基于嵌入式系統的視頻圖像捕獲研究與實現

嵌入式系統（Embedded System）是指以應用為中心、以計算機技術為基礎、軟件硬件可裁剪、適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統。根據IEEE（國際電氣和電子工程師協會）的定義，嵌入式系統是“控制、監視或者輔助設備、機器和車間運行的裝置”，這個定義主要是從應用的角度進行定義的。嵌入式系統的操作系統和功能軟件集成于計算機硬件系統之中，也就是軟件與硬件的一體化。嵌入式系統目的性或針對性很強，一般要求較高的實時性、穩定性。

2嵌入式Linux操作系統

嵌入式Linux是Linux操作系統的一個分支。主要是對通常的Linux進行裁減。最關鍵的是要進行實時化處理。在實時性要求不是太高的環境下采用Linux具有很多優勢。使用嵌入式Linux技術開發嵌入式設備的最大方便是使開發工作從硬件與匯編程序轉移到應用軟件上來。嵌入式Linux系統架構包括三層：應用程序、系統共享庫和Linux內核?，F有各種開源的Linux版本，包括支持沒有內存管理單元的CPU的uCLinux、實時性非常好的RTAI、QLinux等。本文所采用的開發的系統是進行圖像的實時捕獲。由于實時性要求不高，同時考慮到Linux下使用V4L開發視頻程序具有很大的優越性，所以采用嵌入式Linux作為開發環境。芯片主要采用三星公司生產的ARM2410, 開發板采用北京博創公司的板卡。

3 采用V4L進行數據采集

3.1 采用V4L進行圖像數據采集

V4L是Linux下提供的一套設備驅動程序文件API，用于開發視頻（Video）、音頻（Audio）等領域的應用程序。由于在Linux下設備都作為一個文件進行處理。所以可以通過打開相應的設備文件來獲取設備的信息。由于本文是進行視頻程序的開發，所以僅講述有關視頻相關的部分。

視頻設備文件一般情況下在/dev/videox。其中x可以為0~63之間的整數。一般情況下為/deev/ video0。當在開發板上通過USB接口將攝像頭接入后。在程序中對文件video0進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。相應的API文檔在/usr/ src/linux-2.4/Documentation/video4linux/API.html下。同時在為了同相關的設備進行通信，需要一些結構體、變量和函數，所以需要包含其他的相關文件。如、、 、 、 、 、 等。攝像頭、V4L、設備驅動程序、嵌入式Linux操作系統的關系用圖1表示如下。

圖1

具體的圖像數據的捕獲過程為：打開設備文件、查詢和確認設備性能、設置捕獲的圖像的寬和高、設置色深、建立內存映射（后文闡述）、讀取圖像數據、關閉設備。

具體的這個過程由于篇幅關系本文將不做具體闡述，讀者可以查閱本文的參考文獻3。在上述的過程中主要考慮的問題是內存的映射問題。為了讀取數據首先需要將顯示設備的地址映射到系統地址上來，這需要調用函數mmap（）。該函數返回的地址就是存放圖像數據的地址。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。這樣通過周而復始的進行就可以將圖像數據捕獲下來。具體過程和涉及到的函數如下所示:

打開設備文件: int device = open (/dev/v4l/video0, O_RDWR);

內存映射：char* memoryMap = (char*)mmap (0, memoryBuffer.size, PROT_READ

PROT_WRITE, MAP_SHARED, device, 0);

圖像數據memoryMap + memoryBuffer.offsets[bufferIndex]

圖2