基于ARM的嵌入式无线视频采集系统设计方案

3 系统软件结构

　　本嵌入式远程视频监控系统软件由摄像头驱动模块、图像采集模块、H.264图像压缩模块、嵌入式Web服务器组成。摄像头驱动模块实现摄像头在Linux操作系统下的正常工作，并为应用程序提供接口。图像采集程序获取摄像头传送过来的图像信息并进行暂存。H.264压缩模块完成对原始图像的编码处理。嵌入式Web服务器实现图像数据处理与网络传输。嵌入式Web服务器一般由5个主要模块组成：嵌入式HTTP引擎、安全模块、应用程序接口、文件系统和配置模块。由于开发平台采用的嵌入式操作系统为ARMLinux，具有成熟的文件系统，提供文件访问的接口，可以直接使用文件系统提供的读写接口访问嵌入式Web资源文件，不需要另外设计文件系统。嵌入式视频监控系统软件体系结构如图3所示。

图3 嵌入式视频监控系统软件体系结构

　　3.1 摄像头驱动程序设计

　　图像的采集工作由图像传感器MI360和视频压缩芯片ZC0301完成，ZC0301通过USB接口和S3C2410相连，因此驱动程序主要是对Linux下USB驱动程序的开发，ZC0301的驱动独立开发难度较大，主要是既要考虑图像采集芯片的驱动，还要考虑USB的驱动，且Vimicro没有公布ZC0301的详细技术资料。Linux下ZC0301的驱动程序有开源代码，根据本系统的开发平台进行修改、移植、重新编译内核等操作可以完成ZC0301的驱动程序。

　　3.2 图像采集模块设计

　　Video4linux（V4L）是Linux的影像串流系统与嵌入式影像系统的基础，是LinuxKernel中支持影像设备的一组APIs，配合适当的视频采集卡与视频采集卡驱动程序，可以实现影像采集、AM/FM无线广播、影像CODEC、视频切换等功能。Video4linux为二层式架构，上层为Video4linux驱动程序本身，下层架构则是影像设备的驱动程序。这里用到的是Video4linux的上层驱动程序，即Video4linux本身所提供给程序开发人员的APIs。

　　Video4linux视频图像采集流程如图4所示。

图4 Video4linux视频图像采集流程图

　　3.3 H.264图像压缩模块设计

　　H.264是ITU-T视频编码专家组（VCEG）和ISO/IEC活动图像编码专家组（MPEG）的联合视频组（JVT）开发的一个新的数字视频编码标准。在技术上，H.264标准有很多优势，如统一的VLC符号编码，高精度、多模式的位移估计，基于4×4块的整数变换、分层的编码语法等。这些措施使得H.264算法具有很高的编码效率，在相同的重建图像质量下能够比H.263降低50%左右的码率。

　　H.264的码流结构网络适应性强，增加了差错恢复能力，能够很好地适应IP和无线网络。H.264能以较低的数据速率传送基于IP的视频流，在视频质量、压缩效率和数据包恢复丢失等方面，超越了现有的MPEG-2、MPEG-4和H.26x视频通信标准，更适合窄带传输，是目前监控系统最为理想的信源压缩编码标准。