基于ARM Linux的圖像采集與藍牙傳輸 - 全文

　　嵌入式 Linux系統具有可移植性好、網絡功能強、優秀的GNU編譯工具、免費的開放源代碼等優點。S3C2410處理器是一款采用ARM920T結構，內部資源非常豐富的32位嵌入式處理器。USB攝像頭具有低廉的價格，良好的性能，加上Linux下有V4L支持對其編程，很容易集成到嵌入式系統中。藍牙技術是目前被認可的短距離無線通信技術，廣泛應用于手機、電腦以及汽車免提系統。

　　本文介紹基于嵌入式Linux的USB圖像采集系統，并通過構建好的嵌入式Linux下的藍牙環境將采集到的圖片傳送到藍牙手機上，實現監控功能。

　　1 軟硬件平臺概述

　　系統硬件平臺如圖1所示。該平臺軟件上采用嵌入式Linux操作系統；硬件上采用Samsung公司的S3C2410處理器，另外配置了64 MB的NAND Flash存儲器和64MB的SD RAM，通過以太網控制芯片CS8900擴展一個10M以太網接口。引出兩個USB主口，一個接USB攝像頭，一個接USB藍牙適配器；將通過USB攝像頭采集到的圖像數據輸出到緩沖區中，保存成文件，并通過藍牙傳輸到藍牙手機上。

　　2 攝像頭驅動

　　在Linux下已經支持的攝像頭驅動是采用ov511芯片的攝像頭。使用這款芯片的攝像頭有網眼2000／3000等系列，而現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內核中并沒有相關的驅動支持，但可以從網上下載到相關的spca5xx驅動。

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

　　3 Video4Linux簡介

　　Video4Linux（簡稱“V4L”）是Linux下用于獲取視頻和音頻數據的API接口，配合適當的視頻采集設備和相應的驅動程序，可以實現影像／圖片采集、AM／FM廣播、頻道切換等功能，在遠程會議、可視電話、視頻監控系統中都有廣泛的應用。

　　在Linux下，所有外設都被看成是一種特殊文件，稱為“設備文件”，可以像訪問普通文件一樣對其進行讀寫。一般來說，采用V4L驅動的攝像頭設備文件是／dev／v4l／video0。為了通用，可建立一個到／dev／video0的連接。

　　V4L支持兩種方式來捕獲圖像：mmap（內存映射方式）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據結構，在進行圖像的采集過程中，就是通過對這些數據的操作來獲得最終的圖像數據。

　　4 圖像采集

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

　　4.1 初始化攝像頭設備

　　指定要操作的攝像頭設備文件／dev／video0，調用open（）打開該設備文件，將自定義的數據結構vdIn中的成員初始化，包括設備名稱（vd-》videodevice）、要采集圖像的寬度（vd-》hdrwidth）和高度（vd-》hdrheight）、像素位數（vd-》bppIn）、幀大小（vd-》framesizeIn），為幀數據分配存儲空間（vd-》pFramebuffer）。

　　4.2 設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色板palette，這是一個必須設置的重要的參數。其他參數（如圖像色調、顏色、對比度等）可以先將VIDIOCGPICT傳遞給ioctl（）查看其默認值。

　　如果發覺以上的參數不符合采集圖像的規范，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（）來重新設置這些參數。

　　4.3 進行圖像采集

　　在圖像采集過程中，采用read方法直接讀取設備文件來獲取一幀數據保存到緩沖區中，通過convertframe（）函數將pFramebuffer中的數據轉成完整的JPEG格式的數據保存到ptframe緩存中去，再調用fwrite（）函數將pt-frame緩存中的JPEG格式數據寫入到指定的文件中去，即得到一幅JPEG格式的圖像。

　　5 藍牙傳輸

　　藍牙協議規范遵循開放系統互連參考模型（OpenSystem Interconnection／Referenced Model，OSI／RM），從低到高地定義了藍牙協議堆棧的各個層次，如圖3所示。

　　在藍牙協議體系中，OBEX位于RFCOMM之上。OBEX提供了對象的表示模型，并通過“Put”和“Get”操作傳輸對象。設備間的對話遵循客戶和服務器間的請求—響應模式。OBEX會話開始由客戶端發出連接請求，連接建立成功后服務器發送成功的連接響應，否則發送連接不成功的連接響應。在連接之后，客戶端可以通過Put請求向服務器“推送（Push）”對象，如果對象較大，Put請求可以使用多個Put請求分組，每個請求分組需返回一個Put響應分組。本系統將采集到的圖片保存到／tmp／cap.jpeg，現在要將圖片通過藍牙傳輸到藍牙手機上。具體實現過程如下：

　　① 在內核中打上藍牙補丁，加入藍牙協議的支持，添加USB藍牙適配器的驅動。

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

　　③ 啟動USB藍牙適配器。要使USB藍牙適配器正常工作，需要用到步驟②中編譯得到的dbus-daemon工具和一些藍牙工具（如hciconfig、hcid等）。dbus是一個消息傳遞系統，應用程序間可通過它來相互傳遞消息。dbus-daemon是一個守護進程，是運行hcid所必需的，hcid用來讀入hcid.conf文件。該文件是藍牙設備的一個配置文件，在該配置文件中設置好藍牙設備的類型、classid、配對碼、設備是否可被搜索等其他的屬性。

　　④ 實現文件傳輸。本系統采用OBEX協議的客戶／服務器模式來傳遞采集到的圖片文件，需要用到藍牙的Object PUSH服務。首先用sdptool工具搜索到藍牙手機的MAC地址以及Object PUSH服務所占用的頻道，然后用rfcomm工具將該頻道綁定到虛擬串口，最后運行obex_test完成文件的傳輸。

　　圖4是采用Object PUSH服務來實現文件傳輸的流程。