嵌入式视频图像传输系统的设计与实现

张素文：副教授 基金项目：国家 ８６３ 项目资助（２００１ＡＡ５０１２１３）
图 １ 系统硬件结构图 图 １ 中： ＣＰＵ：选 用 主 控 制 芯 片 为 Ｓ３Ｃ２４１０， 该 芯 片 为 ＳＡＭＳＵＮＧ 公 司生产的基于 ＡＲＭ９２０Ｔ 内核的 ＲＩＳＣ 微处理器。 ＳＤＲＡＭ：选 用 ＨＹ５７Ｖ２８１６２０， 它 的 存 储 容 量 为 ４ 组 ２Ｍ １６ 位（１６Ｍ 字节）， 工作电压为 ３．３０．３Ｖ， １６ 位数据宽度。 ＮａｎｄＦｌａｓｈ： 选 用 Ｋ９Ｆ１２０８， 该 芯 片 的 单 片 存 储 容 量 为 ６４Ｍｘ８ 位， 工作电压为 ２．７Ｖ－ ３．６Ｖ。 ＵＳＢ 摄 像 头 ： 采 用 龙 眼 公 司 的 Ｖ３０００ 产 品 ， 该 产 品 含 有 ＶＯ５１１ 芯片。 网络控 制芯 片：采 用 Ｃｉｒｒｕｓ Ｌｏｇｉｃ 公 司 的 生产 的 一 种局 域 网 处理芯片 ＣＳ８９００。
Ｖｉｄｅｏ４Ｌｉｎｕｘ 模 块 提 供 的 编 译 接 口 进 行 视 频 采 集 程 序 的 设 计 ， 经 ＭＰＥＧ－ ４ 压 缩 算 法 对 视 频 流 进 行 压 缩 编 码 ， 通 过 实 时 传 输 协
议 （ＲＴＰ）和 实 时 传 输 控 制 协 议 （ＲＴＣＰ）配 合 使 用 实 现 流 媒 体 数 据 的 网 络 传 输 。整 个 系 统 建 立 在 嵌 入 式 构 架 上 ， 能 独 立 完 成 实 时
图 ３ 视频采集流程图 系统 采 用 ｍｍａｐ 方 式 获 取影 像 。ｍｍａｐ 方 式 是 通 过 内 存 映 射 的 方 式 获 取 数 据 ， 系 统 调 用 ｉｏｃｔｌ 的 ＶＩＤＩＯＣＭＣＡＰＴＵＲＥ 后 ， 将 图 像 映 射 到 内 存 中 ， 然 后 可 以 通 过 ｖ４ｌｇｅｔｍｂｕｆ （ｖｄ） 函 数 和 ｖ４ｌｇｅｔａｄｄｒｅｓｓ（ｖｄ）函 数 获 得 数 据 的 首 地 址 。 下 面 给 出 获 取 连 续 影 像的方法： ｃｈａｒ＊ ｄｅｖｉｃｅｎａｍｅ＝＂／ｄｅｖ／ｖｉｄｅｏ０＂； ｃｈａｒБайду номын сангаас ｂｕｆｆｅｒ； ｖ４ｌｄｅｖｉｃｅ ｄｅｖｉｃｅ； ｉｎｔ ｗｉｄｔｈ ＝ ６４０； ｉｎｔ ｈｅｉｇｈｔ ＝ ４８０； ｉｎｔ ｆｒａｍｅ ＝ ０； ｖ４ｌｏｐｅｎ（＂／ｄｅｖ／ｖｉｄｅｏ０＂，＆ｄｅｖｉｃｅ）；／／打 开 设 备 ｖ４ｌｇｒａｂｉｎｉｔ（＆ｄｅｖｉｃｅ，ｗｉｄｔｈ，ｈｅｉｇｈｔ）；／／初 始 化 设 备 ， 定 义 获 取 的 影像的大小 ｖ４ｌｍｍａｐ（＆ｄｅｖｉｃｅ）；／／内 存 映 射
２ 系统软件设计
２．１ 系统软件结构 嵌入式操作系统采用的是 ２．４．１８ 版本 的 Ｌｉｎｕｘ 内 核， 文 件 系 统 采 用 ｙａｆｆｓ。 文 件 系 统 包 括 应 用 程 序 、模 块 、配 置 文 件 和 库 等， 图像的采集、压缩和传输是建立在嵌入 式 Ｌｉｎｕｘ 内 核之 上 的。系统软件结构如图 ２ 所示。 系统采用韩国 Ｍｉｚｉ 公司开发的 Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ ｖｉｖｉ， 该 Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ 有启动加载模式和下载模式
１ 系统硬件设计
系统硬件由 ＵＳＢ 摄像头、嵌入式处理器 Ｓ３Ｃ２４１０、ＳＤＲＡＭ、 ＮａｎｄＦｌａｓｈ、ＪＴＡＧ、以 太 网 接 口 、ＲＳ２３２ 接 口 、电 源 与 复 位 电 路 等 部分组成。视频信号由 ＵＳＢ 摄像头采集， 经过 ＭＰＥＧ－ ４
编码压缩， 由以太网接口发送到网络上进行视频的传输。 系统中视频的采集和压缩都是由软件来实现的。系统通过 ＲＳ２３２ 接口 与 ＰＣ 机 相连 ， 构 成 交叉 编 译 调试 的 环 境 。ＪＴＡＧ 调 试 器 接 在 开 发 板 的 ＪＴＡＧ 口 上 ， 系 统 通 过 该 口 与 Ｓ３Ｃ２４１０ 通 讯， 系统硬件结构如图 １ 所示。
技 序列， 用基于块的混合编码技 术 编 码， 处 理 顺 序是 先 ＩＶＯＰ 后
