嵌入式Linux系统下的视频采集与SDL研究应用

嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统下的视频采集与ＳＤＬ研究应用

刘少刚１，２，

王学军２

（１．哈尔滨工程大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨１５０００１；２．国家林业局哈尔滨林业机械研究所，

黑龙江哈尔滨１５００８６）

摘

要：根据某些特殊作业现场对视频监控的需求，研究了在嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统下采用分散存储方式进行视频

采集的方法。针对当前嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统下视频采集一般仅采用Ｖ４Ｌ存在的问题，提出了一种在嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统下同时采用Ｖ４Ｌ和ＳＤＬ进行视频采集的方案。

本文重点解决了在仅采用Ｖ４Ｌ情况下实时显示、时间信息的获取和事件处理难于实现或过于复杂等问题。实验结果表明，同时采用Ｖ４Ｌ和ＳＤＬ在嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统下进行视频采集方法可行，操作更简捷，效果更好。

关键词：视频采集；Ｖ４Ｌ；嵌入式系统；ＳＤＬ；ＵＳＢ摄像头中图分类号：ＴＮ９５７．５２

文献标识码：Ａ

文章编号：１００１－４４６２（２００８）０５－００１７－０２

ＶｉｄｅｏＣｏｌｌｅｃｔｉｏｎａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＳＤＬＢａｓｅｄｏｎＥｍｂｅｄｄｅｄＬｉｎｕｘＳｙｓｔｅｍ

ＬＩＵＳｈａｏ－ｇａｎｇ，ＷＡＮＧＸｕｅ－ｊｕｎ

（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＨａｒｂｉｎＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ１５０００１，Ｃｈｉｎａ；

２．ＨａｒｂｉｎＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙＭａｃｈｉｎｅｒｙ，ｔｈｅＳｔａｔｅＦｏｒｅｓｔｒｙＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，ＨａｒｂｉｎＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ１５００８６，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｅｌｉｇｈｔｏｆｔｈｅｄｅｍａｎｄｆｏｒｖｉｄｅｏｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅｉｎｃｅｒｔａｉｎｓｐｅｃｉａｌｗｏｒｋｐｌａｃｅｓ，ｔｈｅｍｅｔｈｏｄａｄｏｐｔｉｎｇｓｃａｔｔｅｒｓｔｏｒａｇｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｆｏｒｖｉｄｅｏｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎｕｎｄｅｒｅｍｂｅｄｄｅｄＬｉｎｕｘｓｙｓｔｅｍｉｓｓｔｕｄｉｅｄ．ＩｎｖｉｅｗｏｆｔｈｅｓｅｒｉｏｕｓｐｒｏｂｌｅｍｓｗｉｔｈｔｈｅｍｅｔｈｏｄｔｈａｔｏｎｌｙｕｓｅｓＶ４ＬｔｏｃａｒｒｙｏｕｔｖｉｄｅｏｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎｕｎｄｅｒＬｉｎｕｘｓｙｓｔｅｍｃｕｒｒｅｎｔｌｙ，ｔｈｅｐｌａｎａｄｏｐｔｉｎｇＶ４ＬａｎｄＳＤＬａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅｆｏｒｖｉｄｅｏｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｇｒｅａｔｉｍｐｏｒｔａｎｃｅｈａｓｂｅｅｎａｔｔａｃｈｅｄｔｏｔｈｅｓｏｌｕｔｉｏｎｓｔｏｓｕｃｈｐｒｏｂｌｅｍｓａｓｒｅａｌｔｉｍｅｄｉｓｐｌａｙ，ａｃｃｅｓｓｔｏｔｉｍｅｍｅｓｓａｇｅａｎｄｅｖｅｎｔｈａｎｄｌｉｎｇ，ｗｈｉｃｈａｒｅｅｉｔｈｅｒｈａｒｄｔｏｒｅａｌｉｚｅｏｒｔｏｏｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｗｈｅｎｏｎｌｙＶ４Ｌｉｓｕｓｅｄ．ＴｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｍｅｔｈｏｄａｄｏｐｔｉｎｇＶ４ＬａｎｄＳＤＬｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙｆｏｒｖｉｄｅｏｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎｕｎｄｅｒＬｉｎｕｘｓｙｓｔｅｍｉｓｆｅａｓｉｂｌｅ，ｗｈｉｃｈｆｅａｔｕｒｅｓｅａｓｙｏｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄｂｅｔｔｅｒｅｆｆｅｃｔ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｖｉｄｅｏｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ；ｖｉｄｅｏｆｏｒＬｉｎｕｘ；ｅｍｂｅｄｄｅｄｓｙｓｔｅｍ；ｓｉｍｐｌｅｄｉｒｅｃｔｍｅｄｉａｌａｙｅｒ；ＵＳＢｃａｍｅｒａ

