基于ARM的嵌入式USB圖像采集與顯示

引言

　　目前市場上大部分的圖像采集與處理系統(tǒng)是基于DSP 芯片的，這種圖像采集與處理系統(tǒng)成本高、功耗高、體積約束等特點并不適用于一些簡單的應(yīng)用。隨著USB 攝像頭的普及和基于ARM 的嵌入式芯片的快速發(fā)展，將二者結(jié)合的便攜性越來越受人們歡迎。本文介紹了一種基于三星S3C2440A 芯片的嵌入式USB 攝像頭圖像采集與顯示方案，該方案具有良好的可移植性和擴(kuò)展性，并且成本、大小和實時處理都能夠滿足市場需求。

　　1 系統(tǒng)架構(gòu)

　　系統(tǒng)通過當(dāng)前市場上應(yīng)用最廣泛的中芯微公司生產(chǎn)的zc301p 芯片的USB 攝像頭進(jìn)行圖像采集，然后將圖像信息傳送到ARM 芯片中進(jìn)行處理，最終通過基于Qt/Embedded 編寫的圖形顯示程序在LCD 上實時顯示。系統(tǒng)的整體架構(gòu)如圖1 所示。

　　2 視頻圖像采集

　　系統(tǒng)采用中芯微公司生產(chǎn)的zc301p 芯片的USB 攝像頭作為圖像采集設(shè)備，并介紹了基于Video4Linux 編程協(xié)議進(jìn)行視頻圖像采集的一般過程。

　　2.1 USB 攝像頭驅(qū)動

　　Linux 內(nèi)核能夠很好地支持OHCI（開放式主機(jī)控制接口協(xié)議），并且能夠很好地支持包括OV511系列攝像頭在內(nèi)的各種各樣的USB 設(shè)備，但是并不包括zc301pUSB 攝像頭。直到后來2.6.27 版本左右的內(nèi)核中才增加了針對zc301 系列芯片的驅(qū)動，統(tǒng)稱為Linux UVC.本文采用的是Linux2.6.32.2 版本內(nèi)核，只需要對內(nèi)核進(jìn)行簡單的配置，就可以實現(xiàn)功能了。

　　在配置菜單選項中，設(shè)備驅(qū)動是最重要的配置項。選擇的配置項如下：

　　Device Drivers - - - >

　　Multimedia devices - - - >

　　Video For Linux

　　Enable Video For Linux API 1（DEPRECAteD）

　　Video capture adapters - - - >

　　V4L USB devices - - - >

　　USB Video Class （UVC）

　　UVC input events device support

　　GSPCA based webcams - - - >

　　ZC3XXX USB CAMEra Driver

　　USB ZC0301 ［P］Image Processor and Control

　　Chip support

　　現(xiàn)在，內(nèi)核被配置成可以支持Video4Linux 的視頻接口，并且加入了支持zc301pUSB 攝像頭的驅(qū)動程序。

　　2.2 基于Video4Linux 的視頻圖像采集程序設(shè)計

　　Video4Linux（簡稱V4L）為目前市場常見的電視捕獲卡和并口及USB 口的攝像頭提供統(tǒng)一的編程接口。在Linux 內(nèi)核中它為用戶空間提供統(tǒng)一的編程接口，V4L 分為兩層：底層是音頻和視頻設(shè)備驅(qū)動程序的內(nèi)核；上層為系統(tǒng)提供一些API 接口信息。視頻圖像采集流程如圖2 所示。

　　（1）打開視頻設(shè)備。

　　在Linux 中視頻設(shè)備是被作為設(shè)備文件來執(zhí)行的，本文USB 攝像頭的設(shè)備文件名為/dev/video0.

　　int my_v4l_open （char*dev，my_v4l_STruct*vd） 函數(shù)用于打開視頻設(shè)備并初始化攝像頭設(shè)備，該函數(shù)調(diào)用open 函數(shù)可以讀設(shè)備文件，成功返回設(shè)備描述符，失敗返回- 1.主要程序代碼如下：

　　int my_v4l_open（char*dev，my_v4l_struct*vd）{

　　if（（vd- >fd=open（vd- >videodevice，O_RDWR））= =- 1）{

　　printf（“ERROR opening V4L interface”）；

　　exit（1）；}

　　……}