ＰＶＯＰ、ＢＶＯＰ。 在 对 ＶＯＰ 的 形 状 信 息 编 码 后 ， 取 得 任 意 形 状
术 ＶＯＰ 的 采 样 ， 每 个 ＶＯＰ 划 分 为 小 相 交 的 宏 块 ， 每 个 宏 块 含 有 ４
个 ８ｘ８ 象素块进行运动补偿以及纹理编码， 己编码的 ＶＯＰ 帧保
创 存在帧存中， 在当前 ＶＯＰ 帧和己编码 ＶＯＰ 帧 之 间计 算 运 动矢
量；对将编码的块和宏块， 计算其运动补偿预测误差；运动补偿
新 预测后的 ＩＶＯＰ 及误差用 ８ｘ８ 块 ＤＣＴ 变换， 井进行 ＤＣＴ 系数的
量化， 然后是游程编码和熵编码。 （３） 对各 个 视频 对 象 的码 流 进 行复 合 ， 每 个视 频 对 象 的 形
图 ２ 系统软件结构 ２．２ 视频采集的实现 在制定菜单中选择 Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ｄｅｖｉｃｅｓ→Ｖｉｄｅｏ ｆｏｒ Ｌｉｎｕｘ， 这 使 得 内 核 被 配 置 了 Ｖｉｄｅｏ４Ｌｉｎｕｘ， 为 视 频 采 集 设 备 提 供 了 编 程 接 口 ； 在 菜 单 中 选 择 ＵＳＢ Ｓｕｐｐｏｒｔ→ＵＳＢ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ｄｅｖｉｃｅｓ→ ＵＳＢ ＯＶ５１１ Ｃａｍｅｒａ Ｓｕｐｐｏｒｔ， 这 使 得 在内 核 中 加 入 了 对 ＯＶ５１１ 接口芯片的 ＵＳＢ 数字摄像头的驱动支持。视频采集的工作流程 如图 ３ 所示。
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《现场总线技术应用 ２００ 例》
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嵌入式系统应用
两种工作模式， 启动加载模式可以在一段时间后自行启动 Ｌｉｎｕｘ内核， 这是 ｖｉｖｉ 的默认模式。在下载模式下， ｖｉｖｉ 为用户提 供一 个 命令 行 接 口， 通 过 该 接口 可 以 使 用 ｖｉｖｉ 提 供 的 一 些 命 令 来设置参数和启动系统等。在使用 ｖｉｖｉ 之前需要使用 ｖｉｖｉ 的配 置与 编 译命 令￥ｍａｋｅ ｄｉｓｔｃｌｅａｎ 和￥ｍａｋｅ ｍｅｎｕｃｏｎｆｉｇ， 主 要 是 针 对 ｖｉｖｉ 的 ａｒｃｈ、ｄｒｉｖｅｒｓ、ｉｎｉｔ、ｌｉｂ、ｉｎｃｌｕｄｅ 这几个目录的代码。
嵌入式系统应用 文章编号：１００８－ ０５７０（２００７）０３－ ２－ ００２２－ ０３
中 文 核 心 期 刊 《 微 计 算 机 信 息 》（ 嵌 入 式 与 Ｓ ＯＣ ）２００７ 年 第 ２３ 卷 第 ３－２ 期
嵌入式视频图像传输系统的设计与实现
Ｄｅ ｓ ｉｇ ｎ ｏ ｆ ｔｒａ ｎ ｓ ｍ ｉｓ ｓ ｉｏ ｎ ｓ ｙｓ ｔｅ ｍ ｏ ｆ ｖｉｄ ｅ ｏ ｉｍ ａ ｇ ｅ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔｈ ｅ ｅ ｍ ｂ ｅ ｄ ｄ ｅ ｄ Ｓ ｙｓ ｔｅ ｍ
创 Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： Ｓ３Ｃ２４１０， ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｓｙｓｔｅｍ， ＭＰＥＧ－ ４， ｓｔｒ ｅａｍ ｍｅｄｉｕｍ．
新 前言
随着通信技术的发展和网络带宽的增加， 数字视频传输技 术得到越来越多的应用。传统的视频传输模式逐渐被淘汰， 基 于 ＩＰ 的 网络 视 频 传输 系 统 正 在 成 为 视 频 传 输 的 主 流 。 数 字 化 视 频 可 以 在 计 算 机 网 络（局 域 网 或 广 域 网）上 传 输 图 像 数 据 ， 基 本上不受距离限制， 信号不易受干扰， 可大幅度提高图像品质 和稳定性。基于嵌入式的实时视频网络传输系统具备视频采 集、视 频 编码 处 理 、网络 通 信 等强 大 功 能， 直 接 支 持网 络 视 频传 输和网络管理。
视 频 的 采 集 、处 理 及 传 输 功 能 ， 可 广 泛 应 用 于 远 程 监 控 系 统 、可 视 电 话 、工 业 控 制 等 领 域 。
