基于嵌入式Linux的3G無線視頻終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

Preview通道可以將YCbCr4：2：2格式的圖像轉(zhuǎn)換為RGB(16bit或24bit)格式的數(shù)據(jù)，并存放于為PreviewDMA分配的內(nèi)存中，最大分辨率為640×480。主要用于本地液晶屏顯示，Codec通道可以輸出YCbCr4：2：0或YCbCr4：2：2格式到為Codec DMA分配的內(nèi)存中。最大分辨率為4 096x4 096，主要用于圖像的編解碼處理。在本系統(tǒng)中使用的是Codec通道。
視頻采集模塊的設(shè)計(jì)采用的是V4L2(Video for Linux Two)V4L2，它是Linux下開發(fā)視頻采集設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的一套規(guī)范，該規(guī)范采用分層的方法給驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)提供了清晰的模型和一致的接口，并且正對視頻設(shè)備的應(yīng)用程序編程也提供了一系列接口函數(shù)。其中應(yīng)用程序處于最上層，V4L2處于中間層，而實(shí)際的硬件設(shè)備則處于下層，其本身包括兩層驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，上層是videodev模塊，下層為V4L2驅(qū)動(dòng)程序。video-dev通過V4L2驅(qū)動(dòng)程序的成員函數(shù)來調(diào)用V4L2驅(qū)動(dòng)。在V4L2驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)程序初始化過程中，它首先枚舉它將要處理的系統(tǒng)中的設(shè)備，為每個(gè)設(shè)備填充struct v412_device結(jié)構(gòu)，并且將指向該結(jié)構(gòu)的指針傳遞給v412_register_device()函數(shù)，該函數(shù)調(diào)用v4L2_deviee結(jié)構(gòu)體中的初始化函數(shù)對設(shè)備進(jìn)行初始化。當(dāng)v412驅(qū)動(dòng)程序初始化完成后，v412通過傳遞一個(gè)包含驅(qū)動(dòng)程序成員函數(shù)，次設(shè)備號以及相關(guān)信息的結(jié)構(gòu)給videod-ev，從而完成它將要處理設(shè)備在videodev的注冊工作，當(dāng)應(yīng)用程序通過系統(tǒng)調(diào)用觸發(fā)了某個(gè)驅(qū)動(dòng)程序時(shí)，控制權(quán)首先傳遞給videodev中的函數(shù)，videodev將應(yīng)用程序傳遞的文件或i節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)指針轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的v412結(jié)構(gòu)指針，并調(diào)用v412中的處理函數(shù)。以本系統(tǒng)以O(shè)V9650攝像頭為例，其驅(qū)動(dòng)框架如圖5所示。

視頻采集過程如下，應(yīng)用程序首先打開視頻設(shè)備文件，攝像頭在系統(tǒng)中對應(yīng)的設(shè)備文件為／dev／camera，通過系統(tǒng)調(diào)用“open(“／ dev／camera”，O_RDWR)”函數(shù)打開該設(shè)備，獲得一個(gè)文件描述符fd，利用ioctl(fd，VIDIOCGPICT，capability)函數(shù)獲取攝像頭的相關(guān)信息，例如設(shè)備名稱、支持的最大最小分辨率、信號源信息等，填充在結(jié)構(gòu)體video_capability中，通過調(diào)用ioctl(fd，VIDIOCGPICT，pict-ure)獲取圖像的相關(guān)信息如采集圖像的對比度、亮度、調(diào)色板等屬性，并且填充在video_picture結(jié)構(gòu)體中，在獲取這類信息后，可根據(jù)實(shí)際需要來對其重新賦值，具體做法是將需要設(shè)置的值賦給相應(yīng)結(jié)構(gòu)體，然后通過系統(tǒng)調(diào)用ioctl(fd，VIDIOCSPICT，)函數(shù)寫入設(shè)備。