在某些作业现场，尤其是一些危险作业、无人值守的场合，如化工厂、

红外成像森林火灾监测站、自动检测线、高速交通工具等，当发生事故或灾情后，往往由于现场被破坏以及时效性，而难以分清责任和分析事故原因，因此，对事故易发地点的连续视频监控就显得尤为重要。

目前视频监控和录制主要采用摄像头、硬盘录像机、录像带等组成视频监控网络。该类视频监控网络具有工作稳定、

可靠等优点，但由于事故的突发性和偶然性，以及需要监控的危险地点经常变动，所以固定视频监控网络的运行管理、维护和安装调试等方面的问题比较突出。

由于在很多场合发生事故时，绝大多数需要掌握的信息都集中在事故之前很短的一段时间内，所以只需要保存好这一段时间的信息就能达到监控效果。鉴于此，我们提出了一种在嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统下采用分散存储实现视频信息采集的方法，仅保留最后视频信息并结合ＳＤＬ

（ＳｉｍｐｌｅＤｉｒｅｃｔＭｅｄｉａＬａｙｅｒ）实现信息采集。１系统简介

由于嵌入式系统下的视频采集比传统的ＰＣ视频

收稿日期：２００８－０３－１３

基金项目：国家科技部社会公益研究专项（２００２ＤＩＢ５０１２１）；

国家“９４８”

专项资助（２００３－４－２９）第３６卷第５期

林业机械与木工设备

Ｖｏ１３６Ｎｏ．５２００８年５月

ＦＯＲＥＳＴＲＹＭＡＣＨＩＮＥＲＹ＆ＷＯＯＤＷＯＲＫＩＮＧＥＱＵＩＰＭＥＮＴ

Ｍａｙ２００８

图１采集流程图

采集在实时性、稳定性、成本等方面更加优越，所以已成为近年来研究的热点，尤其是嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统下的视频采集更是引人瞩目。

目前嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统下的视频采集均采用Ｖ４Ｌ，其虽然也能够实现基本功能，但在实时显示、获取时间信息、事件处理等方面却过于复杂，甚至难于实现。ＳＤＬ作为免费的跨平台多媒体应用编程接口，由于其具有稳定、

简单和灵活等特点，在游戏、影像、模拟器、样本演示、多媒体等领域的应用越来越广泛，当前在ＰＣＬｉｎｕｘ系统下的视频采集、

图像处理等方面的许多软件都采用了ＳＤＬ［１］。本文所做的嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统下的视频采集在采用Ｖ４Ｌ的同时引入ＳＤＬ，以达到操作更简单、

使用效果更好的目的。１．１系统硬件

在本研究中，采用了目前国内比较常见的Ｓ３Ｃ２４１０

处理器［２］。Ｓ３Ｃ２４１０具有丰富的功能和很高的性价比，它采用了ＡＲＭ９２０Ｔ核心。在处理器丰富资源的基础上进行了相关的配置和扩展：平台配置了１６ＭＢ１６位的

Ｆｌａｓｈ和６４ＭＢ３２位的ＳＤＲＡＭ；引出了１个串行接口和１个ＨＯＳＴＵＳＢ接口；通过ＵＳＢ接口与外接ＵＳＢ摄像头和Ｕ盘相连。整体研究工作即基于此硬件平台［３］

