第21卷 第2期郑州轻工业学院学报(自然科学版)Vol.21 No.2 2006年5月JO URNAL O F Z HENGZHOU UNIVERSITY OF LIG HT INDUSTR Y (Natural Science)M ay 2006收稿日期:2005-11-23基金项目:河南省杰出人才创新基金项目(0321000300)作者简介:苏日建(1970 ),男,山东省日照市人,郑州轻工业学院实验师,硕士研究生,主要研究方向:嵌入式系统.文章编号:1004-1478(2006)02-0061-03基于S3C2410的嵌入式远程实时图像采集系统设计苏日建, 黄布毅, 李银华(郑州轻工业学院电气信息工程学院,河南郑州450002)摘要:设计了一种基于32位嵌入式处理器、可应用于家庭的远程图像采集和监控的远程实时图像采集系统.系统由ARMS3C2410微处理器、USB 接口控制器AU9254A21、数字摄像头WebEye V3000以及相应的采集、处理软件等构成.通过软硬件相结合的方法,特别是在满足功能需要的情况下尽可能地使用软件实现图像压缩等功能,使系统的开发成本大大降低.关键词:嵌入式系统;远程;实时图像采集;ARM Linux 中图分类号:TP391 41 文献标识码:ADesign of remote embedded image acquisition systemin real time based on S3C2410SU Ri jian, HUANG Bu yi, LI Yin hua(Colle ge of Electr.I n f or.En g.,Zhen gz hou Univ.o f Light Ind.,Zhen gzhou 450002,China)Abstract:A remote e mbedded image acquisition system in real time was designed.The system could be applied to remote image acquisition of household.I t consisted of ARMS3C2410MC U,USB interface chip AU9254A21,WebEye V3000and software of acquisition and compression.A method of combining software and hardware made the price declining sharply,especially when the method of software image c ompression was used in this system.Key words:e mbedded system;remote;image acquisition in real time;ARM linux0 引言随着计算机技术的发展,嵌入式系统已逐渐成为后PC 时代的主导,特别是32位嵌入式处理器的出现,使得一些基于PC 的应用[1]也得以在嵌入式系统上实现.图像采集系统正从模拟采集向数字采集发展,其中的嵌入式图像采集系统由于其优越的性能越来越受到人们的关注[2].对于像家庭视频监控这样的应用,不需要那么多的功能,只要简单的视频采集、传输和显示就够了,体积也要尽可能的小.正是基于这种考虑,笔者设计了一种基于以太网的嵌入式视频监控系统,该系统具有视频图像采集、压缩、传输和存储等功能,非常适宜家庭图像的监控.1 系统的基本构成图像采集系统主要由4部分构成,分别为图像采集、图像压缩、图像传输和图像显示.图像采集部分由数字摄像头、USB 通道和嵌入式处理器构成,其中数字摄像头用来完成图像数据的采集,USB 通道将数据传送至主处理器进行处理;图像压缩部分主要由软件完成,将B MP 格式的图像数据通过JPEG 算法压缩为JPEG 格式的图像数据;图像传输部分则完成图像数据由本地向远程的传输;图像显示部分可将采集到的图像数据在远程浏览器上显示出来,供用户浏览、保存、编辑等[3].系统结构框图如图1所示.图1 系统结构框图2 硬件设计及环境搭建系统通过WebEye V3000数字摄像头捕获图像,通过USB 接口控制芯片AU9254A21连接到基于ARM920T 核的处理器Samsung S3C2410,主处理器将拍摄到的图像压缩后,通过Internet 传输到远程的计算机上.系统硬件结构示意图如图2所示.图2 系统硬件结构示意图3 系统的软件设计与实现系统的软件部分主要由摄像头的驱动软件、图像采集软件、图像压缩软件和图像显示软件4部分构成.摄像头的驱动软件使摄像头可以在AR M Linux 下正常地工作;图像采集软件完成图像的捕获并保存成BMP 文件;图像压缩软件将捕获到的图像压缩为JPEG 格式文件;图像显示软件可以使压缩后的文件经Internet 传输至远程计算机上并显示出来.3.1 操作系统及Web Server 的移植基于ARM920T 核Samsung S3C2410可以支持的常用操作系统有WinCE 和ARM linux,在本系统中为了降低成本,选用开放源代码的ARM Linux.选用开源操作系统的好处是,一则可以省去使用许可证的费用,二是由于源代码的开放,用户可以根据需要对内核及应用程序进行裁剪,使其更适合于欲开发的系统,并且也更容易发现系统及应用软件中的B UG,其移植过程如下.3.1.1 安装交叉编译工具链 在嵌入式系统的开发中,由于系统本身的资源限制,不得不在PC 或工作站上建立一个编译环境,实现对目标板上程序的编译、链接,然后再下载到目标板上运行.所以说交叉编译工具链是整个系统移植和开发的基础工具,交叉编译工具链安装正确,可以加快系统开发的速度.