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1、第 27 卷第 2 期Vol 27 No 2荆楚理工学院学报Journal of Jingchu University of Technology2012 年 2 月Feb 2012 收稿日期2011 11 30 作者简介骆舒萍(1981 )，女，福建泉州人，黎明职业大学实验师，硕士。研究方向:电子与通信技术。基于 S3C2440 的楼宇安防数字视频采集系统的设计骆舒萍(黎明职业大学 实验实训部，福建 泉州362000)摘要以三星公司的嵌入式微处理器 S3C2440A 为硬件核心，采用数字化网络传输，通过 SCCB 传输协议实现与 CMOS 图像传感器 OV9650 的接口设计，构建了高度集成
2、的嵌入式数字视频数据的采集和播放平台。关键词S3C2440;OV9650;SCCB;数字视频 中图分类号 TN911 7 文献标识码 A 文章编号 1008 4657(2012)02 0027 060引言近年来伴随着嵌入式技术、网络通信技术和多媒体技术的快速发展，各行各业信息化智能化程度的不断深入，嵌入式远程监控系统在各个领域广泛的应用前景，视频采集技术也获得了极大的发展并得到了广泛的应用，例如楼宇安防系统、工业监控系统等。本文提出了一种基于 S3C2440A 平台构建数字视频采集系统的设计，实现了视频信号的数字化网络传输，给出了系统硬件电路的设计，分析了系统的功能及软件实现的设计思路，该设计
3、具有体积小、功耗低、应用灵活、集成度高等特点。1硬件电路的设计及实现1 1数字视频采集系统硬件设计平台本系统主要采用模块化的设计方式，主要由 ARM9 核心模块、视频采集模块、外设控制模块、存储器、网络模块等部分组成。ARM9 核心模块负责控制各功能模块工作，其他模块都通过总线与其通信。系统硬件平台设计框图如图 1 所示。1 2主要功能模块1 2 1微处理器 S3C2440A微处理器 S3C2440A 是一款高性能、低功耗、体积小、支持多种嵌入式操作系统的 CPU。它是整个系统的控制核心，负责采集数据、数据计算、指令处理、图像分析处理等任务。S3C2440A 提供了丰富的外围接口，自带标准的摄
4、像头接口控制单元，简称 CAMIF，无需接口转换电路，便可以和摄像头直接连接使用。而且该摄像头控制单元将进行视频采集的相关配置，包括视频采集的操作、视频输出的方式以及定义目标窗口大小和比例分割尺度等1。1 2 2OV9650 摄像头模块OV9650 摄像头芯片是一款低压的 CMOS 图像传感器。它采用彩色 CMOS SXGA 技术，将一个全功能的单芯片 SXGA(1 280*1 024)摄像头和图像处理器封装成一个很小的区域。该芯片像素达到 130万像素，数据输出格式有 YcbCr4:2:2、YUV4:2:2、8bit Bayer data、RGB565、RGB555、CCIR656。OV96
5、5072图 1数字视频采集系统硬件平台设计框图具有图像编辑能力，在 SXGA 辨别下，完全由用户控制图像质量、格式及输出数据传送，处理速度高达每秒 15 帧。所有必需的图像处理功能(包括暴光控制、gamma 校正、白电平平衡、彩色饱和度、色调控制、白像素对消、消除噪声等)都可以通过 SCCB 总线编程控制。1 2 3外设控制模块外设控制模块包含 JTAG 接口、USB 主/从口、LCD 与触摸屏、电源与复位电路等。JTAG 接口主要用于加载 Bootloader 程序和系统硬件调试;USB 接口可外接移动硬盘、U 盘和鼠标等，扩展存储空间;LCD 与触摸屏起到人机交互的作用;电源电路为微处理器
6、相关外设提供电压(如 5 V、3 3 V、1 3 V);复位电路用于系统出现异常时重启。1 2 4SCCB 传输协议SCCB 是 OmniVision 公司定制的一种串行摄像头控制总线(Serial Camera Control Bus)，目前大多数 OV 公司的 CMOS 图像传感器都采用 SCCB 作为控制总线。它是一种 3 线串行总线，由 SCCB_E、SIO_C、SIO_D 组成，通过它用户可以很方便地对芯片进行编程操作以实现对摄像头输出图像的处理。在简化芯片引脚，SCCB 可以在 2 线串行模式下，芯片封装缩减为 2 根线，SIO_C 和 SIO_D，相当于简化的I2C 协议。1 3
7、数字视频采集电路的原理图及工作原理1 3 1数字视频采集接口设计原理图图 2 所示为 S3C2440 与 OV9650 视频采集接口设计框图，原理图见图 3。图 2S3C2440 与 OV9650 视频采集接口设计框图82如图 2 所示，S3C2440A 摄像头接口主要包含一个输出主时钟信号 CAMCLKOUT，三个来自摄像头的输入同步时钟信号即像素同步 CAMPCLK、帧同步时钟 CAMVSYNC 和行同步时钟 CAMHREF，一个输出复位信号 CAMRESET 以及 8 位来自摄像头的输入数据信号 CAMDATA 7:0，它们分别和摄像头OV9650 相应的信号引脚相连。S3C2440A
