基于ARM的嵌入式無線視頻采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

3 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

　　本嵌入式遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)軟件由攝像頭驅(qū)動(dòng)模塊、圖像采集模塊、H.264圖像壓縮模塊、嵌入式Web服務(wù)器組成。攝像頭驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)攝像頭在Linux操作系統(tǒng)下的正常工作，并為應(yīng)用程序提供接口。圖像采集程序獲取攝像頭傳送過來的圖像信息并進(jìn)行暫存。H.264壓縮模塊完成對(duì)原始圖像的編碼處理。嵌入式Web服務(wù)器實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)處理與網(wǎng)絡(luò)傳輸。嵌入式Web服務(wù)器一般由5個(gè)主要模塊組成：嵌入式HTTP引擎、安全模塊、應(yīng)用程序接口、文件系統(tǒng)和配置模塊。由于開發(fā)平臺(tái)采用的嵌入式操作系統(tǒng)為ARMLinux，具有成熟的文件系統(tǒng)，提供文件訪問的接口，可以直接使用文件系統(tǒng)提供的讀寫接口訪問嵌入式Web資源文件，不需要另外設(shè)計(jì)文件系統(tǒng)。嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)

　　3.1 攝像頭驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

　　圖像的采集工作由圖像傳感器MI360和視頻壓縮芯片ZC0301完成，ZC0301通過USB接口和S3C2410相連，因此驅(qū)動(dòng)程序主要是對(duì)Linux下USB驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)，ZC0301的驅(qū)動(dòng)獨(dú)立開發(fā)難度較大，主要是既要考慮圖像采集芯片的驅(qū)動(dòng)，還要考慮USB的驅(qū)動(dòng)，且Vimicro沒有公布ZC0301的詳細(xì)技術(shù)資料。Linux下ZC0301的驅(qū)動(dòng)程序有開源代碼，根據(jù)本系統(tǒng)的開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行修改、移植、重新編譯內(nèi)核等操作可以完成ZC0301的驅(qū)動(dòng)程序。

　　3.2 圖像采集模塊設(shè)計(jì)

　　Video4linux（V4L）是Linux的影像串流系統(tǒng)與嵌入式影像系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是LinuxKernel中支持影像設(shè)備的一組APIs，配合適當(dāng)?shù)囊曨l采集卡與視頻采集卡驅(qū)動(dòng)程序，可以實(shí)現(xiàn)影像采集、AM/FM無線廣播、影像CODEC、視頻切換等功能。Video4linux為二層式架構(gòu)，上層為Video4linux驅(qū)動(dòng)程序本身，下層架構(gòu)則是影像設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序。這里用到的是Video4linux的上層驅(qū)動(dòng)程序，即Video4linux本身所提供給程序開發(fā)人員的APIs。

　　Video4linux視頻圖像采集流程如圖4所示。

圖4 Video4linux視頻圖像采集流程圖

　　3.3 H.264圖像壓縮模塊設(shè)計(jì)

　　H.264是ITU-T視頻編碼專家組（VCEG）和ISO/IEC活動(dòng)圖像編碼專家組（MPEG）的聯(lián)合視頻組（JVT）開發(fā)的一個(gè)新的數(shù)字視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。在技術(shù)上，H.264標(biāo)準(zhǔn)有很多優(yōu)勢，如統(tǒng)一的VLC符號(hào)編碼，高精度、多模式的位移估計(jì)，基于4×4塊的整數(shù)變換、分層的編碼語法等。這些措施使得H.264算法具有很高的編碼效率，在相同的重建圖像質(zhì)量下能夠比H.263降低50%左右的碼率。

　　H.264的碼流結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性強(qiáng)，增加了差錯(cuò)恢復(fù)能力，能夠很好地適應(yīng)IP和無線網(wǎng)絡(luò)。H.264能以較低的數(shù)據(jù)速率傳送基于IP的視頻流，在視頻質(zhì)量、壓縮效率和數(shù)據(jù)包恢復(fù)丟失等方面，超越了現(xiàn)有的MPEG-2、MPEG-4和H.26x視頻通信標(biāo)準(zhǔn)，更適合窄帶傳輸，是目前監(jiān)控系統(tǒng)最為理想的信源壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)。