基于USB摄像头的嵌入式视频监控系统.doc

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摘要：在嵌入式环境下设计开发了一套基于USB摄像头的视频监控系统。系统通过V4L接口从USB摄像头采集图像，借助QT图形库实现视频播放；通过OSS接口实现音频数据的采集与播放；同时能将音视频信息录制成通用的AVI格式文件保存到U盘中。实验表明系统的设计方案和实现技术是可行的。
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关键词：嵌入式系统；视频监控；USB摄像头；V4L接口
中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)22-5459-04
EmbeddedVideoMonitoringSystemBasedonUSBCamera
LIJian
(TeachingandResearchSectionofComputer,ThePLAForeignLanguageUniversity,Louyang471003,China)
Abstract:AvideomonitoringsystemwasdesignedanddevelopedbasedonUSBcamerainembeddedenvironment.Inthesystem,picturesarecapturedfromUSBcamerathroughV4LAPIanddisplayedonLCDbyQT;SounddataiscapturedandplayedthroughOSSAPI;inaddition,videoandsounddatacanberecordonUSBdiskasAVIfiles.Experimentshowsthatthedesignandimplementteleologyofthesystemarefeasible.
Keywords:embeddedsystem;videomonitoring;USBcamera;VideoforLinuxAPI
传统的以PC机为处理核心的视频监控技术已经十分成熟，但随着后PC时代的到来，使用嵌入式系统现实视频监控将是未来的发展趋势。从某种意义上讲使用通用的PC机来完成专用功能是对资源的一种浪费。虽然嵌入式系统的资源相对有限，但其所有资源都能被充分利用，同样能够很好地实现某种专用功能。因此使用嵌入式系统取代PC机进行视频监控就意味着用更少的资源提供更好的功能。本文将介绍一个嵌入式视频监控系统的设计开发过程。
1系统总体设计
1.1系统总体架构
系统建立以S3C2410核心板为中心的硬件平台，内置CPU、RAM和Flash[1]，外接LCD显示器、USB摄像头等外围设备；移植嵌入式Linux操作系统到硬件平台并安装QT图形库和必要的驱动程序，为系统运行提供软件环境。系统的总体架构如图1所示，其中清晰地展示了数据的加工流程。

图1系统总体架构
系统所选用的USB摄像头基于ZC301芯片，该摄像头采用片内JPEG压缩技术；设备驱动后通过V4L（VideoforLinux）接口对其操作，可以直接从摄像头读取JPEG格式的数据[2]。通过开发QT用户图形界面来完成JPEG图像的显示。音频接口选用UDA1341芯片，可外接话筒和扬声器；设备驱动后通过OSS（OpenSoundSystem）编程接口对其进行操作，可以从UDA1341芯片读取或写入PCM编码数据[3]。文件录制模块把音视频信息录制为通用的AVI文件并存储在外接U盘中。
1.2系统总体流程
为了提高系统的运行效率，设计了两个线程来实现此模块的功能：一个为音视频采集线程，一个为播放/录制线程。采集线程启动后首先打开音视频设备，设置相关参数后不断采集音视频信息写入共享缓冲区；播放/录制线程在完成相关设备初始化后进入循环，根据需要从共享缓冲区读取音视频信息进行播放或录制。两个线程通过Linux提供的线程函数实现对音视频缓冲区的互斥访问，其协作流程如图2所示。

图2系统总体流程
2音视频采集
2.1视频采集
V4L是开源社区的领袖人物AlanCox为Linux设计的一套规范，其目的是为Linux下的视频设备驱动的编写提供统一的接口[20]。V4L的主要接口函数包括：open()、read()、write()、close()和ioctl()，分别用于打开、读取、写入、关闭和控制视频设备。其中ioctl()接口能够实现对摄像头的多种控制，通过控制参数来区分，表1列出了一些常用的控制常量。
表1ioctl()中使用的部分控制常量

ZC301芯片采用片内JPEG压缩技术，即利用V4L编程接口采集出的数据是就压缩后的JPEG文件，能够拍摄最大分辨率640×480的照片（本系统采用320×240的分辨率）。为了方便对视频设备的操作，程序中专门定义了一个名为V4LDevice的结构体，同时定义一个全局变量vd。结构体的定义