【正文】 ......................................... 12 MINI2440 開(kāi)發(fā)板介紹 ............................................................................. 12 S3C2440 介紹 ....................................................................................... 12 接口資源介紹 ....................................................................................... 13 5 嵌入式 Linux 系統(tǒng)構(gòu)建 ............................................................................ 19 開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建 ....................................................................................... 19 4 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) .................................................................................. 22 嵌入式系統(tǒng)的選擇 .................................................................................... 23 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡在 Linux 系統(tǒng)下的驅(qū)動(dòng) .......................................................... 24 視頻采集實(shí)現(xiàn) ............................................................................................. 26 視頻采集流程 ....................................................................................... 26 UVC 驅(qū)動(dòng)框架 ...................................................................................... 28 MPEG4 編解碼模塊 ................................................................................ 31 MPEG4 編碼器應(yīng)用程序接口 ............................................................. 32 5 結(jié) 論 .......................................................................................... 35 參 考 文 獻(xiàn) ........................................................................................ 36 附錄 A .................................................................................................. 37 致 謝 .............................................................................................. 39 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 引 言 本文首先對(duì)視頻傳輸系統(tǒng)的發(fā)展歷程、嵌入式技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和前景做了介紹 ， 提出利用嵌入式技術(shù)和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)解決視頻傳輸是符合信息社會(huì)發(fā)展的時(shí)代要求 ； 然后明確了系統(tǒng)所需要完成的基本功能 ， 確定了整個(gè)系統(tǒng)的總體方案 ， 按照業(yè)務(wù)流程將系統(tǒng)劃分為視頻采集模塊、視頻編解碼模塊、無(wú)線(xiàn)傳輸模塊等重要功能單元。所以開(kāi)發(fā)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或多點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)擴(kuò)頻實(shí)時(shí)視頻圖像傳輸系統(tǒng)有很高的實(shí)用價(jià)值。 視頻傳輸?shù)膭?dòng)態(tài)發(fā)展情況 視頻傳輸系統(tǒng)的功能是能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行視頻采集并傳輸?shù)斤@示設(shè)備中 ， 自從攝像機(jī)、電視機(jī)等出現(xiàn)后 ， 最初的視頻傳輸系統(tǒng)也隨之出現(xiàn)。在這一代視頻傳輸系統(tǒng)中 ， 將各個(gè) 攝像機(jī)獲得的視頻信號(hào)首先利用專(zhuān)用的壓縮設(shè)備進(jìn)行視頻壓縮 ， 然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)到一個(gè) PC 機(jī)或工業(yè)計(jì)算機(jī)上 ， 在這臺(tái)作為核心的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行視頻解壓 ， 提供視頻傳輸服務(wù)。