基于ARM Linux的圖像采集與藍(lán)牙傳輸

嵌入式Linux系統(tǒng)具有可移植性好、網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)、優(yōu)秀的GNU編譯工具、免費(fèi)的開放源代碼等優(yōu)點(diǎn)。S3C2410處理器是一款采用ARM920T結(jié)構(gòu)，內(nèi)部資源非常豐富的32位嵌入式處理器。USB攝像頭具有低廉的價(jià)格，良好的性能，加上Linux下有V4L支持對(duì)其編程，很容易集成到嵌入式系統(tǒng)中。藍(lán)牙技術(shù)是目前被認(rèn)可的短距離無線通信技術(shù)，廣泛應(yīng)用于手機(jī)、電腦以及汽車免提系統(tǒng)。

本文介紹基于嵌入式Linux的USB圖像采集系統(tǒng)，并通過構(gòu)建好的嵌入式Linux下的藍(lán)牙環(huán)境將采集到的圖片傳送到藍(lán)牙手機(jī)上，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能。

1 軟硬件平臺(tái)概述

系統(tǒng)硬件平臺(tái)如圖1所示。該平臺(tái)軟件上采用嵌入式Linux操作系統(tǒng);硬件上采用Samsung公司的S3C2410處理器，另外配置了64 MB的NAND Flash存儲(chǔ)器和64MB的SDRAM，通過以太網(wǎng)控制芯片CS8900擴(kuò)展一個(gè)10M以太網(wǎng)接口。引出兩個(gè)USB主口，一個(gè)接USB攝像頭，一個(gè)接USB藍(lán)牙適配器;將通過USB攝像頭采集到的圖像數(shù)據(jù)輸出到緩沖區(qū)中，保存成文件，并通過藍(lán)牙傳輸到藍(lán)牙手機(jī)上。

2 攝像頭驅(qū)動(dòng)

在Linux下已經(jīng)支持的攝像頭驅(qū)動(dòng)是采用ov511芯片的攝像頭。使用這款芯片的攝像頭有網(wǎng)眼2000/3000等系列，而現(xiàn)在市面上常見的攝像頭芯片大多采用中芯微的zc0301、zc0302和zc0303等。Linux內(nèi)核中并沒有相關(guān)的驅(qū)動(dòng)支持，但可以從網(wǎng)上下載到相關(guān)的spca5xx驅(qū)動(dòng)。

本系統(tǒng)就采用市面上最常用的zc0301p1芯片的攝像頭。由于是用于ARM開發(fā)板上，可以下載專用于嵌入式Linux的spca5xx-LE驅(qū)動(dòng)，LE版的驅(qū)動(dòng)最大限度地減少了內(nèi)存的使用，符合嵌入式的需要。將下載的驅(qū)動(dòng)加入到內(nèi)核中，修改Makefile和Kconfig文件，在內(nèi)核中選中USB_SPCA5XX，編譯后就將攝像頭的驅(qū)動(dòng)加入到內(nèi)核映像中了。

3 Video4Linux簡(jiǎn)介

Video4Linux(簡(jiǎn)稱“V4L”)是Linux下用于獲取視頻和音頻數(shù)據(jù)的API接口，配合適當(dāng)?shù)囊曨l采集設(shè)備和相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，可以實(shí)現(xiàn)影像/圖片采集、AM/FM廣播、頻道切換等功能，在遠(yuǎn)程會(huì)議、可視電話、視頻監(jiān)控系統(tǒng)中都有廣泛的應(yīng)用。

在Linux下，所有外設(shè)都被看成是一種特殊文件，稱為“設(shè)備文件”，可以像訪問普通文件一樣對(duì)其進(jìn)行讀寫。一般來說，采用V4L驅(qū)動(dòng)的攝像頭設(shè)備文件是/dev/v4l/video0。為了通用，可建立一個(gè)到/dev/video0的連接。

V4L支持兩種方式來捕獲圖像：mmap(內(nèi)存映射方式)和read(直接讀取方式)。

V4L在include/linux/videodev.h文件中定義了一些重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行圖像的采集過程中，就是通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的操作來獲得最終的圖像數(shù)據(jù)。

4 圖像采集

在圖像采集過程中，采用V4L的read方式直接讀取設(shè)備來獲取JPEG格式的圖像數(shù)據(jù)，具體流程如圖2所示。

4.1 初始化攝像頭設(shè)備

指定要操作的攝像頭設(shè)備文件/dev/video0，調(diào)用open()打開該設(shè)備文件，將自定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)vdIn中的成員初始化，包括設(shè)備名稱 (vd->videodevice)、要采集圖像的寬度(vd->hdrwidth)和高度(vd->hdrheight)、像素位數(shù) (vd->bppIn)、幀大小(vd->framesizeIn)，為幀數(shù)據(jù)分配存儲(chǔ)空間(vd->pFramebuffer)。

