【正文】 色飽和度、對比度、邊緣增強以及伽馬矯正等先進的影像控制技術(shù)，搭配 COMS 感光芯片使各項技術(shù)指標(biāo)都能與 CCD 芯片相媲美，因此，完全可以滿足后面系統(tǒng)圖像識別報警處理以及實時監(jiān)控的需要。訪問時，用 open()打開設(shè)備 /dev/video0 即可。 struct video capability capability。 /*取得設(shè)備文件的相關(guān)信息 */ int v41get_pictwe(video_ device *vd)。 v41get capability()函數(shù)通過調(diào)用 ioctl()函數(shù)來取得設(shè)備文件的相關(guān)信息，并將取得的信息放到 video capability 結(jié)構(gòu)里。 實現(xiàn)這種自動 監(jiān)控系統(tǒng)的圖像識別算法通常有三種 : (1)幀間相減技術(shù)。 圖 4. 4 基于邊緣的背景去除算法的流程圖 19 對圖像的邊緣提取是采用 Sobel算子來完成， Sobel算子很容易在空間上實現(xiàn)，而且可以產(chǎn)生較好的邊緣檢測效果 ，受噪聲的影響也比較小。此算法來去除實時圖像中的背景是簡單而高效的，非常適用于實時處理。 DSP 設(shè)備 open 以后，通過 audio setupse buf()創(chuàng)建 DMA 緩沖區(qū)。如將 wave 文件復(fù)制給 DSP 設(shè)備，就可以聽到聲音， wave 文件是一種非壓縮的音頻數(shù)據(jù)格式，它有一個標(biāo)準(zhǔn)的文件頭，它一記錄了音頻的采樣格式，通道數(shù)等信息，但使相對于后面的音頻數(shù)據(jù)，這個頭很小，通過 cp 命令播放時作為開頭的一點點噪聲忽略了。無線信道的帶寬資源是一種稀有資源，而原始數(shù)字視頻信號又具有海量數(shù)據(jù)的特點，因此極低比特率視頻壓縮編碼方法是需要首先解決的問題。而 MPEG4 標(biāo)準(zhǔn)是目前比較成熟的適于無線信道傳輸?shù)膲嚎s標(biāo)準(zhǔn)，首先， Mpeg4 有很高的壓縮比，對傳輸速率要求較低，在 ^39?？梢哉f， MPEG4 的出現(xiàn)，促進了含有視頻流內(nèi)容的移動式產(chǎn)品的發(fā)展。如果關(guān)鍵幀之間的畫面變化很大，則會浪費寶貴的空間在 PFrame 上，而加入把變化很大的那一幀記錄在關(guān)鍵幀里，那么由于后續(xù)的幀不再有更大的變化，就可以節(jié)省 P 幀所需的空間。對畫面逐幀進行運動偵測，以及對全片段的運動偵測結(jié)果進行分析后，重新以曲線平衡分配每一幀的量化幅度，以實現(xiàn)需要高碼流的運動畫面可以分配更多空間、更高的碼流、更低的量化幅度來保持畫面的細(xì)節(jié) 。 由于其良好的容錯機制，使得視頻流在信道傳輸后，解碼的質(zhì)量得到保證。 .BVOP(BidirectionallyPredicted VOP)，它同時采用前面和后面的 IVOP 或 24 PVOP 作基準(zhǔn)，進行運動補償預(yù)測編碼。數(shù)字視頻信號通過無線信道有效傳輸成為實現(xiàn)未來通信的關(guān)鍵技術(shù)之一。//緩沖區(qū)總數(shù) dmach t dma ch。 DSP 設(shè)備驅(qū)動包括的方法主要有open, write,read, release, ioctl, poll。對圖像中的每一個像素值 m為 255 的點，取其周圍八個像素點的平均值 m，滿足下式 : 20 即如果 m=255/4，那么就認(rèn)為這個點是離散的。 基于邊緣的背景去除算法的原理與實現(xiàn) 基于邊緣的背景去除算法首先要在監(jiān)控范圍內(nèi)將目標(biāo)從背景中提取出來，因此背景的去除在整個處理中十分重要，由于背景圖像是靜止的，用實時圖像與背景圖像相減即可濾掉背景而只保留圖像變化信息，不過由于光照情況時刻都在變化，背景圖像也跟著變化，因此做差所用的背景圖像也必須 實時進行更新。能夠?qū)崟r對闖入監(jiān)控范圍的內(nèi)的對象進行判斷 。 (2 ) v41get 一 capability()函數(shù) int v41}et capability(video device *vd) if (ioctl(vdfd} VIDIOCGCAP, amp。