基于嵌入式Linux与S3C2410平台的视频采集

摘要：针对数字网络视频监控系统的需求，设计一种基于MPEG-4网络视频服务器。使用基于MPG440的MPEG-4实时视频压缩卡压缩采集到的音视频数据，利用循环队列实现音视频数据的压缩，同时运用多线程技术以及传输机制解决网络数据的传输，从而有效克制了画面不清晰、音视频不同步、马赛克等现象，保证客户监看时音视频实时性和同步性。经过实验证明，该方案经济高效，可应用在多种需要音视频监控的场合。

关键词：嵌入式系统；Linux；S3C2410；网络视频监控

随着计算机技术和网络技术的发展，在单片机领域也发生着日新月异的改变，如高速信号处理器、SoC片上系统等新技术、新应用如雨后春笋般蓬勃发展起来。在现实生活中经常会遇到这样一些问题：比如如何对机房的温湿度进行远程监控；如何一手掌握家里的安全状况，这都需要应用一种耗电量小、24小时不间断工作，体积小的远程视频监控系统。

针对网络视频监控设备的实际应用需求，结合图像采集压缩编码、嵌入式系统和网络技术等几方面的新技术，设计了一套嵌入式网络视频监控系统，用以实现视频数据的采集、压缩与网络传输。该系统基于S3C2410的ARM920T芯片和嵌入式Linux操作系统，采用USB摄像头捕捉视频，经MPG440芯片压缩编码，系统直接与网络相连，用户使用标准的网络浏览器和流媒体播放程序即可查看远程视频影像。

1 系统总体设计

系统总体设计包括硬件设计和软件设计2部分。硬件设计模块主要包括微控制器模块、压缩编码模块、网络接口模块3部分。微控制器模块主要由主控芯片、 DATAFLASH和SDRAM组成。其中，主控芯片是整个控制系统的核心，它负责整个系统的调度工作。DATAFLASH中固化了嵌入式Linux内核及其文件系统、应用软件和系统配置文件。SDRAM作为内存供系统运行使用。压缩编码模块由视频数据采集芯片、MPEG-4压缩编码芯片、SDRAM组成，负责将视频流转化为MPEG-4码流。网络接口模块主要是配合主控芯片传送MPEG-4码流。当系统启动时，微控制器将Linux内核调入SDRAM 中，系统从SDRAM中启动。系统启动后，微控制器控制MPEG-4编码模块进行工作。

软件设计部分主要包括嵌入式Linux移植、视频采集与MPEG-4压缩编码模块、JRTPLIB网络传输模块和MPEG-4解码程序4部分。嵌入式 Lin-ux系统存放到由S3C2410控制的DATAFLASH中，它负责整个系统软件的调度工作。MPEG-4压缩编码模块主要负责将采集到的视频流压缩为MPEG-4数据流。JRTPLIB网络传输模块主要负责MPEG-4视频流传输与控制的相关设置。MPEG-4解码程序主要负责对通过网络得到的 MPEG-4数据流进行解码工作。

2 硬件系统设计

系统的硬件平台采用Samsung公司的处理器S3C2410。该处理器内部集成了ARM公司ARM920T处理器核的32位微控制器，资源丰富：带独立的16 kB指令Cache和16 kB数据Cache，还有LCD控制器、RAM控制器、NAND闪存控制器、3路UART、4路DMA、4路带PWM的Timer、并行I／O口、8路 10位ADC、TouchScreen接口、I2C接口、I2S接口、2个USB接口控制器、2路SPI，主频最高可达203 MHz。在处理器丰富资源的基础上，还进行了相关的配置和扩展，平台配置了16 MB，16位的FLASH和64 MB，32位的SDRAM。通过以太网控制器芯片DM9000扩展了一个网口，另外引出了一个HOST、USB接口，通过在USB接口上外接一个带USB 接口的摄像头。硬件系统结构如图1所示。

3 软件系统设计

Linux具有内核小，效率高，源代码开放，内核直接提供网络支持等优点。但嵌入式系统的硬件资源毕竟有限，因此不能直接把Linux作为操作系统，要针对具体的应用通过配置内核、裁减shell和嵌入式C库对系统进行定制，使整个系统能够存放到容量较小的FLASH中。Linux的动态模块加载，使 Linux的裁减极为方便，高度模块化的部件使添加非常容易。嵌入式Linux系统主要由4个部分组成：引导内核启动的文件(bootloader)、Linux内核文件(kernel)、虚拟磁盘文件(ramdisk)、用户空间文件(user)。它们分别被放在 DATAFLASH内的4个分区模块中。根据不同模块的具体功能采用不同的文件系统，如：bootloader，kernel，ramdisk等，移植完成后不需要动态改变，使用较节省空间的ROM-FS只读文件系统；user模块内放置一些可以动态更新的配置文件等，需要进行较多的读写操作，所以使用支持动态擦写保存的JFFS2文件系统。基于Linux的上述优点，实现的平台使用操作系统μclinux。通常嵌入式系统软件的开发采用交叉编译调试方式。宿主机通常为Intel处理器，而目标板如图1所示为S3C2410，因此程序需要使用针对处理器特点的编译器才能生成在相应平台上可运行的代码。对于嵌入式Linux，宿主机PC上应安装Linux系统，之后在宿主机上建立交叉编译调试的开发环境。采用移植性很强的C语言在宿主机上编写视频采集程序，再利用交叉编译调试工具编译链接生成可执行代码，最后向目标平台移植。

Linux移植技术已经成熟，在此不做详细阐述，主要介绍USB摄像头驱动、基于V4L设计的视频采集模块和JRTPLIB网络传输模块的程序设计。

作者：归达伟 陕西广播电视大学   来源：现代电子技术