基于ARM+Linux的視頻采集編碼系統設計

　　3. 設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置為 288，寬度為352。

　　4. 獲取視頻幀

　　使用mmap()(內存映射) 方式截取視頻，mmap()系統調用使得進程之間通過映射同一個普通文件實現共享內存。[5]

　　主要部分介紹如下：

　　a. 初始化及設置

　　使用ioctl(camera_fd，VIDIOCGMBUF，&camera_mbuf) 函數初始video_mbuf，獲得攝像頭存儲緩沖區的幀信息，之后修改 video_mmap和幀狀態的設置。

　　b. 實現攝像頭設備文件到內存區的映射

　　調用buf=void *mmap(void *addr，size_t len，int prot，int flags，int fd，off_t offset) 函數，將設備文件的內容映射到內存區。

　　c. 數據采集

　　調用ioctl(fd，VIDIOCMCAPTURE，&camera_buf)截取圖像，失敗將返回-1 ，若函數成功調用，便開始一幀圖像數據的截取，并將當前幀號按緩沖區總幀數的模加上1，為下一幀截取作準備。然后調用 ioctl(fd，VIDIOCSYNC，&frame) 函數，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 v41_frame_grab()是mmap內存映射方式捕捉視頻數據的具體實現，每次采集一幀YUV420P格式的原始圖像數據。在使用雙緩沖區輪換采集時，對于每個緩沖區進行連續幀采集，通過外加循環控制對攝像頭幀緩沖區采集的次數來實現，以達到提高效率的目的[6]。

　　在此基礎上也可實現連續幀的采集，Video4Linux最多支持一次采集32幀，首先需要設置采集的幀數 camera_buf.frame，并將data+camera_mbuf.offsets[frame] 定義每一幀數據在內存中的起始位置，利用 ioctl(fd，VIDIOCGMBUF，&camera_mbuf) 便可獲得camera_mbuf 的信息。除此之外還要設置數據緩沖區的大小，然后利用 ioctl VIDIOCMCAPTURE 操作進行數據的連續采集，直到緩沖區中的剩余空間無法保存一個完整的數據幀。當緩沖區中沒有可利用的空間時，系統調用 ioctl VIDIOCSYNC 來檢查視頻采集過程是否完成。若完成時，應用程序為數據幀分配地址，使緩沖區的數據幀可被安全用于其他進程。

　　4. 關閉視頻設備

　　在采集完成后，需要關閉設備，并收回系統資源。如果是采用內存映射方法進行視頻采集，在系統任務完成后必須用munmap 函數關閉映射內存，close函數可關閉視頻設備文件。

　　5 視頻采集系統的多線程設計

　　在采集和處理模塊的設計中創建圖像采集和圖像處理兩個線程，并開辟兩個緩沖區輪換采集圖像幀，以便解決視頻采集模塊與編碼模塊的同步。在采集程序寫滿緩沖區1 后，改變線程等待條件，釋放被阻塞的圖像處理線程對該緩沖區數據進行編碼輸出。同時采集線程轉到緩沖區2，若此時圖像處理線程已完成對緩沖區 2 的處理，則將采集獲得的幀圖像覆蓋，保存至緩沖區 2，否則阻塞。兩個緩沖輪流使用，不丟棄任何幀，并且圖像采集與處理同步進行，提高了效率。

　　6 結論

　　本文給出了遠程監控系統中視頻采集技術的分析和研究并得到實驗結果。S3C2440 處理器USB Host控制器兼容USB1.1標準，支持低速 1.5Mbps 和全速12Mbps USB 設備。實驗表明，視頻采集程序對 CIFQVGA 格式的圖像采集效率最高，采集速率分別達到 9fps ，12fps以上，接近全速模式下的極限速率。對 QCIF格式的圖像采集效率較低，距離 USB1.1全速傳輸的理論值相差較遠，這既與攝像頭的硬件特性有關(包括圖像傳感器的特性以及 DSP 橋接芯片對圖像格式的處理) ，也與驅動程序的實現有關。不過單從采集幀速率上看，9fps 的CIF 采集速度和24fps的QCIF采集速度己經可以滿足一般嵌入式實時應用的要求。