【文章內(nèi)容簡介】 像屬性，設(shè)置圖像參數(shù)，捕捉圖像數(shù)據(jù)，都是通過 Video4Linux 借口標準調(diào)用驅(qū)動的相關(guān)函數(shù)完成的。 Servfox 流程圖 2 視頻流及攝像頭相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ) 8 8 圖 22 Servfox流程圖 Servfox 運行過程： 。 。 。 TCP 套接字服務(wù)端 ,為圖像數(shù)據(jù)發(fā)送線程做好準備 。 。 Servfox 采集數(shù)據(jù)端 Servfox,修改 Makefile 文件為 : CC= armlinuxgcc SERVFLAGS = O2DLINU X ( WARNINGS )I / home/ gongyaof ei/ linux2. 6. 15/ include 然后編譯文件 make, 在當前文件夾下就可以看到生成的可執(zhí)行文件 servfox, 把此可執(zhí)行文件拷貝到網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)下 / home/ 2440/bin, 在開發(fā)板中運行 servfoxd /dev/video0 g s 320x240 w 7070, 就可以看到如下的提示信息 : servfox version: 1. 1. 2 dat e: 07: 10: 2020 ( C) mxhaard @magic. fr Waiting. . . for connection. CT rl_c to stop ! ! ! ! 說明 servfox 已成功運行起來了。 Video For Linux 介紹 Video For Linux(簡 V4L)是 Linux中關(guān)于視頻設(shè)備的內(nèi)核驅(qū)動，它為針對視頻設(shè)備的應(yīng)用程序編程提供一系列接口函數(shù)，這些視頻設(shè)備包括現(xiàn)今市場上流行的 TV卡、視頻基于 ARM9 的四翼探測飛行器的設(shè)計與實現(xiàn) 9 9 捕捉卡和 USB攝像頭等。對于 USB口攝像頭，其驅(qū)動程序中需要提供基本的 I/O操作接口函數(shù) open、 read、 write、 close的實現(xiàn)。 當應(yīng)用程序?qū)υO(shè)備文件執(zhí)行讀操作時，內(nèi)核將調(diào)用 file_operations結(jié)構(gòu)中的 read函數(shù)。在系統(tǒng)平臺上對 USB口數(shù)碼攝像頭驅(qū)動，首先把 USB控制器驅(qū)動模塊靜態(tài)編譯進內(nèi)核，使平臺中支持 USB接口，再在需要使用攝像頭采集時，使用 insmode動態(tài)加載其驅(qū)動模塊，這樣攝像頭就可以正常工作了，接著進行了下一步對視頻流的采集編碼。程序中定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) : struct video_capability grab_cap。 struct video_picture grab_pic。 struct video_mmap grab_buf。 struct video_mbuf grab_vm； 這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都是由 Video4Linux支持的，它們的用途如下： ① video_capability 包含設(shè)備的基本信息（設(shè)備名稱、支持的最大最小分辨 率、信號源信息等） name[32] 設(shè)備名稱 maxwidth maxheight minwidth minheight Channels 信號源個數(shù) type 是否能 capture，彩色還是黑白，是否能裁剪等等。值如 VID_TYPE_CAPTURE等。 ② video_picture 設(shè)備采集的圖象的各種屬性 Brightness 0~65535 hue colour contrast whiteness depth 8 16 24 32 palette VIDEO_PALETTE_RGB24 | VIDEO_PALETTE_RGB565 VIDEO_PALETTE_JPEG| VIDEO_PALETTE_RGB32 ③ video_channel 關(guān)于各個信號源的屬性 Channel 信號源的編號 name tuners Type VIDEO_TYPE_TV | IDEO_TYPE_CCAMERA 2 視頻流及攝像頭相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ) 10 10 Norm 制式 PAL|NSTC|SECAM|AUTO ④ video_window 包含關(guān)于 capture area的信息 x x windows 中的坐標 . y y windows 中的坐標 . width The width of the image capture. height