基于S3C44B0開發板的圖像采集方法研究

1 引言

Linux嵌入式系統，具有高性能、低功耗、體積小、可靠性高、源代碼開放等優點，逐漸被越來越多的人認可并使用。原先只有在PC機上實現的功能，如今也被移植到了更加方便的嵌入式系統上。在嵌入式多媒體開發中，視頻采集、存儲、處理是必不可少的環節。CMOS傳感器USB攝像頭以其低廉的價格和較高的性能，成為了圖片采集首選工具。至于圖像傳輸，傳統的有線傳輸已經開始被無線網絡傳輸所替代。這里就著重介紹一下，圖像采集。

2 軟硬件平臺

S3C44B0是三星公司為手持設備推出的16/32位RISC處理器，總線結構為SAMBAII，速度可達75MHz，它使用ARM7TDMI內核，采用0.25umCMOS工藝制造。S3C44B0提供了豐富的內置部件，包括：8KB Cache和內部4MB Flash，8MB SDRAM，LCD控制器，2個具有握手功能的UART，4通道DMA，一個內部定時器，71個通用目的I/O端口，8個外部中斷源， 8通道10-bit ADC，IIC總線接口，IIS總線接口，同步SIO接口和PLL倍頻器，一個外擴USB HOST，接攝像頭，將攝像頭采集的圖片信息存儲到內存空間中。采用uCLinux操作系統，它是由Linux經過裁減后的微型Linux操作系統，它經編譯壓縮后的二進制文件只有700k左右，適合嵌入式開發環境使用。通常的在PC機上進行的軟件開發模式不適用于嵌入式系統。因為嵌入式系統沒有足夠的系統資源來滿足開發需要，因此在開發過程中，需要在PC機上建立一個交叉編譯環境對程序進行編譯、鏈接，然后將程序燒寫入開發板運行。這里用到的交叉編譯環境是arm-elf-tools-20030314.sh，只需在終端執行sh arm-elf-tools-20030314.sh即可安裝好交叉編譯環境。之后在該環境中進行開發，調試通過后，再經過編譯，將程序燒寫入嵌入式系統中運行。

3 圖像采集

Linux 設備驅動一般分字符設備、塊設備、網絡設備三種類型[1]。而在Linux下要使用系統所掛接的外圍設備，必需加載相應的驅動程序。這里采用的是網眼V3000攝像頭作為圖像采集設備，它采用的USB控制器為OV511，Linux操作系統支持該驅動模塊。在編譯 uCLinux內核時，主要是經過配置內核、編譯內核、生成鏡像幾個過程。進入uCLinux的kernel目錄，在終端輸入make menuconfig配置內核，進入usb support，選中USB OV511 Cameral support。保存退出后make dep建立依賴關系、make zImage產生鏡像，編譯完畢，將編譯好的內核燒寫入ARM板，則uCLinux系統就支持該攝像頭模塊。

3.1 Video For Linux[2]

Linux操作系統內核自帶了一套Video For Linux（V4L）程序接口。它是Linux中關于視頻設備的內核驅動，支持包括視頻捕捉卡、攝像頭等設備。應用程序可以利用這個程序接口，使硬件設備與內核進行交互，從而實現采集圖像的目的。V4L提供了一套比較完整的I/O操作接口，open、close、read、write、ioctl，內存映射功能和I/O通道的接口函數ioctl，并將它們定義在struct file_operations數據結構體中。當應用程序對設備文件進行諸如open等系統調用操作時，Linux內核將通過 file_operations結構訪問驅動程序提供的函數接口。V4L需要編譯進內核，具體方法為在終端/usr/src/linux目錄下輸入 make menuconfig，進入設置界面選中multimedia devices選項，選中Video For Linux，保存退出后，make dep、make image即可。目前較高版本的Linux操作系統都已經把V4L編譯進了內核，不再需要重新編譯。V4L中定義了許多結構體，包含了獲取圖片用到的所有屬性，因此在程序頭文件中，應該加入#includelinux/videodev.h>。

3.2 圖像采集

利用V4L進行圖像采集，有兩種方法，一種是read（）[3]方法，直接進入緩沖區里讀取圖片信息；另一種方法就是mmap（）方法，該方法是把設備內存映射到用戶地址空間中,各進程可以共享該內存空間，加快了訪問速度。

Linux中攝像頭屬于字符設備，因此，可以把攝像頭看作文件一樣操作。首先打開攝像頭設備，應用到了標準函數open（），并以讀寫方式打開設備文件[4]：
int fd= open（dev_videodevice,O_RDWR）;
if(fd0);
{
perror(“open error”);
return(0);
}
ioctl(fd,VIDIOCGCAP,cap);
//讀取攝像頭設備信息，包括設備名稱、支持分辨率、信號源屬性等，使用printf函數即可輸出查看各屬性值
ioctl(fd,VIDIOCGCHAN,cha);
//讀取攝像頭通道參數，可以不設置
ioctl(fd,VIDIOCGPICT,pic);
//獲取緩沖中設備參數，包palette、depth等，并可以在用戶內存空間修改
ioctl(fd,VIDIOCSPICT,spi);
//設置要采集圖片的參數：顏色深度、調色板類型、亮度、對比度、色度等
ioctl(fd,VIDIOCSWIN,win);
//設置圖片窗口大小，分別獎寬和高賦值予window.width，window.height
ioctl(fd,VIDIOCMCAPTURE,vmmap);
//獲取一幀圖片
ioctl(fd,VIDIOCSYNC,mmap.frame);

//判斷是否獲取成功