2018年02月03日 | 基于嵌入式Linux的图像采集与蓝牙传输

　　嵌入式 Linux 系统具有可移植性好、网络功能强、优秀的GNU编译工具、免费的开放源代码等优点。S3C2410处理器是一款采用 ARM 920T结构，内部资源非常丰富的32位嵌入式处理器。USB摄像头具有低廉的价格，良好的性能，加上Linux下有V4L支持对其编程，很容易集成到嵌入式系统中。蓝牙技术是目前被认可的短距离无线通信技术，广泛应用于手机、电脑以及汽车免提系统。

　　本文介绍基于嵌入式Linux的USB 图像采集 系统，并通过构建好的嵌入式Linux下的蓝牙环境将采集到的图片传送到蓝牙手机上，实现监控功能。

　　1 软硬件平台概述

　　系统硬件平台如图1所示。该平台软件上采用嵌入式Linux操作系统；硬件上采用Samsung公司的S3C2410处理器，另外配置了64 MB的NAND Flash存储器和64MB的SDRAM，通过以太网控制芯片CS8900扩展一个10M以太网接口。引出两个USB主口，一个接USB摄像头，一个接USB蓝牙适配器；将通过USB摄像头采集到的图像数据输出到缓冲区中，保存成文件，并通过 蓝牙传输 到蓝牙手机上。

　　2 摄像头驱动

　　在Linu

x下已经支持的摄像头驱动是采用ov511芯片的摄像头。使用这款芯片的摄像头有网眼2000／3000等系列，而现在市面上常见的摄像头芯片大多采用中芯微的zc0301、zc0302和zc0303等。Linux内核中并没有相关的驱动支持，但可以从网上下载到相关的spca5xx驱动。

　　本系统就采用市面上最常用的zc0301p1芯片的摄像头。由于是用于ARM开发板上，可以下载专用于嵌入式Linux的spca5xx-LE驱动，LE版的驱动最大限度地减少了内存的使用，符合嵌入式的需要。将下载的驱动加入到内核中，修改Makefile和Kconfig文件，在内核中选中USB_SPCA5XX，编译后就将摄像头的驱动加入到内核映像中了。

　　3 Video4Linux简介

　　Video4Linux(简称“V4L”)是Linux下用于获取视频和音频数据的API接口，配合适当的视频采集设备和相应的驱动程序，可以实现影像／图片采集、AM／FM广播、频道切换等功能，在远程会议、可视电话、视频监控系统中都有广泛的应用。

　　在Linux下，所有外设都被看成是一种特殊文件，称为“设备文件”，可以像访问普通文件一样对其进行读写。一般来说，采用V4L驱动的摄像头设备文件是／dev／v4l／video0。为了通用，可建立一个到／dev／video0的连接。

　　V4L支持两种方式来捕获图像：mmap(内存映射方式)和read(直接读取方式)。

　　V4L在include／linux／videodev.h文件中定义了一些重要的数据结构，在进行图像的采集过程中，就是通过对这些数据的操作来获得最终的图像数据。

　　4 图像采集

　　在图像采集过程中，采用V4L的read方式直接读取设备来获取JPEG格式的图像数据，具体流程如图2所示。

　　4.1 初始化摄像头设备

　　指定要操作的摄像头设备文件／dev／video0，调用open()打开该设备文件，将自定义的数据结构vdIn中的成员初始化，包括设备名称(vd->videodevICe)、要采集图像的宽度(vd->HDRwidth)和高度(vd->hdrheight)、像素位数(vd->bpPIN)、帧大小(vd->framesizeIn)，为帧数据分配存储空间(vd->pFramebuffer)。

　　4.2 设定待采集图像的各种属性

　　zc0301p1摄像头支持JPEG格式的图像采集，定义VIDEO_PALETTE_JPEG为21，将其赋值给图像帧的调色板palette，这是一个必须设置的重要的参数。其他参数(如图像色调、颜色、对比度等)可以先将VIDIOCGPICT传递给ioctl()查看其默认值。

　　如果发觉以上的参数不符合采集图像的规范，则可以将pict.brightness、pict.colour、pict.contrast、pict.white-ness、pict.depth等重新赋值，再将VIDIOCSPICT传递给ioctl()来重新设置这些参数。

　　4.3 进行图像采集

　　在图像采集过程中，采用read方法直接读取设备文件来获取一帧数据保存到缓冲区中，通过convertframe()函数将pFramebuffer中的数据转成完整的JPEG格式的数据保存到ptframe缓存中去，再调用fwrite()函数将pt-frame缓存中的JPEG格式数据写入到指定的文件中去，即得到一幅JPEG格式的图像。

　　5 蓝牙传输

　　蓝牙协议规范遵循开放系统互连参考模型(OpenSystem Interconnection／Referenced Model，OSI／RM)，从低到高地定义了蓝牙协议堆栈的各个层次，如图3所示。

　　在蓝牙协议体系中，OBEX位于RFCOMM之上。OBEX提供了对象的表示模型，并通过“Put”和“Get”操作传输对象。设备间的对话遵循客户和服务器间的请求—响应模式。OBEX会话开始由客户端发出连接请求，连接建立成功后服务器发送成功的连接响应，否则发送连接不成功的连接响应。在连接之后，客户端可以通过Put请求向服务器“推送(Push)”对象，如果对象较大，Put请求可以使用多个Put请求分组，每个请求分组需返回一个Put响应分组。本系统将采集到的图片保存到／tmp／cap.jpeg，现在要将图片通过蓝牙传输到蓝牙手机上。具体实现过程如下：

　　① 在内核中打上蓝牙补丁，加入蓝牙协议的支持，添加USB蓝牙适配器的驱动。

　　② 编译bluez的库和工具。从网上下载bluez-libs、bluez-utils和dbus库，用 ARM - Linux -gCC完成交叉编译，得到了arm版的bl

uez库和bluez的工具以及dbus-daemon工具。这是蓝牙适配器在ARM Linux的环境下正常工作所必需的。

　　③ 启动USB蓝牙适配器。要使USB蓝牙适配器正常工作，需要用到步骤②中编译得到的dbus-daemon工具和一些蓝牙工具(如hcIConfig、hcid等)。dbus是一个消息传递系统，应用程序间可通过它来相互传递消息。dbus-daemon是一个守护进程，是运行hcid所必需的，hcid用来读入hcid.conf文件。该文件是蓝牙设备的一个配置文件，在该配置文件中设置好蓝牙设备的类型、classid、配对码、设备是否可被搜索等其他的属性。

　　④ 实现文件传输。本系统采用OBEX协议的客户／服务器模式来传递采集到的图片文件，需要用到蓝牙的Object PUSH服务。首先用sdptool工具搜索到蓝牙手机的MAC地址以及Object PUSH服务所占用的频道，然后用rfcomm工具将该频道绑定到虚拟串口，最后运行obex_test完成文件的传输。

　　图4是采用Object PUSH服务来实现文件传输的流程。

　　结 语

　　本设计实现了ARM Linux环境下的 图像采集 工作，构建了ARM Linux下的蓝牙工作环境；通过蓝牙的OBEX协议和Object PUSH服务，实现了ARM Linux平台与蓝牙手机之间的文件传输。利用嵌入式系统和无线传输实现远程监控，符合数字化、网络化的发展趋势。