8、采用 IIC 总线接口的形式，其中的 IICSDL、IICSCL 分别与OV9650 的 SIO C、SIO D 相连接，通过 SCCB 总线初始化 OV9650 内部寄存器参数。由于本文采用YCbCr 格式，因而 OV9650 的数据接口 Y0 和 Y1 在这都没有使用到，摄像头接口的输入信号 CAMDATA 7:0与 OV9650 的数据接口 Y 9:2 相连接。PWDNA1AVDDA2SIO_DA3Y2A4Y4A5VREFB1NVDDB2AGNDB3HREFE1DOVDDE2RESETE3Y8E4Y6E5PCLKF1XVCLK1F2DOGNDF3Y9F4Y7F5SIO_CB4Y3B5Y1
9、D1VSYNCD2NCD3NCD4Y0C1DVDDC2NCC3Y5C4U?OV9650123456789101112131415161718192021222324J10CON24DAMDATA0DAMDATA1DAMDATA2DAMDATA3DAMDATA4DAMDATA5DAMDATA6DAMDATA7DAMDATA8DAMDATA9DAMDATA0DAMDATA1DAMDATA2DAMDATA3DAMDATA4DAMDATA5DAMDATA6DAMDATA7DAMDATA8DAMDATA9NCAGNDSIO_DAVDDSIO_CRESETVSYNCPWDNHREFDVDDDOVDDXVC
10、LK1DGNDPCLKC10.1UF0.1UFC30.1UFC40.1UFC50.1UFSIO_CSIO_DAVDDPWDNDGNDXVCLK1PCLKRESETDOVDDHREFVCC33AVDD2.8DVDD1.8VSYNC图 3视频采集接口原理图1 3 2数字视频采集的工作时序及原理OV9650 作为前端传感器，只能工作在从模式下，因此由 S3C2440 作为主机对 OV9650 进行配置。其中配置的参数包括采用何种分辨率标准，以及输出数据的格式等。首先 S3C2440A 提供 24 MHz 的时钟采样频率 CAMCLKOUT，然后 OV9650 根据该时钟信号产生三个同步时钟信号反过来
11、再送回S3C2440，摄像头自动控制曝光产生数据输出时钟，帧同步是通过检测 VSYNC 与 HREF 来进行。数据采集的工作时序如图 4 所示。图 4数据采集工作时序图OV9650 将采集到的图像信号以 YCbCr(4:2:2)的格式输出。视频采样开始后，在每一个 CAMP-CLK 信号下从高到低传输一个像素数据，即对应传输一个 8 位的 Y 或者 Cb、Cr 图像数据，每个像素的数据在 PCLK 的小跳沿有效。当一行数据传送后会触发一个水平的同步信号(CAMHREF)，表示新一92行传送开始。当一帧数据传送后会触发一个帧同步信号(CAMVSYNC)，表示新一帧采集开始2。CAMVSYNC 这
12、个脉冲信号作为 S3C2440 的一个视频采样中断，初始化 DMA 控制器，同时也用来场消隐。采集到的视频数据采用 DMA 方式传输存入寄存器，大大提高了采集速率。S3C2440 摄像接口与DMA 之间视频码流的传输方式有两种，即 S3C2440 摄像接口有两个相互独立的 DMA 通道 P 通道(预览通道)和 C 通道(编解码通道)。P 通道主要是把采用到的图像数据转换成用于视频显示的 RGB图像数据并存储;C 通道主要是存储用于编解码的 YCbCr 图像数据。本系统主要是把 OV9650 采集到的视频信息实时显示在 LCD 上，因此采用 P 通道。2视频采集应用软件的设计视频功能分为视频图像
13、的采集和视频图像的播放。视频图像采集的程序流程图如图 5 所示。?!#spfs.s#$%&?()?*+,?-.YN?LCD/0()?1#23&45?LCD 67?89*+:;1:;0NY图 5视频采集程序主流程图1)初始化设备。其中包含 S3C2440A 摄像头接口 CAMIF 和摄像头 OV9650 两个模块的初始化，CAMIF 的初始化即是对 S3C2440 摄像控制单元进行视频采集的配置，包括设置捕获图像的宽、高、偏移、输入格式、输出格式、采用频率和缓冲区地址等;OV9650 模块的初始化包括配置寄存器、配置格式等，初始化主要程序如下:int OV9650(void)int ret;in
14、it_yuvtable();afxts3c2440_cam_gpio_init();/IO 口初始化afxts3c2440_camif_init();/寄存器初始化CamModuleReset();/摄像头复位OV9650_init();ret=check_OV9650();/判断 ov9650 准备完毕if(ret)return ret;03OV9650_config();/配置格式return 0;void Camera(void)int i;CamReset();/初始化 camifrCLKCON|=(1 19);/enable camclkCamPortSet();ChangeUPll
