基于S3C2440与OV9650的嵌入式监控设计

［自控·检测］DOI ：10．3969/j．issn．1005-2895．2012．02．014收稿日期：2011-06-10；修回日期：2011-11-25基金项目：台州职业技术学院校级课题（2011ZD08）作者简介：胡哲光（1977），男，浙江椒江人，台州职业技术学院计算机工程系讲师，主要研究方向为嵌入式系统设计。

E-mail ：tzvtc_tzvtc@163．com基于S3C2440与OV9650的嵌入式监控设计胡哲光（台州职业技术学院计算机工程系，浙江台州318000）摘要：嵌入式视频监控具有小巧灵活、可靠性高、组网方便、可远程监控等优点，可满足当前社会日益增长的安保需求。

文章以三星公司的S3C2440处理器和Omni Vision 公司OV9650图像传感器为硬件平台，以嵌入式Linux 为软件平台，设计具有视频采集和编码功能的嵌入式监控系统，并采用经过优化后的XVID 编码器进行编码，在达到高压缩比的情况下保证图像质量，适合银行、小区门禁、仓库等无人值守场合。

图4表2参10关键词：视频监控；嵌入式监控；MPEG-4编码；S3C2440；OV9650；Linux 中图分类号：TP274文献标志码：A文章编号：1005-2895（2012）02-0050-04Design of Embedded Surveillance Based on S3C2440and OV9650HU Zhe-guang（Taizhou Vocational ＆Technical College ，Computer Engineering Department ，Taizhou ，318000，Zhejiang ，China ）Abstract ：Embedded video surveillance features small size ，flexibility ，high reliability ，networking convenience and remote monitoring ，which meet the growing needs of security．In this paper ，the embedded monitoring system with video capture and encoding has been designed with the hardware platform made up of Samsung's S3C2440and Omni Vision's the OV9650image sensor as well as the embedded Linux software platform．What's more ，this system is encoded with optimized XVID encoder．All these can ensure high compression ratio and image quality ，making it suitable for banks ，neighborhood ，warehouse and other unattended applications．［Ch ，4fig．2tab．10ref．］Key words ：video surveillance ；embedded surveillance ；MPEG-4encoding ；S3C2440；OV9650；Linux 0引言随着经济的发展和生活水平的提高，人们对安全防范也越来越重视。

视频监控系统是安保系统的重要组成部分。

随着嵌入式技术、视频处理技术和网络传输技术的迅速发展，视频监控系统正朝着数字化、网络化、集成化的嵌入式视频监控方向发展。

相比于传统的视频监控系统，嵌入式监控具有小巧灵活、高可靠性、组网方便、可远程监控等优点，更适合于银行、小区、仓库等无人值守的场合。

采用由三星公司的S3C2440嵌入式处理器芯片［1］和OV9650图像传感器［2］组成的硬件平台和由嵌入式Linux 操作系统为内核的软件平台，实现嵌入式视频监控系统，进行视频信号采集和编码，并通过以太网络转送给客户端PC ，由客户端进行回放和存储。

1系统硬件平台监控系统硬件平台主要组成部分包含嵌入式处理器、CMOS 图像传感器、存储器（Flash 和SDRAM ）、以太网接口、串口以及电源管理电路，结构框图如图1所示。

S3C2440A 处理器是三星公司开发的一款基于ARM920T 内核的16/32bit 嵌入式处理器，主频400MHz ，具备相机接口，适合应用于对功率和成本都较敏第30卷第2期2012年4月轻工机械Light Industry Machinery Vol．30No．2Apr．2012感的嵌入式系统场合。

摄像头采用Omni Vision 公司生产CMOS 摄像头OV9650，具有高敏感度、低功耗，高分辨率（最高1300ˑ1028pixels ），支持大量常用的图像格式、支持自动图像控制等优点。

SDRAM 采用采用2片三星公司的K4S561632C-TC75存储芯片，组成16M ˑ32b 的SDRAM 模块，存储采集的视频图像数据。

Flash 存储器选择三星的K9F1208NAND Flash 芯片，容量为64M ˑ8b ，用于烧写启动代码、操作系统内核和根文件系统。

图1嵌入式监控硬件结构Figure 1Embedded monitoring hardware structure1．1视频采集模块S3C2440通过1个2mm 间距的20P 插座作为扩展，连接OV9650，接口模块电路如图2所示。

