基于嵌入式系統(tǒng)的視頻圖像捕獲研究與實(shí)現(xiàn)
嵌入式系統(tǒng)(Embedded System)是指以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。根據(jù)IEEE(國際電氣和電子工程師協(xié)會)的定義,嵌入式系統(tǒng)是“控制、監(jiān)視或者輔助設(shè)備、機(jī)器和車間運(yùn)行的裝置”,這個(gè)定義主要是從應(yīng)用的角度進(jìn)行定義的。嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng)和功能軟件集成于計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之中,也就是軟件與硬件的一體化。嵌入式系統(tǒng)目的性或針對性很強(qiáng),一般要求較高的實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性。
2嵌入式Linux操作系統(tǒng)
嵌入式Linux是Linux操作系統(tǒng)的一個(gè)分支。主要是對通常的Linux進(jìn)行裁減。最關(guān)鍵的是要進(jìn)行實(shí)時(shí)化處理。在實(shí)時(shí)性要求不是太高的環(huán)境下采用Linux具有很多優(yōu)勢。使用嵌入式Linux技術(shù)開發(fā)嵌入式設(shè)備的最大方便是使開發(fā)工作從硬件與匯編程序轉(zhuǎn)移到應(yīng)用軟件上來。嵌入式Linux系統(tǒng)架構(gòu)包括三層:應(yīng)用程序、系統(tǒng)共享庫和Linux內(nèi)核?,F(xiàn)有各種開源的Linux版本,包括支持沒有內(nèi)存管理單元的CPU的uCLinux、實(shí)時(shí)性非常好的RTAI、QLinux等。本文所采用的開發(fā)的系統(tǒng)是進(jìn)行圖像的實(shí)時(shí)捕獲。由于實(shí)時(shí)性要求不高,同時(shí)考慮到Linux下使用V4L開發(fā)視頻程序具有很大的優(yōu)越性,所以采用嵌入式Linux作為開發(fā)環(huán)境。芯片主要采用三星公司生產(chǎn)的ARM2410, 開發(fā)板采用北京博創(chuàng)公司的板卡。
3 采用V4L進(jìn)行數(shù)據(jù)采集
3.1 采用V4L進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)采集
V4L是Linux下提供的一套設(shè)備驅(qū)動程序文件API,用于開發(fā)視頻(Video)、音頻(Audio)等領(lǐng)域的應(yīng)用程序。由于在Linux下設(shè)備都作為一個(gè)文件進(jìn)行處理。所以可以通過打開相應(yīng)的設(shè)備文件來獲取設(shè)備的信息。由于本文是進(jìn)行視頻程序的開發(fā),所以僅講述有關(guān)視頻相關(guān)的部分。
視頻設(shè)備文件一般情況下在/dev/videox。其中x可以為0~63之間的整數(shù)。一般情況下為/deev/ video0。當(dāng)在開發(fā)板上通過USB接口將攝像頭接入后。在程序中對文件video0進(jìn)行讀的操作就是對攝像頭的操作。
在使用V4L之前首先需要將頭文件videodev.h引入,如
圖1
具體的圖像數(shù)據(jù)的捕獲過程為:打開設(shè)備文件、查詢和確認(rèn)設(shè)備性能、設(shè)置捕獲的圖像的寬和高、設(shè)置色深、建立內(nèi)存映射(后文闡述)、讀取圖像數(shù)據(jù)、關(guān)閉設(shè)備。
具體的這個(gè)過程由于篇幅關(guān)系本文將不做具體闡述,讀者可以查閱本文的參考文獻(xiàn)3。在上述的過程中主要考慮的問題是內(nèi)存的映射問題。為了讀取數(shù)據(jù)首先需要將顯示設(shè)備的地址映射到系統(tǒng)地址上來,這需要調(diào)用函數(shù)mmap()。該函數(shù)返回的地址就是存放圖像數(shù)據(jù)的地址。每一幀圖像都偏移固定的長度。而攝像頭取得圖像會包含若干幀。這樣通過周而復(fù)始的進(jìn)行就可以將圖像數(shù)據(jù)捕獲下來。具體過程和涉及到的函數(shù)如下所示:
打開設(shè)備文件: int device = open (/dev/v4l/video0, O_RDWR);
內(nèi)存映射:char* memoryMap = (char*)mmap (0, memoryBuffer.size, PROT_READ
PROT_WRITE, MAP_SHARED, device, 0);
圖像數(shù)據(jù)memoryMap + memoryBuffer.offsets[bufferIndex]
圖2
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