/*雙緩沖 */ 15 }video_ device。length為映射到內(nèi)存的文件大小 。但是，目前 V4L2仍然沒有集成到 Linux 的內(nèi)核中，因此，本系統(tǒng)的視頻采集開發(fā)仍然是基于 V4L的。為應(yīng)用程序提供訪問接口。下面介紹以太網(wǎng)調(diào)試步驟 : 先在目標(biāo)板端啟動 gdbserver cd /bin gdbserver :7070 test 這里 test 為用戶應(yīng)用程序可執(zhí)行文件名且已燒制在板子 /bin 目錄下， 7070 為TCP 端口號，宿主機 通過這個端口與板子建立調(diào)試通道。由于嵌入式 Linux 開發(fā)平臺提供的工 ibc 庫同標(biāo)準(zhǔn)的 libc 庫有一些不同，在程序移植時可能會有函數(shù)未定義的問題。 armlinuxgcc 的使用方法同標(biāo)準(zhǔn) gcc 基本一樣，可以參考 GUN 的 gcc 文檔。這些程序是不具備通用性的，需要專門開發(fā)。而更大的影響在于它正逐漸的應(yīng)用于嵌入式設(shè)備。 (5)采用先進 MPEG4 視頻壓縮方式，適合無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男枰?。這種模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以降低硬件調(diào)試難度，同時也是基于硬件平臺的可重用性考慮。 ARM 體系的設(shè)計是基于 RISC 思想的，其代碼密度性能介于其他多數(shù) RISC微處理器和 CISC 微處理器之間。其中軟件層完成監(jiān)控系統(tǒng)的視頻圖像，音頻數(shù)據(jù)的采集壓縮，識別報警等功能，并為構(gòu)建流媒體服務(wù)器實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議 。對于已經(jīng)建好的系統(tǒng)，如要增加新的監(jiān)控點，工程繁瑣復(fù)雜，新的設(shè)備也很難添加到原有的系統(tǒng)之中 。面向 21 世紀(jì)的嵌入式系統(tǒng)要求配備標(biāo)準(zhǔn)的一種或多種網(wǎng)絡(luò)通信接口，如 IEEE1394,USB, CAN, IrDA 或 Bluetooth, GPRS 等無線網(wǎng)絡(luò)接口，同時也需要提供相應(yīng)的通信組網(wǎng)協(xié)議軟件和物理層驅(qū)動軟件，在這樣的趨勢下，嵌入式Inter (Embedded Inter )技術(shù)應(yīng)運而 生。嵌入 式 Inter 帶來的不僅是傳輸方式的改變，更重要的是拓寬了傳統(tǒng)設(shè)備信息交流的范圍。前者技術(shù)發(fā)展已經(jīng)非常成熟、性能穩(wěn)定，并在實際工程應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用 。一般的嵌入式實時操作系統(tǒng)都支持上述 微處理器。減少門的翻轉(zhuǎn)次數(shù)，當(dāng)某個功能電路不需要時，禁止門翻轉(zhuǎn) 。 (3)圖像壓縮模塊。所有這些好處，再加上價格優(yōu)勢，使得 Linux 成為嵌入式操作系統(tǒng)的一個出色的解決方案。 (2)免費，可以極大幅度地降低產(chǎn)品成本，在價格上面擁有優(yōu)勢，只要不違反 GPL 協(xié)議，就可以自由發(fā)布和使用軟件。 3. 2. 1 GNU開發(fā)工具集 交叉編譯環(huán)境的建立 最重要的就是要有一個交叉編譯器。 (1)安裝 RedHat 。要求宿主機安裝了 NFS (2)在宿主機 上編寫應(yīng)用程序，并進行交叉編譯，生成可執(zhí)行的文件。 第四章視頻數(shù)據(jù)采集與處理 視頻數(shù)據(jù)的采集是監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)的第一步，也是圖像識別和視頻壓縮的基礎(chǔ)。 在 Linux 下，對驅(qū)動程序的編譯添加一般有兩種方式 [14]。 利用 V4L 對 USB 攝像頭的編程需要 Li~下兩個系統(tǒng)調(diào)用，分別是 ioctl()調(diào)用和 mmap()調(diào)用。