在圖像獲取方式上使用mmap()系統(tǒng)調(diào)用來實(shí)現(xiàn)內(nèi)存映射達(dá)到各進(jìn)程共享內(nèi)層的目的，利用共享內(nèi)存通信的一個(gè)顯而易見的好處是效率高，因?yàn)檫M(jìn)程可以直接讀寫內(nèi)存，而不需要任何數(shù)據(jù)的拷貝。使用mmap方式獲取圖像數(shù)據(jù)，需要首先設(shè)置圖像幀的緩沖區(qū)結(jié)構(gòu)，即struct video_mmap，如每次采集幀數(shù)，圖像高度、寬度，圖像調(diào)色板格式等等。然后調(diào)用ioctl(fd，VIDIOCMCAPTURE，grab_buf)啟動(dòng)捕獲過程。調(diào)用iotcl(fd，VI-DIOCSYNC，frame)等待采集完成，若該函數(shù)成功返回則表示采集完畢，采集到的圖像將放在通過mmap()映射的內(nèi)存區(qū)域內(nèi)，讀取該內(nèi)存數(shù)據(jù)即可獲得圖像數(shù)據(jù)，其中frame為當(dāng)前截取的幀數(shù)，V4L2允許一次采集多幀數(shù)據(jù)，可通過設(shè)置grab buf．frame來實(shí)現(xiàn)。調(diào)用close(fd)函數(shù)關(guān)閉設(shè)備文件，終止圖像采集。
2．2 視頻數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)計(jì)
由視頻采集模塊獲取的視頻圖像需要通過3G網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行傳輸，而從攝像頭直接采集的未經(jīng)壓縮的數(shù)據(jù)量非常大，為了在不影響圖像質(zhì)量的前提下提高傳輸效率，本系統(tǒng)中對原始獲得的視頻圖像進(jìn)行了壓縮編碼。由于MPEG-4是專門為播放流式媒體的高質(zhì)量視頻而設(shè)計(jì)的，并且MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)以其高壓縮比、高質(zhì)量、低傳輸率已經(jīng)成為目前網(wǎng)絡(luò)多媒體傳輸?shù)闹饕袷胶蜆?biāo)準(zhǔn)。它可利用很窄的帶寬，通過幀重建技術(shù)壓縮和傳輸數(shù)據(jù)，以求使得用最少的數(shù)據(jù)獲得最佳的圖像質(zhì)量并且能夠保存接近于DVD畫質(zhì)的小體積視頻文件。在本系統(tǒng)中選用開源的Xvidcore作為視頻壓縮模塊的核心算法。Xvidcore是一個(gè)高效而且便于移植的編碼軟件。它不僅支持Simple Profile和Advanced Profile，還支持I／P Frames B-Frames Interlacing和GMC，以鉆石和方塊模式來進(jìn)行PMVFast和EPZS運(yùn)行估計(jì)，是目前比較流行的MPEG-4編碼軟件。Xvidcore源碼可從網(wǎng)上下載免費(fèi)獲得，目前最新版為xvidcore-1．2．2，它提供了一系列的庫函數(shù)及接口函數(shù)供應(yīng)用程序使用。但針對嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)，要使用該庫需要將其移植到嵌入式系統(tǒng)中。移植過程如下：
解壓源代碼：tar-zxvf xvidcore-1．2．2．tar.gz；在使用前需要對xvidcore-1．2．2進(jìn)行交叉編譯，步驟如下：
1)設(shè)置環(huán)境變量：export=“xvidcore當(dāng)前所在目錄”；
2)進(jìn)入／build／generic目錄；
3)生成Makefrle：／configure-host=local hostbuild=arm-linux-gcc；／／指定交叉編譯工具以便進(jìn)行交叉編譯；
4)編譯源代碼：make。
將交叉編譯生成的庫文件libxvidcore．so．*拷貝到交叉編譯器工作目錄lib子目錄中。完成編碼庫的移植工作。
以上對個(gè)獨(dú)立模塊進(jìn)行了介紹，在軟件實(shí)現(xiàn)上對系統(tǒng)進(jìn)行了整體設(shè)計(jì)，將各個(gè)模塊有機(jī)的組合在一起，并充分考慮了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。
主要結(jié)構(gòu)體如下：