基于PXA255和JPEG壓縮算法的嵌入式視頻監(jiān)視系統(tǒng)

圖2 系統(tǒng)軟件框圖

在視頻采集與處理模塊中，首先要按照要求在linux2.4.19內(nèi)核中加入V4L (video for linux) 的支持項，然后在usb總線驅(qū)動中就會出現(xiàn)一些camera的選項，里面就有ov511（支持網(wǎng)眼3000）和stv680（支持MDC-30L數(shù)碼相機）的驅(qū)動支持。
V4L定義了在linux下進行圖像采集的接口函數(shù)。主要有設(shè)備的open、close、read、write、ioctrl、mmap等對設(shè)備的操作方法，并通過結(jié)構(gòu)體video_device_ stv680_template在內(nèi)核中進行登記，方便在用戶狀態(tài)下進行設(shè)備的各種操作。可以以虛擬內(nèi)存映射方式獲取圖像數(shù)據(jù)，主要是調(diào)用mmap內(nèi)存映射函數(shù)stv680_mmap，其定義如下：
static int stv680_mmap (struct video_device *dev, const char *adr, unsigned long size)
在該函數(shù)中，利用系統(tǒng)調(diào)用remap_page_range，將物理地址pos對應(yīng)的虛擬頁面地址page映射到用戶空間中去，從而實現(xiàn)了圖像數(shù)據(jù)從驅(qū)動到應(yīng)用程序的轉(zhuǎn)移。對硬件底層的操作，集中在stv680_ioctl函數(shù)中，通過系統(tǒng)調(diào)用ioctrl對設(shè)備進行控制，其中包括：VIDIOCGCAP、VIDIOCSYNC等控制方式，對攝像頭進行配置、同步等操作。這些控制方式都符合V4L的控制規(guī)范，可以將一般的圖像采集程序不經(jīng)過改動移植到這個驅(qū)動上來。
對采集上來的每一幀圖像數(shù)據(jù)我們采用JPEG壓縮。在實際應(yīng)用中，JPEG壓縮使用Arm_linux下的libjpeg庫模塊，該模塊采用以離散余弦變換(Discrete Cosine Transform，DCT)為基礎(chǔ)的有損壓縮算法，在壓縮比為25:1的情況下，壓縮后還原得到的圖像與原始圖像相比較，非圖像專家難于找出它們之間的區(qū)別。經(jīng)過交叉編譯后，將編譯生成的庫文件libjpeg.so拷貝到了sitsang板的文件系統(tǒng)中，從而使sitsang板支持jpeg壓縮格式的圖形。代碼實現(xiàn)部分的主要流程如下：
設(shè)置壓縮信息結(jié)構(gòu)體struct jpeg_compress_struct cjpeg，其中保存著圖像原始信息和壓縮信息。其中圖像大小320x240，深度為3，顏色類型為RGB.
設(shè)置圖像壓縮品質(zhì)：jpeg_set_defaults(cjpeg) jpeg_set_quality(cjpeg, quality, TRUE);
設(shè)置圖像壓縮方法：cjpeg.dct_method = JDCT_FASTEST（使用快速離散dct變換）
開始壓縮：
jpeg_start_compress(cjpeg, TRUE);
……
jpeg_write_scanlines(cjpeg, row_ptr, 1);
……
完成壓縮：jpeg_finish_compress(cjpeg); jpeg_destroy_compress(cjpeg)
在圖像的處理上，本文設(shè)計了簡單并且行之有效的圖像比較判斷程序，來判斷圖像是否發(fā)生變化，并且只有當圖像發(fā)生變換以后，系統(tǒng)才會自動將現(xiàn)場情況上報給監(jiān)控主機。比較函數(shù)cmp_blks設(shè)定一個圖像發(fā)生變化的極限c_limit，然后將一幀圖像分割成12*12個圖像塊（block），對每一個block，將像素之差與c_limit進行比較，如果大于c_limit，則認為該塊圖像發(fā)生了變化，否則沒有變化。在野外無人值守的監(jiān)控環(huán)境中，根據(jù)實驗和經(jīng)驗進行設(shè)定c_limit的值，能夠合理的利用網(wǎng)絡(luò)帶寬進行傳輸并減少系統(tǒng)負擔(dān)。經(jīng)過概算法確定的視頻變化塊信息可以用于以后圖像跟蹤的擴展功能。
3 系統(tǒng)的測試與結(jié)論
通過現(xiàn)場安裝測試，每個監(jiān)視終端可以同時支持4臺視頻采集終端的連接與數(shù)據(jù)傳輸，服務(wù)器可以同時支持多達100臺視頻采集終端的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，長時間運行效果很好。經(jīng)過圖像預(yù)處理、判斷和壓縮后，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量小，節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬，適合無線網(wǎng)絡(luò)傳輸。