基于ARM和CCD的视频采集模块驱动设计索尼摄像机说明书

2018年12月30日 13:04来源:分分彩手机版

基于ARM和CCD的视频采集模块驱动设计索尼摄像机说明书

摘要:宠物智能喂养系统是一种高效的远程喂养系统,可以通过WEB及移动终端(平板、手机)远程控制宠物的科学喂食和喂水。文中以S3C6 410为核心处理器、红外CCD摄像头为视频采集模块以及为视频解码器,构建了高度集成的嵌入式实时视频采集平台,在此基础上完成了宠物智能喂养系统的设计。该设计具有体积小、成本低、功耗低、稳定性高、安全性好、操作便利等特点,极好地满足了智能科学喂养宠物的需求。文中提出了一种适用于该喂养系统的视频采集驱动设计方案,在Linux3.0.1版本内核下,以Linux下处理视频设备的最新标准-V4L2为基准完成驱动程序编写。通过实验证明该方案能成功实现视频数据的采集。

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随着我国社会经济的快速发展,城市化进程不断加速。我国国民生活水平不断得到提高,我国宠物业也得到了飞速的发展。由于城市生活的封闭性、个性化和人口老龄化等问题不断凸显出来。人民生活中休闲、消费和情感寄托方式也呈多样化的发展。家庭宠物的饲养已经成为了城市居民生活消遣的新方式。

宠物的喂养和看护往往是宠物主人最关心的问题,目前宠物主要还是依靠人工进行喂食,宠物看护系统还停留在专人看护和宠物店托管的模式下。现有的宠物看护装置只解决了不让宠物饿肚子的简单层面,而没有解决主人不在家时,宠物和主人的互动要求。主人比较关心的问题,比如宠物现在在做什么,有没有吃饭,宠物健康状况怎么样等,这些心理诉求的满足才是一套宠物看护系统要解决的问题。而现在的设备还不能满足这一需求。

目前的家庭宠物看护系统为数不多,算得上看护系统的产品功能单一,只是简单的测量宠物环境和喂食,不能同时满足用户既可以远程喂养宠物又可以在线观看宠物进食情况和活动状况的需求。近年来随着嵌入式技术迅速的发展,嵌入式系统已经成熟并得到广泛应用,把嵌入式系统与Web技术结合起来,将Web技术引入到测控系统,实现基于嵌入式Web服务器的远程测控系统,有良好的应用前景。在嵌入式Linux平台下利用Boa作为Web服务器的远程测控系统可以实现上述需求,搭载有高度集成的嵌入式实时视频采集平台的宠物智能喂养系统能很好的满足客户的不同需求。通过嵌入式实时视频采集平台上的红外CCD摄像头,宠物主人可以在白天或者晚上用智能手机、平板电脑、PC电脑等通过WEB控制宠物进食同时可以查看宠物进食和活动情况。

在本系统中,驱动程序用来完成用户和硬件的交互,是硬件设备正常工作的先决条件,充当着不可缺少的角色。本文提出一种基于S3C64 10的Linux3.0.1内核版本下的视频采集系统驱动设计方案,并已成功用于宠物智能喂养系统中,收到良好的效果。

1 硬件系统构架

宠物智能喂养系统主要由图像采集模块、视频解码模块、S3C6410、喂食模块、喂水模块和显示模块组成。红外CCD摄像头用于采集智能喂养系统工作状态中的宠物的进食和活动情况图像,由于S3C6410不能识别采集到的PAL制式信号,因此需要做视频解码处理,这里选用TI公司推出的Tvp5150解码器,用于将采集到的PAL制式信号转换成YCrCb格式。S3C6410是整个系统的核心部分,转换后的数字信号数据经编码DMA通道进入Camera单元的编码缩放器,经过高编码质量和压缩比的H264编码后保存到用户程序开辟的缓存区中,然后传输到live555流媒体服务器接收程序中,live555实现了对编码后视频流的流化和相关的处理,最后通过嵌入网页端的流媒体播放器VLC media player播放器实时显示。系统中的喂食模块可以实现宠物所需食物的定量投放,喂水模块可以实现自动喂水和远程喂水的功能。另外为了方便对图像进行相关处理,需要NAND FLASH用于存储截取的图像,同时,SDRAM、JTAG和供电部分等常用外围接口是开发过程中不可缺少的部分。由此搭建的高度集成的实时视频采集系统具有显著的小型化效果。系统整体框架如图1所示。

基于ARM和CCD的视频采集模块驱动设计索尼摄像机说明书

1.1 S3C6410开发平台

S3C6410是基于16/32-bit RISC ARM1176JZF-S内核的低成本、低功耗、高性能微处理器,具有高达533 MHz的主频,4 G ROM和512 M RAM,性能强大,堪比当今主流智能手机。S3C6410内部集成了许多功能强大的硬件加速器,像视频处理、移动图像处理、显示控制和图像缩放等,集成了Camera接口单元、系统管理器、LCD控制器、定时器、通用I/O端口、I2C总线接口等硬件外设,具有先进的OTG接口和能支持SLC/MLC等主流的NAND FLASH。与本系统直接相关的Camera接口单元由7个模块组成:图形多路选择器、捕获单元、预览缩放器、编码缩放器、预览DMA通道、编码DMA通道和SFR(特殊功能寄存器)。系统中的两个DMA通道分别是:预览DMA通道和编码DMA通道,其中预览DMA通道用于液晶屏的显示,可以把YCbCr4:2:2格式的图像转换成RGB格式的数据,并存放于为预览DMA分配的内存中。编码通道用于图像的编解码处理,可以输出YCbCr4:2:0或YCbCr4:2:2格式到为编码DMA分配的内存中。

1.2 红外CCD摄像头和TVP5150视频解码器

系统中的红外CCD摄像头采用优质的1/3英寸SONYCCD芯片,优异的红外夜视功能,内置24颗红外灯,夜视距离达5~10 m。其技术参数:DC 12 V 220 mA,红外灯打开时DC 12 V 1 000 mA,420 TVL,像素频率27 MHz,输出PAL制式视频信号。

TVP5150是TI公司推出的一款超低功耗高性能视频解码器,可以对NTSC/PAL/SECAM各制式信号自动识别、切换、设置相应的寄存器,TVP5150解码器优化的架构使其正常工作时功耗仅115 mW,广泛应用于便携、批量大、高性能和高质量的视频产品中。TVP5150解码器有一个模拟输入通道,可以接受1路S—VIDEO信号或2路复合视频信号(CVBS),红外CCD摄像头采集到的图像以每秒25帧的速度向TVP5150输出PAL制式的图像数据,TVP5150对输入的PAL制式信号进行自动识别并进行A/D转换,转换为符合ITU—R BT.656标准的8位数字YCbCr4:2:2信号。ITU —R BT.656是ITU—R BT.601附件A中的数字接口标准,ITU-R BT.656输出8位Y:Cb:Cr=4:2:2的数据格式,同步信号内嵌于数据流中串行输出,也可以单独引脚与数据流并行输出。TVP5150可以输出8位4:2:2的ITU—R BT.656信号或8位4:2:2的ITU—R BT.601信号,这和S3C6410的Camera模块的输入信号格式一致,为视频格式转换节省了大量工作,TVP5150解码器内部含有多个特殊功能寄存器,可被编程使用I2C串行接口,用户通过I2C总线设置外部视频解码芯片TVP5150的内部寄存器,从而设定工作状态。TVP5150芯片的原理图如图2所示。

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