OV9650只能工作在从模式下，所以由S3C2440对OV9650配置参数，包含输出数据的格式与分辨率标准等。

摄像头产生数据输出时钟，自动控制曝光。

帧同步通过检测HREF （水平参考信号）与VSYNC （垂直同步信号）来进行，当HREF 为低电平且VSYNC 处于上升沿时进行同步，同时摄像头输出PCLK 时钟信号，各个像素数据在PCLK 的下降沿时有效。

其中S3C244本身的相机信号描述如表1所示。

表1S3C2440相机信号描述Table 1S3C2440Camera signal description名称I /O 有效电平描述CAMPCLK I －像素时钟，由摄像头处理器驱动CAMVSYNC I H /L 垂直同步信号，由摄像头处理器驱动CAMHREF I H /L 水平参考信号，由摄像头处理器驱动CAMDATA ［7：0］I －像素数据，由摄像头处理器驱动CAMCLK O －摄像头处理器的主时钟CAMRSTOH /L摄像头处理器的软件复位/下拉1．2网络接口模块虽然S3C2440芯片内包含以太网控制模块，但是并没有提供物理层接口，设计中采用DAVICOM 公司的DM9000作为以太网的物理层接口［3］。

图2摄像头接口电路Figure 2Camera interface circuit以太网接口电路连接如图3所示，DM9000采用16位数据总线宽度的连接模式［4］。

CS#是地址使能信号，即DM9000的片选信号，选通DM9000可通过把nGCS4设置为低电平。

DM9000没有专门的地址线，采用数据线与地址线复用的方式。

INT 中断信号采用S3C2440A 的7#中断，低电平时有效。

CMD 是命令类型控制信号，当CMD 为低电平的时候，传输的是地址，当CMD 为高电平时，传输的是数据。

2监控系统软件设计软件平台由3部分组成：系统引导加载程序（BootLoader ）、嵌入式Linux 内核和文件系统以及视频监控程序。

通过向ARM 平台移植U-Boot-1．1．6实现操作系统引导；嵌入式操作系统采用Linux-2．6．22，开发模式为最常用的宿主机开发模式，即在宿主机上编译内核及应用程序，然后通过网口下载到目标平台上运行；文件系统存储了系统配置文件、系统程序和系统外设的驱动程序。

在移植好Boot Loader 、嵌入式Linux 内核和外设驱动程序后，接下来主要工作是视频监控程序的实现。

2．1基于V4L 的视频采集Video4Linux 简称V4L ［5］，主要为系统的外围视频设备（如摄像头，视频捕捉卡等）提供与视频应用相关的接口函数，它相当于在系统中关于视频设备的驱动。

在Linux 中，视频设备可当作是设备文件［6］，能够像操作普通文件一样对其进行访问，摄像头设备对应的文件是/dev /video0，通过V4L 提供的API 函数就能够实现对视频设备的读写等操作，并在文件/include /linux /videodev．h 中定义了一些常用的数据结构。

·15·［自控·检测］胡哲光基于S3C2440与OV9650的嵌入式监控设计图3以太网络接口电路Figure3Ethernet network interface circuit在基于V4L编程中，主要是通过系统调用ioctl（）函数来实现与设备交互的。

ioctl（）函数是设备驱动程序中对设备的输入输出通道进行控制的函数，能够实现对设备的一些参数进行管理，比如对摄像头采集的图像进行参数的设置与获取等。

ioctl（）函数的形式是：int ioctl（int fd，ini req，……），其中第1个参数fd 是文件描述符，通过open（）函数打开设备时返回；第2个参数req就是用户对设备的控制命令，后面的省略参数是与控制命令意义相关的，一般只有1个参数。

大约20多个ioctl（）函数的控制命令被V4L所支持，在编程中常用到的控制命令及其作用见表2。

采用内存映射方式截取视频。

通过调用mmap（）函数把系统中摄像头对应的设备文件映射到内存中，不需要通过内核缓冲区，能够直接读取该内存空间的表2ioctl函数的主要控制命令和作用Table2Main control commands androle of ioctl function控制命令作用VIDIOCSPIC设置图像的亮度、对比度等VDIOCGMBUT获得内存映射空间信息VIDIOCSYNC等待1帧图像数据采集完成VIDIOCMCAPTURE采集1帧图像数据VIDIOCGWIN获得采集图像的大小等信息VIDIOCSWIN设置采集图像的大小等信息图像数据。

mmap（）函数［7］的原型是：void*mmap（void*addr，size_t len，int prot，int flags，int fd，off_t offset）如果调用成功则返回映射区的内存起始地址，视频采集流程图如图4所示。