèi)存空間，加快了訪(fǎng)問(wèn)速度。

　　Linux中攝像頭屬于字符設(shè)備，因此，可以把攝像頭看作文件一樣操作。首先打開(kāi)攝像頭設(shè)備，應(yīng)用到了標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)open（），并以讀寫(xiě)方式打開(kāi)設(shè)備文件［4］：

　　int fd= open（dev_videodevice，O_RDWR）;

　　if（fd《0）;

　　{

　　perror（“open error”）;

　　return（0）;

　　}

　　ioctl（fd，VIDIOCGCAP，&cap）;

　　//讀取攝像頭設(shè)備信息，包括設(shè)備名稱(chēng)、支持分辨率、信號(hào)源屬性等，使用printf函數(shù)即可輸出查看各屬性值

　　ioctl（fd，VIDIOCGCHAN，&cha）;

　　//讀取攝像頭通道參數(shù)，可以不設(shè)置

　　ioctl（fd，VIDIOCGPICT，&pic）;

　　//獲取緩沖中設(shè)備參數(shù)，包palette、depth等，并可以在用戶(hù)內(nèi)存空間修改

　　ioctl（fd，VIDIOCSPICT，&spi）;

　　//設(shè)置要采集圖片的參數(shù)：顏色深度、調(diào)色板類(lèi)型、亮度、對(duì)比度、色度等

　　ioctl（fd，VIDIOCSWIN，&win）;

　　//設(shè)置圖片窗口大小，分別獎(jiǎng)寬和高賦值予window.width，window.height

　　ioctl（fd，VIDIOCMCAPTURE，&vmmap）;

　　//獲取一幀圖片

　　ioctl（fd，VIDIOCSYNC，&mmap.frame）;www.51kaifa.com

　　//判斷是否獲取成功

　　程序詳細(xì)流程如下：

　　圖2圖像采集程序流程

　　成

　　網(wǎng)眼V3000攝像頭支持depth=24，palette=VIDEO_PALETTE_RGB24，輸出圖片為BMP格式，因此在程序中需要對(duì)BMP的格式進(jìn)行定義。

　　BMP格式包括位圖文件頭：struct tatBITMAPFILEHEADER

　　位圖信息頭：struct tagBITMAPINFOHEADER

　　彩色表：struct tagRGBQUAD，

　　需要說(shuō)明的是，BMP格式的圖像數(shù)據(jù)陣列存儲(chǔ)的掃描行是由下往上存儲(chǔ)的，即圖像第一個(gè)像素在左下角，最后一個(gè)像素在右上角，因此在讀取的時(shí)候要注意。

　?。?）用read（）方法獲取圖片，將圖片數(shù)據(jù)直接讀到用戶(hù)內(nèi)存空間，然后寫(xiě)入文件。

　　read（fd，data，size）; //將fd所指位置size大小的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)到data內(nèi)存空間

　　fwrite（&bf，14，1，fp）; //BMP文件頭信息寫(xiě)入文件

　　fwrite（&bi，40，1，fp）; //BMP位圖信息頭信息寫(xiě)入文件

　　fwrite（buffer，ImageSize，1，fp）; //圖片寫(xiě)入文件

　?。?）用mmap（）內(nèi)存映射方法，需要ioctl（fd，VIDIOCGMBUF，&mbuf）獲取緩沖區(qū)的幀信息，調(diào)用mmap（）函數(shù)把設(shè)備文件映射到內(nèi)存區(qū)，這樣就可以把讀到的信息，讀寫(xiě)到文件里。內(nèi)存映射法加速了I/O的訪(fǎng)問(wèn)速度，它使得各進(jìn)程指向一塊共享內(nèi)存空間，各進(jìn)程可以隨時(shí)進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，因此內(nèi)存映射獲取圖片的方法速度要比read（）方法快一些。

　　//設(shè)置圖像水平和垂直分辨率及、彩色顯示格式

　　vmmap.height=height;

　　vmmap.width=width;

　　vmmap.format=VIDEO_PALETTE_RGB24;

　　//調(diào)用mmap進(jìn)行內(nèi)存映射

　　buffer=mmap（0，buf.size，PORT_READ|PORT_WRITE，MAP_SHARD，fd，0）;

　　picture.depth=24;

　　ioctl（fd，VIDIOCSPICT，&picture）

　　//采集圖像

　　if（ioctl（fd，VIDIOCMCAPTURE，&vmmap）《0）

　　{ www.51kaifa.com

　　perror（“VIDIOCMCAPTURE”）;

　　return 0;

　　}

　　//判斷采集是否完成

　　if （ioctl（fd，VIDIOCSYNC，&buf）《0）

　　perror（“VIDIOCSYNC”）;

　　4 總結(jié)

　　在圖像采集過(guò)程中，因?yàn)锽MP格式的特殊原因，用read（）方法采集圖片是倒立的，因?yàn)槠鋻呙栊惺亲韵峦洗鎯?chǔ)，因此在將圖片寫(xiě)入文件時(shí)，可以自下往上寫(xiě)入，讀出來(lái)的圖片將是正立的；或者另行編寫(xiě)代碼將BMP文件轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)。具體方法可以參考BMP文件格式。完成圖像采集工作后，配上無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)設(shè)備，將圖片傳至Internet，將形成一個(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)或者遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可擴(kuò)展到較廣的應(yīng)用范圍。

　　本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：基于無(wú)MMU的ARM7的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用較少，大部分相關(guān)開(kāi)發(fā)都是建立在高端的ARM9基礎(chǔ)上。建立節(jié)約型社會(huì)的今天，能使用規(guī)格和價(jià)格較低的設(shè)備開(kāi)發(fā)同樣的產(chǎn)品，也讓其有較廣的應(yīng)用前景和市場(chǎng)。