关键词： Ｓ３Ｃ２４１０； 嵌入式系统； ＭＰＥＧ－ ４； 流媒体
中 图 分 类 号 ： Ｔ Ｐ ２２９
文献标识码：Ｂ
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ ａ ｖｉｄｅｏ ｉｍａｇｅ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｅｍｂｅｄｄｅｄ Ｌｉｎｕｘ ａｎｄ Ｓ３Ｃ２４１０． Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｔｃｈ ｔｈｅ ｖｉｄｅｏ ｉｍａｇｅ
ｔｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ＲＴＰ ａｎｄ ＰＴＣＰ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｔｏｇｅｔｈｅｒ． Ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｓｙｓｔｅｍ． Ｉｔ ｃａｎ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｌｙ ｃｏｍｐｌｅｔｅ
术 ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ， ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅａｌ－ ｔｉｍｅ ｖｉｄｅｏ． Ｉｎ ｃａｎ ｂｅ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｌｏｎｇ－ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｍｏｎｉｔｏｒ ｓｙｓｔｅｍ， ｖｉｄｅｏ ｔｅｌｅｐｈｏｎｅ， ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｓｏ ｏｎ．
ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ＵＳＢ ｃａｍｅｒａ． Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｕｓｅ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｌａｔｅ ａｎｄ ｅｄｉｔ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ ｂｙ Ｖｉｄｅｏ４Ｌｉｎｕｘ ｍｏｄｕｌｅ ｔｏ ｄｅｓｉｇｎ ｔｈｅ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ
技 ｐｒｏｇｒａｍｍｅ ｏｆ ｖｉｄｅｏ ｉｍａｇｅ． Ｔｈｅ ｖｉｄｅｏ ｉｍａｇｅ ｂｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓ ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ ｏｆ ＭＰＥＧ－ ４． Ｔｈｅ ｓｔｒｅａｍ ｍｅｄｉｕｍ ｂｅ ｔｒａｎｓｍｉｔ－
状 、运动 纹 理 信息 复 合 成 ＶＯＬ 比 特 流 ， 各 视 频 对 象 视 频 流 复 合 成统一的码流输出。
（武汉理工大学）张 素 文 付 薇 刘 明 兰
ＺＨＡＮＧ Ｓ ＵＷＥＮ ＦＵ ＷＥＩ ＬＩＵ ＭＩＮＧＬＡＮ
摘 要： 本 文 介 绍 了 一 种 基 于 嵌 入 式 Ｌｉｎｕｘ 和 Ｓ３Ｃ２４１０ 平 台 的 视 频 传 输 系 统 。 该 系 统 通 过 ＵＳＢ 摄 像 头 采 集 视 频 数 据 ， 采 用
网络 视 频传 输 系 统包 括 图 像采 集 单 元、图 像 压 缩单 元 、网 络 传 输 单 元 和 主 控 单 元 四 部 分 。专 用 系 统 使 用 专 用 芯 片 完 成 图 像的硬件压缩， 通用系统是基于通用处理器利用软件实现数据 压缩。相对于专用系统， 基于通用处理器的视频压缩方案具有 可 扩 展 性 好 、算 法 灵 活 等 特 点 。