15、Value(56，2，1);/UPLL clock=96MHz，PLL input 12MHzrCLKDIVN|=(1 3);/UCLK 48MHz setting for UPLL 96MHz/0:48MHz，1:24MHz，2:16MHz，3:12MHz /Camera clock=UPLL/(CAMCLK_DIV+1)X2SetCAMClockDivider(CAMCLK24000000);/设置摄像头时钟 24MHz s5x532，OV9650i=OV9650();if(i)return;CamPreview();rCLKCON =(1 19);/disable camclk2)判断是
16、否进行视频采集。如果是则将视频数据进行滤波，压缩后存入视频发送文件 spfs s 中，并设置相应的标志位;若不采集视频则查看判断状态标志是否有视频数据，然后初始化液晶显示 LCD，这里包括:LCD 端口的初始化，函数为 static void Lcd_Port_init(void)、LCD 控制器的初始化，函数为 static void Lcd_init(void)，主要目的是定义 LCD 的控制引脚、配置相关寄存器 LCDCON1 5，LCDSADDR1 3、LCDINTM-SK 和 TPAL 寄存器。接着找到相应的视频文本文件 spjs s，提取图像数据并还原，最后送入 LCD 液晶显示。
17、视频采集的部分程序如下:void CamCaptureStart(U32 mode)/视频采集开始if(modeCAM_CODEC_SCALER_CAPTURE_ENABLE_BIT)camCodecStatus=CAM_STARTED;rCICOSCCTRL|=CAM_CODEC_SACLER_START_BIT;if(modeCAM_PVIEW_SCALER_CAPTURE_ENABLE_BIT)camPviewStatus=CAM_STARTED;rCIPRSCCTRL|=CAM_PVIEW_SACLER_START_BIT;if(modeCAM_CAMIF_GLOBAL_CAPTURE
18、_ENABLE_BIT)camCodecStatus=CAM_STARTED;rCICOSCCTRL|=CAM_CAMIF_GLOBAL_CAPTURE_ENABLE_BIT;rCIIMGCPT|=CAM_CAMIF_GLOBAL_CAPTURE_ENABLE_BIT|mode;13void CamCaptureStop(void)/视频采集结束camCodecStatus=CAM_STOP_ISSUED;camPviewStatus=CAM_STOP_ISSUED;3结束语本系统利用 S3C2440A 留有的专用的视频接口，通过 SCCB 串行总线传输控制信号，通过 8 根并行的数据线把采集
19、到的视频数据直接送给 CPU。其与一般的嵌入式 CPU 结合 USB 摄像头的接法相比，既可以充分利用处理器芯片的接口，又可以省去并行数据转串行数据的芯片 OV511，同时还可以空出一个USB 接口3。虽然在灵活性上较 USB 摄像头差一些，但是在集成度、实时性和成本上都得到了较大的提高，在小区安防、交通、银行、商场和工业监控等方面都具有很好的实用价值。参考文献 1黎燕霞，李扬，刘奕宏，等 基于 S3C2440 的视频采集驱动设计 J 仪器仪表用户，2009，16(3):98 99 2王雪，周显军，李众立，等 基于 S3C2440 检测系统的设计与应用 J 微计算机信息，2009(25):11
20、3 115 3王玉琪 基于 S3C2440 的网络视频监控系统的设计与开发 D 长春:吉林大学，2009 责任编辑:寸晓非櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊(上接第 26 页)4结论基于多基态修正模型的校园时态 GIS 系统以管理校园各类地理空间对象和属性信息为核心，实现了空间信息管理、属性信息管理、空间信息查询、属性信息查询、空间分析、系统管理等功能。区别于其它静态校园 GIS 系统，本系统特色是将时间属性引入到校园 GIS 中，以多基态修正模型为时空数据模型，实现了校园重现历史和跟踪变化时空分析功能，为校园的发展规划、资源优化及科学管理
21、提供可靠的科学依据。参考文献 1周宇，李芳平，兰宇 校园 GIS 信息系统的平台构建 J 电脑知识与技术，2008(3):408 411 2王晓栋 TGIS 数据模型和土地利用动态监测数据库的实现 J 清华大学学报(自然科学版)，2004，40(1):15 18 3罗年学 时空对象模型及其在地籍信息系统中的应用研究 D 武汉:武汉大学，2002 4陈志泊，陆守一 TGIS 中的时空数据模型的研究进展 J 河北林果研究，2003，18(4):395 400 5闫宏斌 时态 G I S 数据模型及基态修正时空数据模型的扩展 J 三晋测绘，2002，9(3/4):41 42 6刘仁义，刘南，苏国中 时空数据库基态修正模型的扩展 J 浙江大学学报(理学版)，2000，27(2):196 200 7余志文，张利田，邬永宏 基态修正时空数据模型的进一步扩展 J 中山大学学报(自然科学版)，2003，42(1):100103 8任丽燕，聂宜民 基于 GIS 的校园基础设施管理系统建设 J 吉林农业大学学报，2004，26(2):223 227 责任编辑:寸晓非23