基于ARM+Linux的視頻采集編碼系統設計

　　摘要：本文設計了嵌入式遠程監控系統中的視頻采集端。提出了基于 ARM Linux的視頻采集編碼設計方案，采用 S3C2440 作為主處理器，選用 OV511+OV7650 構造USB 攝像頭進行視頻采集。介紹了USB 攝像頭驅動程序的設計以及視頻原始碼流采集的實現過程。由于嵌入式Linux在各種視頻設備中已經得到了廣泛應用，故設計具有一定的通用性。

　　關鍵詞：嵌入式;Linux;視頻采集;S3C2440

　　引言

　　嵌入式系統由于其體積小可便攜，較 PC機而言很有優勢。隨著計算機技術的發展，一些基于PC機的應用也得以在嵌入式系統上實現。由于 USB 接口攝像頭價格低廉，性能較好，即插即用，加上Linux下有Video4Linux標準支持對其編程，很容易集成到嵌入式系統，因此嵌入式系統視頻采集設備通常用 USB 接口攝像頭。

　　1 芯片介紹

　　S3C2440 處理器采用ARM920t內核，0.13um的CMOS 標準宏單元和存儲器單元，支持高速總線和異步總線模式;具有 1G字節尋址空間;支持外部等待信號延長總線周期;支持掉電時SDRAM 自刷新模式;支持從 NAND flash存儲器啟動;采用 4KB 內部緩沖器進行啟動引導。采用寫穿式(write-through)或寫回式(write-back)cache 操作來更新主存儲器;寫緩沖器可以保存 16個字的數據和 4 個地址[1]。

　　OV511 是高性能攝像機到 USB 接口單片控制芯片，它極大的簡化了單片 CMOS 圖像傳感器和USB 的接口，其片上增加256K DRAM 和一個 USB 收發器，可以很容易構成基于USB 的視頻子系統。OV511 最大視頻傳輸設計使系統能夠以更加實時的方式獲取大量的視頻信息[2]。

　　OV7650是高集成度高分辨率的 COMS 圖像傳感器，它將所有攝像功能和矩陣處理功能都集成在片上。其像矩陣位 640*480 像素(30 萬像素)，支持VGA，QVGA ，CIF，QCIF四種分辨率，可進行編程控制[3]。

　　2 攝像頭硬件

　　視頻采集部分由 OV511 和OV7650組成。通過 SCCB 總線初始化OV7650和OV511 ，將OV7650設置為 CIF 采集，輸出YUV422 數據流;將 OV511 配置為YUV422 格式輸入，輸出為YUV420 數據流。OV511 提供OV7650所需的控制信號，并接受來自 OV7650的同

　　步輸出信號并將輸入圖像數據通過內置的 USB 控制器和外接的 USB 收發器經USB 總線送入ARM，然后進行壓縮編碼、發送等處理，其硬件框圖見圖 1。

　　3 USB 攝像頭驅動

　　設備驅動程序可以看成 Linux內核與外部設備之間的接口。設備驅動程序向應用程序屏蔽了硬件實現了的細節，使得應用程序可以像操作普通文件一樣來操作外部設備，可以使用和操作文件中相同的、標準的系統調用接口函數來完成對硬件設備的打開、關閉、讀寫和 I/O控制操作，而驅動程序的主要任務也就是要實現這些系統調用函數[4]。

　　Linux 視頻采集設備的正常運行依賴于對 Video4Linux標準的支持。Video4Linux設備的驅動程序需要提供基本的 I/O 操作接口函數 open ，read ，write和對中斷處理的實現、內存映射功能以及對I/O 通道的控制接口函數 ioctl 的實現等，并把它們定義在 struct video_device中。所以首先在驅動程序中聲明一個 video_device 結構，并為其指定文件操作函數指針數組fops 向系統注冊。應用程序發出文件操作的相關命令時，Linux 內核根據這些指針調用相應函數，并將該結構作為參數傳遞給它們，實現驅動與內核之間的通信。

　　Linux 內核是依據設備號來操作設備文件的，內核中攝像頭對應的設備文件名為/dev/video，主設備號是81，次設備號根據攝像頭數目來確定，本系統中僅使用一個攝像頭。因此沒有此設備號，所以可以通過mknod /dev/video0 c 81 0來創建節點，驅動程序原理如圖2。