主要有如下几步:mkdir -p /usr/local/arm 为交叉编译工具链建立目录tar jxvf cross-2.95.3.tar.bz2解交叉编译工具压缩包mv 2.95.3/usr/local/arm 将2.95.3移至目标目录export PATH=S |PATH:/usr/local/arm/2.95.3/bin 建立搜索路径3.1.2 编译ARM Linux 内核 ARM Linux 内核的编译决定系统可以支持的设备,以及可以完成的系统调用的功能,因此对它的设置和编译也是非常重要的,内核的编译主要包括配置内核、编译内核、产生镜像.make menuconfig 选择配置和模式make dep 建立依赖make zImage 制作镜像文件3.1.3 生成文件系统 嵌入系统可以支持的文件系统很多,常见的有romfs,cramfs,Jff2,yaffs 等.本系统中主要用到的文件系统是cramfs,其中ra mdisk 用来存放采集的B MP 图像和压缩后的JPEG 图像,cra mfs 则存放Web Server 等应用程序.下面是从已有的cra mfs 文件系统的镜像文件添加新的应用程序的生成过程.1)mount-o loop cramfsfile directory 2)tar -zcvf compressfile directory 3)un mount directory 4)rmdi r directory 5)tar zxvf compressfile 6)修改相应的文件7)mkcramfs directory3.1.4 Web Server 的选择及移植 因为采集的图像需要在远程的计算机上浏览,因此必须移植相应的Web Server 才能实现在浏览器上浏览采集的图像.在Linux 下可以使用的Web Server 很多,如boa,62 郑州轻工业学院学报(自然科学版)2006年Apache,thttpd,NCSA等,但可移植到嵌入式系统下的一般是boa和thttpd,在此选择的是用得较多的boa,在移植时需要注意的有以下几点:1)交叉编译工具的选择.boa使用configure配置完成以后,在编译时工具要设置为arm linux gcc.2)ServerRoot的定义.在编译boa之前要指定出boa.conf所在的路径,修改源文件中的defines.h即可.3)boa.conf配置.为使Web Server正常运行,必须对boa.conf文件进行配置,主要是指定错误日志文件存放的目录(必须为可读写)、HTML及CGI文件的目录等.4)temp目录的属性设置.在编译boa以前要对其所使用的临时目录进行设置,必须将其设置在可读写的ra mdisk或其他可读写的文件系统上,并且是boa执行用户可读写的目录.3.2 单帧图像采集程序的设计在USB摄像头驱动设计好后,编写图像采集程序则是系统的主要工作.在本系统中主要调用了Video for Linux中的一些接口函数,有以下几部分:1)dev=open(ope ca m,O RDW R)打开视频捕获设备;2)ioctl(dev,VIDI OCGCAP,&vid caps)获取该视频设备的相关性能;3)ioctl(dev,VI DIOC GC HAN,&vid chnl)获取摄像头通道的相关参数;4)ioctl(dev,VIDIOCGFB UF,&vid buf)获取帧缓冲的属性;5)ioctl(dev,VI DIOC GPICT,&vid pi)获取图片采集的设置;6)ioctl(dev,VIDIOCSPIC T,&vid pic)设置图片采集的相关参数,包括颜色深度、调色板类型、亮度、对比度等;7)ioctl(dev,VIDIOCSWI N,&vid win)设置图像采集的视区参数;8)ioctl(dev,VIDI OC MC APTURE,&vid mmap)开始俘获一帧;9)fwrite(m buf,1,230400,p)采集的数据存入文件[4].3.3 图像的压缩将B MP格式的图像压缩成JPE G格式的基本过程如下:1)首先将320!240的图像,分为8!8的图像子块,然后进行DC T变换;2)DCT系数的量化,采用JPE G标准中提到的量化系数表;3)数据进行可变长度霍夫曼编码.[5 8]3.4 图像的显示显示程序部分主要是通过CGI编程,调用相应的图像的链接来实现的.这一部分的实现相对简单,过程如下:1)printf(∀content-type:text/h tml%c%c∀,10,10)输出一个HTTP协议头2)printf(∀<img border=\∀1\∀src=\∀/dd.jpg\∀width =\∀320\∀height=\∀240\∀/>∀)显示采集的图像4 结论通过本系统的研究可以发现,对于基于ARMS3C2410核的32位嵌入式系统,特别是像基于ARM920T核的S3C2410这样的高端处理器,完全适合于进行远程图像监控系统设计.实现该系统可以通过互联网监控互联网所能到的任何地方,并且由于使用嵌入式系统,系统体积小巧,功能简化,而且选用开放源代码的操作系统ARM Linux和网页服务器Web Server,且由于处理器的高性能,图像压缩等工作都使用软件实现,使系统的开发成本大大降低.参考文献:[1] 朱瑞,杨磊.嵌入式图像采集系统及软件[J].今日电子,2004,(4):25 28[2] 李绍民,滕国库.嵌入式图像采集系统的硬件设计[J].大连海事大学学报,2004,30(2):42 46[3] 姚聪,方勇,汪敏,等.基于ARM的嵌入式图像采集处理系统及其无线传输[J].电子技术,2003,(11):3134[4] Alan Cox.Video4Linux Programmin g[EB/OL].http:#,2000-06-20[5] 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