基于ARM+Linux的視頻采集編碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　3. 設(shè)置窗口的高度和寬度

　　編碼器輸入的是 CIF 格式的YUV420 碼流，故將采集窗口的高度設(shè)置為 288，寬度為352。

　　4. 獲取視頻幀

　　使用mmap()(內(nèi)存映射) 方式截取視頻，mmap()系統(tǒng)調(diào)用使得進(jìn)程之間通過映射同一個(gè)普通文件實(shí)現(xiàn)共享內(nèi)存。[5]

　　主要部分介紹如下：

　　a. 初始化及設(shè)置

　　使用ioctl(camera_fd，VIDIOCGMBUF，&camera_mbuf) 函數(shù)初始video_mbuf，獲得攝像頭存儲(chǔ)緩沖區(qū)的幀信息，之后修改 video_mmap和幀狀態(tài)的設(shè)置。

　　b. 實(shí)現(xiàn)攝像頭設(shè)備文件到內(nèi)存區(qū)的映射

　　調(diào)用buf=void *mmap(void *addr，size_t len，int prot，int flags，int fd，off_t offset) 函數(shù)，將設(shè)備文件的內(nèi)容映射到內(nèi)存區(qū)。

　　c. 數(shù)據(jù)采集

　　調(diào)用ioctl(fd，VIDIOCMCAPTURE，&camera_buf)截取圖像，失敗將返回-1 ，若函數(shù)成功調(diào)用，便開始一幀圖像數(shù)據(jù)的截取，并將當(dāng)前幀號(hào)按緩沖區(qū)總幀數(shù)的模加上1，為下一幀截取作準(zhǔn)備。然后調(diào)用 ioctl(fd，VIDIOCSYNC，&frame) 函數(shù)，成功返回則表示圖像截取已完成，可以開始作下一幀圖像的采集。圖像捕捉函數(shù) v41_frame_grab()是mmap內(nèi)存映射方式捕捉視頻數(shù)據(jù)的具體實(shí)現(xiàn)，每次采集一幀YUV420P格式的原始圖像數(shù)據(jù)。在使用雙緩沖區(qū)輪換采集時(shí)，對(duì)于每個(gè)緩沖區(qū)進(jìn)行連續(xù)幀采集，通過外加循環(huán)控制對(duì)攝像頭幀緩沖區(qū)采集的次數(shù)來實(shí)現(xiàn)，以達(dá)到提高效率的目的[6]。

　　在此基礎(chǔ)上也可實(shí)現(xiàn)連續(xù)幀的采集，Video4Linux最多支持一次采集32幀，首先需要設(shè)置采集的幀數(shù) camera_buf.frame，并將data+camera_mbuf.offsets[frame] 定義每一幀數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的起始位置，利用 ioctl(fd，VIDIOCGMBUF，&camera_mbuf) 便可獲得camera_mbuf 的信息。除此之外還要設(shè)置數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的大小，然后利用 ioctl VIDIOCMCAPTURE 操作進(jìn)行數(shù)據(jù)的連續(xù)采集，直到緩沖區(qū)中的剩余空間無法保存一個(gè)完整的數(shù)據(jù)幀。當(dāng)緩沖區(qū)中沒有可利用的空間時(shí)，系統(tǒng)調(diào)用 ioctl VIDIOCSYNC 來檢查視頻采集過程是否完成。若完成時(shí)，應(yīng)用程序?yàn)閿?shù)據(jù)幀分配地址，使緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)幀可被安全用于其他進(jìn)程。

　　4. 關(guān)閉視頻設(shè)備

　　在采集完成后，需要關(guān)閉設(shè)備，并收回系統(tǒng)資源。如果是采用內(nèi)存映射方法進(jìn)行視頻采集，在系統(tǒng)任務(wù)完成后必須用munmap 函數(shù)關(guān)閉映射內(nèi)存，close函數(shù)可關(guān)閉視頻設(shè)備文件。

　　5 視頻采集系統(tǒng)的多線程設(shè)計(jì)

　　在采集和處理模塊的設(shè)計(jì)中創(chuàng)建圖像采集和圖像處理兩個(gè)線程，并開辟兩個(gè)緩沖區(qū)輪換采集圖像幀，以便解決視頻采集模塊與編碼模塊的同步。在采集程序?qū)憹M緩沖區(qū)1 后，改變線程等待條件，釋放被阻塞的圖像處理線程對(duì)該緩沖區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼輸出。同時(shí)采集線程轉(zhuǎn)到緩沖區(qū)2，若此時(shí)圖像處理線程已完成對(duì)緩沖區(qū) 2 的處理，則將采集獲得的幀圖像覆蓋，保存至緩沖區(qū) 2，否則阻塞。兩個(gè)緩沖輪流使用，不丟棄任何幀，并且圖像采集與處理同步進(jìn)行，提高了效率。

　　6 結(jié)論

　　本文給出了遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中視頻采集技術(shù)的分析和研究并得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。S3C2440 處理器USB Host控制器兼容USB1.1標(biāo)準(zhǔn)，支持低速 1.5Mbps 和全速12Mbps USB 設(shè)備。實(shí)驗(yàn)表明，視頻采集程序?qū)?CIFQVGA 格式的圖像采集效率最高，采集速率分別達(dá)到 9fps ，12fps以上，接近全速模式下的極限速率。對(duì) QCIF格式的圖像采集效率較低，距離 USB1.1全速傳輸?shù)睦碚撝迪嗖钶^遠(yuǎn)，這既與攝像頭的硬件特性有關(guān)(包括圖像傳感器的特性以及 DSP 橋接芯片對(duì)圖像格式的處理) ，也與驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)有關(guān)。不過單從采集幀速率上看，9fps 的CIF 采集速度和24fps的QCIF采集速度己經(jīng)可以滿足一般嵌入式實(shí)時(shí)應(yīng)用的要求。