但是這種應(yīng)用方案的缺點(diǎn)也是很明顯的 ， 由于圖象壓縮與解壓縮采用的是專(zhuān)用的視頻卡 ， 這使得視頻前端的圖像信號(hào)的采集、壓縮、通訊過(guò)于復(fù)雜 ， 穩(wěn)定性、可靠性不高 ， 而且成本較高。系統(tǒng)功能組成結(jié)構(gòu)如圖 所示。 （ 1） 成本廉價(jià) ： 有線(xiàn)通信方式的建立必須架設(shè)電纜，或挖掘電纜溝，因需要大量的人力和物力；而無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸方式則無(wú)需架設(shè)電纜或挖掘電纜溝，只需要在每個(gè)終端連接無(wú)線(xiàn)數(shù)傳電臺(tái)北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 和架設(shè)適當(dāng)高度的天線(xiàn)就可以了，比如無(wú)線(xiàn)針孔攝像頭。然而，有線(xiàn)傳輸則不存 在那些電路環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的問(wèn)題。 ? 視頻傳輸模塊 視頻傳輸系統(tǒng)采用了 Cardbus 與 WLAN 技術(shù)結(jié)合的方案，即擴(kuò)展出一個(gè) Cardbus PC 卡接口，接入符合 IEEE 協(xié)議的 PC 卡，就可實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)無(wú)線(xiàn)傳輸 的功能。對(duì)于最終用戶(hù)來(lái)言 ， 最為關(guān)心的主要有 ： 清晰度、存儲(chǔ)量 (帶寬 )、穩(wěn)定性還有價(jià)格。 MPEG4 MPEG4 視頻壓縮算法相對(duì)于 MPEG1/2 在低比特率壓縮上有著顯著提高 ， 在CIF(352*288)或者更高清晰度 (768*576)情況下的視頻壓縮 ， 無(wú)論從清晰度還是從存儲(chǔ)量上都比 MPEG1 具有更大的優(yōu)勢(shì) ， 也更適合網(wǎng)絡(luò)傳輸。從理論上來(lái)說(shuō) ， 在相同畫(huà)質(zhì)、相同容量的情況下 ， 可比目前的 DVD 光盤(pán)多保存 2 倍以上時(shí)間的影像。 在嵌入式處理器的開(kāi)發(fā)板上把視頻采集的視頻進(jìn)行壓縮與解壓的技術(shù) ， 典型的解決方案 是 在嵌入式處理器上加上一塊視頻壓縮與解壓芯片 ， 實(shí)現(xiàn)視頻壓縮與解壓。除了最原始單重估定碼流壓縮 (1pass CBR)之外 ， XviD提供了包括 ： 單重質(zhì)量模式動(dòng)態(tài) 碼流壓縮、單重量化 (Quantization)模式動(dòng)態(tài)碼流壓縮、和包括外部控制和內(nèi)部控制的兩種雙重 (2pass)動(dòng)態(tài)碼流壓縮模式。 優(yōu)點(diǎn) ： ① 標(biāo)準(zhǔn)使用 的較低頻段 ， 使得符合該標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)可以達(dá)到一個(gè)較大的范圍 (通常室外可達(dá) 300m， 室內(nèi)可達(dá) 100m 左右 )。 (2)IEEE IEEE ISM頻段、數(shù)據(jù) 傳輸率達(dá)到 54Mb/s 的正交頻分復(fù)用 (OFDM)物理層。只有當(dāng) IEEE 標(biāo)準(zhǔn)處于“純 g模式”時(shí) ， 網(wǎng)絡(luò)客戶(hù)端與接入點(diǎn)之間的連接速度才能達(dá)到 54Mb/s， 一旦接入點(diǎn)中有 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)客戶(hù)端介入 ， IEEE 標(biāo)準(zhǔn)客戶(hù)端的連接速度立刻會(huì)下降到 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)同一水準(zhǔn)。它主要適用于自動(dòng)控制領(lǐng)域 ， 可以嵌入各種設(shè)備中 ， 同時(shí)支持地理定位功能。首先是將計(jì)算機(jī)芯片化，集成為單片微型計(jì)算機(jī) (SCMP)； 其后，為滿(mǎn)足對(duì)象體系的控制要求，單片機(jī)不斷從單片微型計(jì)算機(jī)向微控制器 (MCU)與片上系統(tǒng) (SoC)發(fā)展。 圖 是 SDRAM 原理圖。 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 圖 復(fù)位系統(tǒng)原理圖 USB 接口：本開(kāi)發(fā)板具有兩種 USB 接口，一個(gè)是 USB Host，它和普通 PC 的 USB接口是一樣的可以接 USB 攝像頭、 USB 鍵盤(pán)、 USB 鼠標(biāo)等常見(jiàn)的 USB 外設(shè)，另外一種是 USB Slave。 armlinuxgcc 的安裝步驟為： 1) 在 /usr/local/下建立交叉編譯器的安裝目錄 arm 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 sudo mkdir /usr/local/arm 2) 將下載的交叉編譯器包解壓到 /usr/local/arm 目錄下 sudo tar xjf armlinuxgcc C /usr/local/arm/ 3) 解壓成功后，修改 PATH 環(huán)境變量 sudo vim /etc/profile 4) 在文件為加入交叉編譯器 armlinuxgcc 所在的路徑 export PATH=$PATH:/usr/local/arm/5) 更新一下配置文件 /etc/profile source /etc/profile 6) 查看交叉編譯工具的版本信息，檢測(cè)是否安裝成功。 圖 視頻傳輸系統(tǒng)軟件模塊的整體框圖 (1). 引導(dǎo)加載程序 ： 固化在硬件 Flash 上的一段引導(dǎo)代碼 ， 用于初始化處理器、傳遞內(nèi)核啟動(dòng)參數(shù)給嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核 ， 使內(nèi)核按照我們的參數(shù)要求啟動(dòng)。