4.2 設(shè)定待采集圖像的各種屬性

zc0301p1攝像頭支持JPEG格式的圖像采集，定義VIDEO_PALETTE_JPEG為21，將其賦值給圖像幀的調(diào)色板palette，這是一個(gè)必須設(shè)置的重要的參數(shù)。其他參數(shù)(如圖像色調(diào)、顏色、對(duì)比度等)可以先將VIDIOCGPICT傳遞給ioctl()查看其默認(rèn)值。

如果發(fā)覺以上的參數(shù)不符合采集圖像的規(guī)范，則可以將pict.brightness、pict.colour、pict.contrast、 pict.white-ness、pict.depth等重新賦值，再將VIDIOCSPICT傳遞給ioctl()來重新設(shè)置這些參數(shù)。

4.3 進(jìn)行圖像采集

在圖像采集過程中，采用read方法直接讀取設(shè)備文件來獲取一幀數(shù)據(jù)保存到緩沖區(qū)中，通過convertframe()函數(shù)將 pFramebuffer中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成完整的JPEG格式的數(shù)據(jù)保存到ptframe緩存中去，再調(diào)用fwrite()函數(shù)將pt-frame緩存中的 JPEG格式數(shù)據(jù)寫入到指定的文件中去，即得到一幅JPEG格式的圖像。

5 藍(lán)牙傳輸

藍(lán)牙協(xié)議規(guī)范遵循開放系統(tǒng)互連參考模型(OpenSystem Interconnection/Referenced Model，OSI/RM)，從低到高地定義了藍(lán)牙協(xié)議堆棧的各個(gè)層次，如圖3所示。

在藍(lán)牙協(xié)議體系中，OBEX位于RFCOMM 之上。OBEX提供了對(duì)象的表示模型，并通過“Put”和“Get”操作傳輸對(duì)象。設(shè)備間的對(duì)話遵循客戶和服務(wù)器間的請(qǐng)求—響應(yīng)模式。OBEX會(huì)話開始由客戶端發(fā)出連接請(qǐng)求，連接建立成功后服務(wù)器發(fā)送成功的連接響應(yīng)，否則發(fā)送連接不成功的連接響應(yīng)。在連接之后，客戶端可以通過Put請(qǐng)求向服務(wù)器“推送 (Push)”對(duì)象，如果對(duì)象較大，Put請(qǐng)求可以使用多個(gè)Put請(qǐng)求分組，每個(gè)請(qǐng)求分組需返回一個(gè)Put響應(yīng)分組。本系統(tǒng)將采集到的圖片保存到/tmp/cap.jpeg，現(xiàn)在要將圖片通過藍(lán)牙傳輸到藍(lán)牙手機(jī)上。具體實(shí)現(xiàn)過程如下：

① 在內(nèi)核中打上藍(lán)牙補(bǔ)丁，加入藍(lán)牙協(xié)議的支持，添加USB藍(lán)牙適配器的驅(qū)動(dòng)。

② 編譯bluez的庫(kù)和工具。從網(wǎng)上下載bluez-libs、bluez-utils和dbus庫(kù)，用arm-linux-gcc完成交叉編譯，得到了arm版的bluez庫(kù)和bluez的工具以及dbus-daemon工具。這是藍(lán)牙適配器在ARM Linux的環(huán)境下正常工作所必需的。

③ 啟動(dòng)USB藍(lán)牙適配器。要使USB藍(lán)牙適配器正常工作，需要用到步驟②中編譯得到的dbus-daemon工具和一些藍(lán)牙工具(如hciconfig、hcid等)。dbus是一個(gè)消息傳遞系統(tǒng)，應(yīng)用程序間可通過它來相互傳遞消息。dbus-daemon是一個(gè)守護(hù)進(jìn)程，是運(yùn)行hcid所必需的，hcid用來讀入hcid.conf文件。該文件是藍(lán)牙設(shè)備的一個(gè)配置文件，在該配置文件中設(shè)置好藍(lán)牙設(shè)備的類型、classid、配對(duì)碼、設(shè)備是否可被搜索等其他的屬性。

④ 實(shí)現(xiàn)文件傳輸。本系統(tǒng)采用OBEX協(xié)議的客戶/服務(wù)器模式來傳遞采集到的圖片文件，需要用到藍(lán)牙的Object PUSH服務(wù)。首先用sdptool工具搜索到藍(lán)牙手機(jī)的MAC地址以及Object PUSH服務(wù)所占用的頻道，然后用rfcomm工具將該頻道綁定到虛擬串口，最后運(yùn)行obex_test完成文件的傳輸。

圖4是采用Object PUSH服務(wù)來實(shí)現(xiàn)文件傳輸?shù)牧鞒獭?/p>

結(jié) 語

本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了ARM Linux環(huán)境下的圖像采集工作，構(gòu)建了ARM Linux下的藍(lán)牙工作環(huán)境;通過藍(lán)牙的OBEX協(xié)議和Object PUSH服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了ARM Linux平臺(tái)與藍(lán)牙手機(jī)之間的文件傳輸。利用嵌入式系統(tǒng)和無線傳輸實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，符合數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢(shì)。