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。

　　圖1硬件平臺結構圖

　　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。www.51kaifa.com

　　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#include《linux/videodev.h》。www.51kaifa.com

　　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（fd《0）;

　　{

　　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）;www.51kaifa.com

　　//判斷是否獲取成功

　　程序詳細流程如下：

　　圖2圖像采集程序流程

　　成

　　網眼V3000攝像頭支持depth=24，palette=VIDEO_PALETTE_RGB24，輸出圖片為BMP格式，因此在程序中需要對BMP的格式進行定義。

　　BMP格式包括位圖文件頭：struct tatBITMAPFILEHEADER

　　位圖信息頭：struct tagBITMAPINFOHEADER

　　彩色表：struct tagRGBQUAD，

　　需要說明的是，BMP格式的圖像數據陣列存儲的掃描行是由下往上存儲的，即圖像第一個像素在左下角，最后一個像素在右上角，因此在讀取的時候要注意。

　　（1）用read（）方法獲取圖片，將圖片數據直接讀到用戶內存空間，然后寫入文件。

　　read（fd，data，size）; //將fd所指位置size大小的數據讀寫到data內存空間

　　fwrite（&bf，14，1，fp）; //BMP文件頭信息寫入文件

　　fwrite（&bi，40，1，fp）; //BMP位圖信息頭信息寫入文件

　　fwrite（buffer，ImageSize，1，fp）; //圖片寫入文件

　　（2）用mmap（）內存映射方法，需要ioctl（fd，VIDIOCGMBUF，&mbuf）獲取緩沖區的幀信息，調用mmap（）函數把設備文件映射到內存區，這樣就可以把讀到的信息，讀寫到文件里。內存映射法加速了I/O的訪問速度，它使得各進程指向一塊共享內存空間，各進程可以隨時進行訪問，因此內存映射獲取圖片的方法速度要比read（）方法快一些。

　　//設置圖像水平和垂直分辨率及、彩色顯示格式

　　vmmap.height=height;

　　vmmap.width=width;

　　vmmap.format=VIDEO_PALETTE_RGB24;

　　//調用mmap進行內存映射

　　buffer=mmap（0，buf.size，PORT_READ|PORT_WRITE，MAP_SHARD，fd，0）;

　　picture.depth=24;

　　ioctl（fd，VIDIOCSPICT，&picture）

　　//采集圖像

　　if（ioctl（fd，VIDIOCMCAPTURE，&vmmap）《0）

　　{ www.51kaifa.com

　　perror（“VIDIOCMCAPTURE”）;

　　return 0;

　　}

　　//判斷采集是否完成

　　if （ioctl（fd，VIDIOCSYNC，&buf）《0）

　　perror（“VIDIOCSYNC”）;

　　4 總結

　　在圖像采集過程中，因為BMP格式的特殊原因，用read（）方法采集圖片是倒立的，因為其掃描行是自下往上存儲，因此在將圖片寫入文件時，可以自下往上寫入，讀出來的圖片將是正立的；或者另行編寫代碼將BMP文件轉過來。具體方法可以參考BMP文件格式。完成圖像采集工作后，配上無線上網設備，將圖片傳至Internet，將形成一個實時監控系統或者遠程數據采集系統，可擴展到較廣的應用范圍。

　　本文作者創新點：基于無MMU的ARM7的數據采集應用較少，大部分相關開發都是建立在高端的ARM9基礎上。建立節約型社會的今天，能使用規格和價格較低的設備開發同樣的產品，也讓其有較廣的應用前景和市場。