The height of the image capture. chromakey A host order RGB32 value for the chroma key. flags Additional capture flags. clips A list of clipping rectangles. (Set only) clipcount The number of clipping rectangles. (Set only) ⑤ video_mbuf 利用 mmap進行映射的幀的信息 size 每幀大小 Frames 最多支持的幀數(shù) Offsets 每幀相對基址的偏移 ⑥ video_mmap 用于 mmap 系統(tǒng)硬件平臺 天嵌科技 S3c2440 開發(fā)板（如圖 23 天嵌科技 S3c2440 開發(fā)板），其 CPU處理器使用 Samsung S3C2440，主頻 400 MHz，最高 533 MHz； 64 M SDRAM、 32 bit 數(shù)據(jù)總線、SDRAM 時鐘頻率 100 MHz； 256 M/1 GB Nand Flash，掉電非 易失、 2 M NorFlash，掉電非易失； 真彩 LCD，屏集成 4 線電阻式觸摸屏； 100 M 以太網(wǎng) RJ45 接口（采用DM9000 網(wǎng)絡(luò)芯片）、串行口、 USB Host、 USB Slave B 型接口、 SD 卡存儲接口、路立體聲音頻輸出接口，麥克風接口、 JTAG 接口、 4 USER Leds、 I2C 總線 AT24C08 芯片、20 pin 攝像頭接口；攝像頭用良田，兼容 SN9C20X 系列芯片的驅(qū)動。本系統(tǒng)的內(nèi)核中集成了該驅(qū)動。在 S3C2440 上對 Linux 內(nèi)核及根文件系統(tǒng)的移植并運行，則完成了嵌入式開發(fā)平臺的 搭建。其次，本文對系統(tǒng)的核心功能部分即應(yīng)用軟件部分進行了設(shè)計和實現(xiàn)，包括完成 Boa 服務(wù)器配置移植，外接 USB 攝像頭驅(qū)動和 WLAN 無線網(wǎng)卡驅(qū)動的開發(fā)和移植；利用 Video4Linux 提供的接口函數(shù)實現(xiàn)了攝像頭的圖像采集；設(shè)計了系統(tǒng)MPEG4 圖像采集和壓縮的具體編程流程，并實現(xiàn)了基于 MJPEG 的視頻壓縮；采用了 傳輸協(xié)議作為視頻數(shù)據(jù)流傳輸協(xié)議，并實現(xiàn)了視頻數(shù)據(jù)在無線局域網(wǎng)(WEAN)內(nèi)的實時性傳輸；利用 MJPEG 和 Servfox 實現(xiàn)了壓縮視頻數(shù)據(jù)的解碼播放。 基于 ARM9 的四翼探測飛行器的設(shè)計與實現(xiàn) 11 11 圖 23 天嵌科技 S3c2440開發(fā)板 3 系統(tǒng)文件移植 12 12 3 系統(tǒng)文件的移植 系統(tǒng)配置移植環(huán)境搭建 由于嵌入式系統(tǒng)軟件的開發(fā)特點，在進行軟件開發(fā)之前需要建立一個開發(fā)環(huán)境，包括開發(fā)主機的操作系統(tǒng)安裝，交叉編譯壞境對的建立等。一般在整個開發(fā)壞境中，需要Windows 系統(tǒng)工作臺， Linux 系統(tǒng)的服務(wù)器和開發(fā)板。工作臺主要用于控制和調(diào)試開發(fā)板， Linux 系統(tǒng)的服務(wù)器主要用于對程序的交叉編譯。下表為開發(fā)壞境各個組成部分和相關(guān)軟件表述： 圖 31 開發(fā)壞境 要求 Linux 移植相關(guān) Linux 系統(tǒng)組成部分介紹 一個 Linux 系統(tǒng)從軟件的角度通?？纯梢苑譃樗膫€層次，如下圖所示： 引導(dǎo)加載程序：包括固化在固件中的 boot 代碼，和 BootLoader 兩大部分。 Linux 內(nèi)核：特定于嵌入式板子的定制內(nèi)核以及內(nèi)核的啟動參數(shù)。 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。 用戶應(yīng)用程序：特定于用戶的應(yīng)用程序。 圖 32 Linux軟件層次圖 基于 ARM9 的四翼探測飛行器的設(shè)計與實現(xiàn) 13 13 嵌入式文件系統(tǒng) 不同的文件系統(tǒng)類型有不同的特點，因而根據(jù)存儲設(shè)備的硬件特性 ，系統(tǒng)需求等有不同的應(yīng)用場合。在嵌入式系統(tǒng) Linux 應(yīng)用中，主要存儲設(shè)備室 RAM（ DRAM， SDRAM）和 ROM，常用的基于存儲設(shè)備的文件系統(tǒng)類型包括： jffs2， yaffs， romfs， ramdisk， ramfs等。 Linux 移植 Linux 移植主要包括三大部分：內(nèi)核的重新編譯， Bootloader，重新編譯文件系統(tǒng)的制作。 