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摘 要：随着社会经济和技术的迅猛发展，人们对图像采集的实时性和远距离传输的要求越来越高，传统的图像采集系统已经不能适应这种社会发展的要求了。本文根据当前实时图像采集的现状和发展趋势，提出了一种新的实时图像采集的设计方案，低成本、低功耗。它以ARM处理器为控制核心，以图像传感器作为实时数据的获取设备，以GPRS无线模块为传输设备的系统结构，实现了复杂环境下的实时图像采集和远距离传输的功能。
关键词：实时图像采集；ARM；GPRS；嵌入式Linux
中图分类号：TP274.2
本文设计的视频监控系统在农业监测、环境监测、智能交通、安全监控、智能家庭以及偏远山区等恶劣环境方面有着广泛的应用。
1 硬件系统结构和软件设计
1.1 硬件系统结构图
以ARM处理器为控制核心，摄像头采集到图像数据以后，经过软件系统的压缩处理后，通过GPRS网络发送。硬件系统结构图如图1所示。
1.2 实时图像采集的设计实现
本文利用V4L就可以实时采集摄像头的视频数据。通过摄像头实时采集图像时。
（1）打开摄像头设备
grab_fd=fopen（“/dev/v4l/video0”，O_RDWR）；
（2）读取摄像头有关信息，函数执行成功则会把信息
从内核空间复制到用户的程序空间grab_cap中
ioctl（grab_fd，VIDIOCGCAP，&grab_cap）；
（3）读取摄像头缓冲区中的信息
ioctl（grab_fd，VIDIOCGPICT，&grab_pic）；
（4）初始化摄像头设备
if（ioctl（grab_fd，VIDIOCSPICT，&grab_pic）<0）
{
perror（“VIDIOCSPICT”）；
return -1；
}
（5）利用mmap（）方式采集视频
1）初始化picture属性
2）初始化video_mbuf，获取buffer信息
ioctl（grab_fd，VIDIOCGMBUF，&grab_vm）；获取摄像头缓冲区的帧信息，然后修改video_mmap的设置。
grab_buf.height=240；
grab_buf.width=320；
grab_buf.format=VIDEO_PALETTE_RGB24；
3）改变video_mmap和帧状态的当前值
4）把摄像头设备文件映射到内存
grab_data=（unsigned char *）
mmap（0，grab_vm.size，PROT_READ|PROT_WRITE，MAP_SHARED，grad_fd，0）；
5）使用VIDIOCMCAPTURE开始截取一帧
ioctl（vd->fd，VIDIOCMCAPTURE，&（vd->mmap））；
通过VIDIOCSYNC判断是否截取完毕。
6）if（ioctl（vd->fd，VIDIOCSYNC，&frame）<0）
{ perror（“error：vidiocsync”）；
return -1；
}
返回值非-1，则表明已经截取一帧，可以截取下一帧，frame是当前获取的帧序号。
video_bmuf bmuf.frames=2；//一帧被处理时可同时采集下一帧。
int frame；//当前帧序号
int framestat；//帧状态（等待采集或等待采集结束）
帧地址是vd->map+vd->mbuf.offsets[vd->frame]
设置grab_buf.frame=0，
使用ioctl（grab_fd，VIDIOCMCAPTURE，&grab_buf），采集第一帧图像。
使用ioctl（grab_fd，VIDIOCSYNC，&frame）判断是否采集结束，成功后可把图像数据保存成文件。
（6）将压缩后的图像数据保存成JPG文件
1.3 实时图像数据的无线传输的设计与实现
利用UART传输数据前，先初始化波特率、传输格式（数据位数、是否校验，停止位、流量控制），选择UART的中断模式。代码如下：
#define PCLK 55000000 //设置时钟源55MHz
#define UART_CLK PCLK
#define UART_BAUD_RATE 115200
#define UART_BRD （（RART_CLK/（UART_BAUD_RATE*16））-1
int Uart_Init（）
{
GPHCON|=0xa0；
GPHUP=0x0c；