/*設(shè)備的基本信息 */ struct video_picture picture。 /*取得輸入到攝像頭的影像信息 */ int v41_ set}alette(v4ldevice *vd, int palette)/*設(shè)置采集圖片格式 */ int v41_grab_ init(v41_ device *vd, int width, int height)。 v41_getpicture()與此類似。幀間相減技術(shù)較為簡單，它的原理是系統(tǒng)首先獲得外部靜態(tài)環(huán)境的原始圖像，當(dāng)監(jiān)控啟動后，在一定間隔內(nèi)采集一幅圖像與原始圖像進行像素值比較，設(shè)定一閡值，當(dāng)超過它時表明有物體進入觀察區(qū)域，通過調(diào)整閉值的大小來改變報警的級別。這里采用圖 中的兩個 Sobel算子模板分別計算每一個像素點的梯度值。 4. 2. 3 語音采集與報警的實現(xiàn) 在面向多媒體的嵌入式處理器中，大多帶有音頻總線控制器，例如 PXA255。其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計如下 : typedef struct{ int size。所以，當(dāng)報警被觸發(fā)時，調(diào)用命令 cp /dev/sound/dsp,可實現(xiàn)聲音的回放。 (2)對信道抗誤碼能力高。 64Kbps 之間。 4. 3. 2. 4 Xv i D 編碼器 在幾種開放源代碼的 MPEG4 編碼軟件中，選擇 xvidcore 作為本系統(tǒng)中視頻圖像壓縮模塊中的核心算法。因此，根據(jù)畫面鏡頭切換和運動幅度來變換關(guān)鍵幀的位置，有利于畫面質(zhì)量的提高。 (3)運動偵測 C Motion Seach )和曲線平衡分配 (Curve )。抗誤碼工具包括再同步，數(shù)據(jù)恢復(fù)和誤差隱藏，且這些工具在 MPEG4 均得到了進一步優(yōu)化。 .PVOP(Predicted VOP)，它采用上一個 IVOP 或上一個 PVOP 來進行運動補償預(yù)測。 無線信道對視頻信號的要求 無線通信技術(shù)擺脫了有線的束縛，成為追求自由通信的重要手段。//緩沖區(qū)大小 u int nbfrags。 21 圖 4. 8 工 2S 總線上標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀格式 UDA 1341 TS 驅(qū)動程 序采用 Linux 上的音頻編程接口 OSS ( Open Sound System ) o 在音頻驅(qū)動初始化的過程中，使用 register sound dsp()函數(shù)將音頻設(shè)備注冊為設(shè)備文件 /dev/dsp o int register soundes dsp(struct file operations *fops,int dev) 參數(shù) fops 指定了設(shè)備驅(qū)動程序的操作方法， dev 是設(shè)備的編號，如果是一 1，則系統(tǒng)會自動分配一個未使用的音頻設(shè)備編號。因此，可以通過判斷圖像中的白點是否離散確定噪聲點。 由于檢測算法是在嵌入式平臺上運行，因此算法不能過于復(fù)雜，所以這里結(jié)合 (1) (3)兩種方法，提出基于邊緣的背景去除算法。這部分需要對監(jiān)控范圍內(nèi)的對象變化進行判斷，因此要滿足如下要求 : (1)實時性好。 } 這里先定義了常量 DEFAULT DEVICE，作為默認(rèn)的視頻設(shè)備，當(dāng)應(yīng)用程序輸入的 dev 設(shè)備文件參數(shù)不存在時，就使用“ /dev/video0”這個默認(rèn)值，設(shè)備文件開啟后，將回傳的文件描述符放到 vdfd 里。 int framestat[2]。start 指向欲對應(yīng)的內(nèi)存起始地址 ?，F(xiàn)在己經(jīng)有了 Video for Linux Two 驅(qū)動，即V4L2，它解決了 V4L 中存在的一些問題，并提高了硬件性能。USB 設(shè)備端驅(qū)動是最終與應(yīng)用程序交互的軟件模塊，向應(yīng)用程序屏蔽了硬件實現(xiàn)了的細(xì)節(jié)，使得應(yīng)用程序可以像操作普通文件一樣來操作外部設(shè)備，即可以使用和操作文件中相同的、標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)調(diào)用接口函數(shù)來完成對硬件設(shè)備的打開、關(guān)閉、讀寫和 I/O 控制操作。