。

１．２系统软件

由于ＭＩＺＩ对Ｓ３Ｃ２４１０进行了较完善的Ｌｉｎｕｘ平台

开发，同时Ｌｉｎｕｘ系统具有开放和稳定等优点，所以本研究采用Ｌｉｎｕｘ系统；内核采用了比较稳定的２．４．１８版本；文件系统则采用专门针对ＮＡＮＤ闪存设计的ｙａｆｆｓ系统，其中主要包括相应的配置文件、各种模块和库等。

２视频采集实现２．１

采集前的准备工作

因为在研究中引入了ＳＤＬ，所以在进行视频采集

前，除了需要对系统进行一些常规配置外（主要包括内核的支持和ＵＳＢ摄像头驱动的安装），还需要进行ＳＤＬ移植。在常规内核配置时，必须配置ｖｉｄｅｏｆｏｒＬｉｎｕｘ和

ＵＳＢ支持选项，由于采用了Ｕ盘进行存储，还应在ｓｃｓｉ中进行相应的配置（主要是存储器的支持）。目前２．６内核的高级版本中对ＵＳＢ摄像头的支持是比较全面的，但在２．４内核和２．６内核的低级版本中，所支持的摄像头种类还比较少，不过都直接支持ｏｖ５１１芯片ＵＳＢ摄像头，为了研究方便，可直接采用ｏｖ５１１芯片摄像头［４］。

２．２使用Ｖ４Ｌ进行视频采集

在嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统下的视频采集采用了常用的

Ｖ４Ｌ。程序编写时首先应包括必要的头文件，其中定义了相应的数据结构。通过分析相关代码，可以看出Ｖ４Ｌ提供针对视频设备进行基本Ｉ／Ｏ操作的接口函数，如ｏｐｅｎ、ｒｅａｄ、ｗｒｉｔｅ、ｃｌｏｓｅ、中断处理、内存映射及Ｉ／Ｏ通道的控制ｉｏｃｔｌ等。

其中主要的ＡＰＩ函数有ＶＩＤＥＯＣＧＣＡＰ、ＶＩＤＥＯＣＧＰＩＣＴ、

ＶＩＤＥＯＣＧＷＩＮ、ＶＩＤＥＯＣＳＷＩＮ、ＶＩＤＥＯＣＳＰＩＣＴ、ＶＩＤＩＯＣＳＹＮＣ、ＶＩＤＥＯＣＳＢＵＦ，分别以相应的数据结构获取或设定信息［５］。

根据数据结构和接口函数，可以先实现打开设备、

获取信息、参数设定以及采集等的各种操作，然后再进行图像的后续处理（如细化、压缩等的操作），也可以通过ｗｒｉｔｅ函数操作写入文件。这时就会发现

Ｖ４Ｌ并没有给出事件类的接口函数和时间类的接口函数，使用Ｖ４Ｌ进行事件应用

（如使用键盘操作和获取必要的时间信息）比较复杂和困难。因此，在研究中引入了ＳＤＬ。

整个采集流程图如图１所示。

２．３ＳＤＬ在视频采集中的应用

同Ｖ４Ｌ类似，在使用ＳＤＬ时也应包括必要的头文件。

在研究过程中，主要通过ＳＤＬ来实现窗口的实时显示、获取时间信息和事件处理三个部分。在使用ＳＤＬ时，需要在程序的开始时进行ＳＤＬ的初始化。在Ｌｉｎｕｘ系统下，视频采集过程中需要把这部分放到打开设备之前进行［６］。

在图像采集过程中，需要根据时间信息来计算所用时间和帧率等信息，因此在图像采集过程中获取时间信息比较重要。

对于获取时间信息部分，利用Ｖ４Ｌ比较复杂和困难，但用ＳＤＬ则非常简单，只需通过调用函数ＳＤＬ＿ＧｅｔＴｉｃｋｓ

（）即可。ＳＤＬ事件分为等待事件、事件轮询和事件状态轮询三种，可以根据具体情况进行相关调用。在ｌｉｎｕｘ系统下的视频采集过程中，主要通过事件实现图像亮度、色调、对比度和移动等的操作。

查找设备打开设备获取信息

参数设定采集（ｒｅａｄ／ｍｍａｐ）

写入文件图像处理

结束

关闭设备

林业机械与木工设备

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第３６卷