就性能而言，它是非常優(yōu)秀的操作系統(tǒng)，具有可裁剪的微內(nèi)核結(jié)構(gòu)、高效的任務(wù)管理、靈活的任務(wù)間通信、微秒級(jí)的中斷處理，支持多種物理介質(zhì)及標(biāo)準(zhǔn)、完整的 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等。 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡在 Linux 系統(tǒng)下的驅(qū)動(dòng) 對(duì)于接入系統(tǒng)中的 USB 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡 ， 從 CPU 的角度來(lái)看首先是 USB 總線(xiàn) ， 然后才是網(wǎng)卡芯片 ， 所以說(shuō) USB 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序分為兩個(gè)部分 ： USB 主機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)程序(HostControllerDrivers)和 USB 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 (USBdevicedrivers)。另一個(gè)結(jié)北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 構(gòu)就是上面提到的 _devicc 結(jié)構(gòu) ， 它的定義在 (inclue/linux/)中。Linux 編程中，一般使用 ioctl 函數(shù)來(lái)對(duì)設(shè)備的 I/O 通道進(jìn)行管理。 4) 選擇視頻輸入 。 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 7) 將申請(qǐng)到的幀緩沖映射到 內(nèi)存。 命令為 VIDIOC_DQBUF。 unsigned int i。 if (mem != NULL) break。)。 [i]. = V4L2_FIELD_NONE。 = bufsize。 int ret = 0。 } if (i == || size != ) { ret = EINVAL。 } 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 vmavm_flags |= VM_IO。 size = vmavm_end vmavm_start。 done: return ret。 [i]. = 0。 i nbuffers。 goto done。 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 int ret。 命令為 VIDIOC_QBUF 11) 停止視頻的采集。傳統(tǒng)的文件訪(fǎng)問(wèn)方式， 首先 需要調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用 open 打開(kāi) 設(shè)備 文件 ， 然后 調(diào)用 read， write 以及 lseek 等進(jìn)行順序或者隨 機(jī)的 I/O 訪(fǎng)問(wèn)，效率非常低 的 ， 每一次 I/O 操作都需要一次系統(tǒng)調(diào)用 。 命令 VIDIOC_S_INPUT。 命令為 VIDIOC_STREAMON。 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在初始化時(shí) ， 調(diào)用系統(tǒng)函數(shù) register_dev()將自己的 _device 結(jié)構(gòu)加入到鏈表中 ， 因此鏈表中的每一個(gè)單元表示一個(gè)存在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。 USB 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序使 用下層驅(qū)動(dòng)提供的接口來(lái)訪(fǎng)問(wèn) USB 設(shè)備 ， 不需要關(guān)心傳輸?shù)木唧w細(xì)節(jié)。 (2)Windows CE 是微軟公司針對(duì)嵌入式設(shè)備開(kāi)發(fā)的 32 為、多任務(wù)、多線(xiàn)程的操作系統(tǒng)。 (3). 文件系統(tǒng) ： 包括根文件系統(tǒng)和建立于 Flash 內(nèi)存設(shè)備之上的文件系統(tǒng) ， 可以讓開(kāi)發(fā)人員靈活方便的管理系統(tǒng)。打印環(huán)境變量如下： baudrate=115200 bootargs=console=ttySAC0,115200 root=/dev/mtdblock3 rootfstype=yaffs2 bootcmd=nand read 30000000 kernel。 圖 USB 接口原理圖 網(wǎng)絡(luò)接口：本開(kāi)發(fā)板采用 DM9000 網(wǎng)卡芯片，它可以自適應(yīng) 10/100M 網(wǎng)絡(luò)， RJ45連接頭內(nèi)部已經(jīng)包含了耦合線(xiàn)圈，因此不必另接 網(wǎng)絡(luò)變壓器。 NAND Flash 不具有地址線(xiàn)，它有專(zhuān)門(mén)的控制接口與 CPU 相連，數(shù)據(jù)總線(xiàn)為 8bit，但這并不意味著 NAND Flash 讀寫(xiě)數(shù)據(jù)會(huì)慢。 S3C2440A 的突出特點(diǎn)是其處理器核心，是由 ARM 公司設(shè)計(jì)的 16/32 位 ARM920T 的 RISC 處理器。 ZigBee 技術(shù)是基于 的無(wú)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn) ， 該標(biāo)準(zhǔn)是一種經(jīng)濟(jì)、高效、低數(shù)據(jù)速率 (小于 250kb/S)、工作在 和 868(歐洲 )/928(美國(guó) )MHz 的無(wú)線(xiàn)技術(shù) ， 用于個(gè)人局域網(wǎng)和對(duì)等網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。 (3