首先需要在板子上移植 gdbserver，才支持通過以太網(wǎng)或串口遠(yuǎn)程調(diào)試。移植的工作要解決一個函數(shù)庫的問題。 表 3. 2 GNU 工具集 9 其中主要組件包括 : (1) armlinuxgcc: ARM 交叉編譯器，可以以交叉編譯的形式開發(fā)目標(biāo)應(yīng)用程序，即在宿主機上開發(fā)編譯可在目標(biāo)上運行的二進制文件。對于具體的應(yīng)用還需要開發(fā)具體的啟動程序、設(shè)備驅(qū)動程序和上層應(yīng)用程序。它原本被設(shè)計為桌面系統(tǒng)，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于服務(wù)器領(lǐng)域。 (4)圖像識別報警功能采用基于邊緣檢測的背景去除算法，對異常情況識別準(zhǔn)確率高 。本系統(tǒng)的 GPRS 應(yīng)用設(shè)計采用的方式是將 GPRS 模塊獨立設(shè)計，與嵌入式硬件平臺通過 DART 接口經(jīng) 電平轉(zhuǎn)換后的 RS232 接口相連。指令長度固定。根據(jù)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的特點構(gòu)建系統(tǒng)總體框架如下 : 3 圖 2. 1 監(jiān)控系統(tǒng)總體框架設(shè)計 整個無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)由嵌入式微處理器系統(tǒng)和被控對象組成，嵌入式微處理器系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的核心，由硬件層、中間層、軟件層和功能層組成。 (2)系統(tǒng)的擴展能力差。 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展離不開通信和網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的支持，嵌入式設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)成為必然趨勢。通過 Inter，任何地點，任何時間，任何兩個設(shè)備的信息交換都將成為可能，從而真正步入了“信息化”社會。后者是新近崛起的以計算機技術(shù)及圖像視頻壓縮為核心的新型視頻監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)解決了模擬系統(tǒng)部分弊端而迅速崛起，但仍需進一步完善和發(fā)展。 ARM 公司是一家 IP 供應(yīng)商，其核心業(yè)務(wù)是 IP 核以及相關(guān)工具的開發(fā)和設(shè)計。減少門的數(shù)目，即降低芯片的集成度 。該模塊用于完成對圖像數(shù)據(jù)的壓縮處理，讀取由視頻采集模塊產(chǎn)生的緩沖區(qū)數(shù)據(jù)，對其進行壓縮處理后再以文件的形式保存或者將壓縮數(shù)據(jù)放入緩沖區(qū)供其它模塊使用。 嵌入式 Linux操作系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計算機理論為基礎(chǔ)，軟件硬件可裁剪，適應(yīng)系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計算機系統(tǒng) [6]。 (3)代碼開放，可以免費獲得，有利于后來者學(xué)習(xí)，縮短開發(fā)過程。本系統(tǒng)開發(fā)用到的編譯器是 ~linuxgcc，它是 gcc 的 ~改版。需要 選擇定制 (custom)安裝，并且在定制時選擇NFS(網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng) )和 dialup workstation(撥號工作站 )。交叉編譯可以用命令行的方式，如果有多個源文件，則可以通過編寫 Makefile 來進行編譯； (3)將編譯好的