Boa 的配置移植 在嵌入式系統(tǒng)中， Boa 服務(wù)器運行在 Linux 系統(tǒng)下，輕巧高效、占用資源少，是嵌入式web 服務(wù)器的首選。解壓 Boa 服務(wù)器的源代碼，通過修 改配置 ( 配置文件 boa． conf 在/etc /boa 目錄下 ) ，可以將 Boa 編譯進內(nèi)核，從而使嵌入式 Linux 系統(tǒng)具備了 web 功能。執(zhí)行步驟如下：（詳細過程見附錄一） 1) 下載源碼解壓。 2) 進入 boa/src后 , configure配置生成 makefile文件，然后執(zhí)行 make生成可執(zhí)行文件 boa。 3) 配置 boa. conf文件，主要完成對 boa運行的用戶權(quán)限，端口， Server根目錄， html網(wǎng)頁等的設(shè)置。（下圖為 Boa服務(wù)器工作原理圖） 圖 33 Boa服務(wù)器工作原理圖 由于 服務(wù)器端的 Web 頁面包括 Java 插件，所以在遠程客戶端 PC 機 windows 系統(tǒng)安裝 Java 環(huán)境 ( j2sdk1_4_1) ，下載安裝好 j2sdk1_4_1，在遠程客戶端的 IE 瀏覽器地址欄上輸入嵌入式 Linux 視頻網(wǎng)站的 IP 地址，就可以實現(xiàn)遠程實時監(jiān)控了。 1) 清晰度的測量由于網(wǎng)絡(luò)狀況的差異，數(shù)據(jù)傳輸有所不同，測試效果能達到每秒20 幀左右，滿足實時播放的要求。 2) 工作環(huán)境的測試 3 系統(tǒng)文件移植 14 14 設(shè)備可以方便的安裝在各種特殊的工業(yè)現(xiàn)場和某些極端惡劣的環(huán)境中，用戶都能順利的通過網(wǎng)絡(luò)訪問視頻服務(wù)器網(wǎng)站，可以多用戶同 時訪問，實現(xiàn)視頻監(jiān)控。理論傳輸距離空曠區(qū)域 300 米，實際測試距離 260—280 米（包含障礙物，樓房，樹木等）。基于 ARM9 的四翼探測飛行器的設(shè)計與實現(xiàn) 15 15 4 人機交互界面的設(shè)計 人機交互界面設(shè)計理念 軟件界面是人－機之間的信息界面，從某種意義上講，它比硬件和工作環(huán)境更為重要。優(yōu)化軟件界面就是要合理設(shè)計和管理人－機對話的結(jié)構(gòu)。對話的結(jié)構(gòu)設(shè)計一般可分為初始設(shè)計、形式評價和總結(jié)評價三個階段。 五種人機交互方式： 對話方式 優(yōu)點 缺點 菜單選擇 學習期短 點擊次數(shù)少，結(jié)構(gòu)清楚，利于進行出錯處理 菜單之間識別性差 表格 簡化數(shù)據(jù)管理，利于比較，只 需要少量幫助 輸入繁瑣 命令語言 靈活，對經(jīng)常性操作者有吸引力； 支持用戶主管能動性 不易于廣泛推廣 需要大量培訓和記憶 出錯處理能力差 自然語言 直接使用，無學習負擔 技術(shù)限制 直接操作 以視覺的方式呈現(xiàn)，容易學習，可以避免出錯 鼓勵探索，能提高高度主管滿足 編程難度 多種設(shè)備使用的協(xié)調(diào)性 人機交互界面設(shè)計的原則 4 人機交互界面的設(shè)計 16 16 （ 1）媒體最佳組合 媒體界面的成功并不在于僅向用戶提供豐富的媒體，而應(yīng)在了解媒體的功能、 選擇方法的基礎(chǔ)上，在相關(guān)理論的指導(dǎo)下，在語義層上將各種媒體有機地結(jié)合起 來以更有效 地傳遞信息。 （ 2）界面分析與規(guī)范 在人機界面設(shè)計中，首先應(yīng)進行界面設(shè)計分析，即收集有關(guān)用戶及其應(yīng)用環(huán) 境信息以后，進行用戶特性分析，用戶任務(wù)分析，記錄用戶有關(guān)系統(tǒng)的概念、術(shù) 語，這項工作可與應(yīng)用系統(tǒng)分析結(jié)合進行。分析任務(wù)中對界面設(shè)計要有界面規(guī)范 說明，選擇界面設(shè)計類型，并確定設(shè)計的主要組成部分。 由于人機界面是為適合人的需要而建立的，所以要清楚使用該界面用戶的類型，要了解用戶使用系統(tǒng)的頻率、用途及對用戶的綜合知識和智力的測試，這些均是用戶設(shè)計中的內(nèi)容。在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生任務(wù)規(guī)范說明，進行任務(wù)設(shè)計。任務(wù)設(shè)計的目 的在于重新組織任務(wù)規(guī)范說明以產(chǎn)生一個更有邏輯性的編排。設(shè)計應(yīng)精心地分別給出人與計算機的活動，使設(shè)計者較好地理解在設(shè)計一個界面時所遇到的問題，這樣形成系統(tǒng)操作手冊、訓練文件和用戶指南的基礎(chǔ)。在考慮用戶工作方式及系統(tǒng)環(huán)境和支持等因素下，精心任務(wù)設(shè)計。任務(wù)確定之后，要決定界面類型。目前有多種人機界面設(shè)計類型，各有不同的 品質(zhì)和性能，因此設(shè)計者要了解每種類型的優(yōu)點和限制。大多數(shù)界面使