ULCON0=0x03；
UCON0=0x05； //查询模式
UFCON0=0x00； //不使用FIFO
UMCON0=0x00； //不使用流量控制
UBRDIV0=UART_BRD； //设置波特率
}
完成UART的初始化工作，就可以通过UART向GPRS模块发送AT指令和采集到的图像数据了，传输层采用UDP协议。 int send_AtCmd（char *cmd，int n）
{
int i=0；
for（i=0；i {
write（UART_dev，&cmd[i]，1）；
usleep（80）；
}
write（UART_dev，”＼r”，1）；
usleep（220000）；
return tcdrain（UART_dev）；
}
int out_data（char *outpic，int size）
{
int i=0；
for（i=0；i { write（UART_dev，&outpic[n]，1）；
usleep（80）；
}
return tcdrain（fd）；
}
数据通过GPRS进行无线传输的过程主要分为：（1）初始化GPRS模块。（2）连接远程服务器。（3）图像数据发送。
利用SIM300-E模块进行无线传输的AT指令：
AT十CGMI
AT+CCID
Af+CGCLASS=“B”
AT+WOPEN=1
AT#APNSERV=“CMNET”
AT十CGATT=1
AT#CONNECTIONSTART
Af#UDPSERV=l，“122.45.90.232”
AT#TCPPORT=l，6000
当接收服务器收到以0XFFD8标志时，则分辨出一幅JPEG图像的开始，JPEG数据块用0xFFEn表示，而当接收到oxFFD9时一幅图像传输结束，将这个两个字段及之间的数据写入JPEG文件后就完成了一幅图像数据的传输。
传输完成后关闭GPRS连接和附着
AT#CONNECTIONSTOP
Al+CGATT=0
2 系统的性能测试与分析
我们在进行性能测试时，采用实时采集20张图片并传输时，在数据传输速度上，在网络通信顺畅和图片分辨率为320*240的情况下，所需时间为8s左右，平均传输速度为50kb/s。在网络通信繁忙的情况下，同样的分辨率所需时间9～10s，平均传输速度为40kb/s。通过以上数据的分析，本文所设计的实时图像采集系统基本能够满足要求。
参考文献：
[1]傅仁轩，肖连风.基于物联网技术的新型数据采集与监控系统设计[J].移动通信，2011，09.
[2]高超.基于GPRS无线远程监控系统的关键技术研究[M].南京邮电大学，2012，3.
作者单位：齐鲁师范学院 计算机系，济南 250013；济南大学 信息学院，济南 250022
关键词：实时图像采集；ARM；GPRS；嵌入式Linux
中图分类号：TP274.2
本文设计的视频监控系统在农业监测、环境监测、智能交通、安全监控、智能家庭以及偏远山区等恶劣环境方面有着广泛的应用。
1 硬件系统结构和软件设计
1.1 硬件系统结构图
以ARM处理器为控制核心，摄像头采集到图像数据以后，经过软件系统的压缩处理后，通过GPRS网络发送。硬件系统结构图如图1所示。
1.2 实时图像采集的设计实现
本文利用V4L就可以实时采集摄像头的视频数据。通过摄像头实时采集图像时。
（1）打开摄像头设备
grab_fd=fopen（“/dev/v4l/video0”，O_RDWR）；
（2）读取摄像头有关信息，函数执行成功则会把信息
从内核空间复制到用户的程序空间grab_cap中
ioctl（grab_fd，VIDIOCGCAP，&grab_cap）；
（3）读取摄像头缓冲区中的信息
ioctl（grab_fd，VIDIOCGPICT，&grab_pic）；
（4）初始化摄像头设备
if（ioctl（grab_fd，VIDIOCSPICT，&grab_pic）<0）
{
perror（“VIDIOCSPICT”）；
return -1；
}
（5）利用mmap（）方式采集视频
1）初始化picture属性
2）初始化video_mbuf，获取buffer信息
ioctl（grab_fd，VIDIOCGMBUF，&grab_vm）；获取摄像头缓冲区的帧信息，然后修改video_mmap的设置。
grab_buf.height=240；
grab_buf.width=320；
grab_buf.format=VIDEO_PALETTE_RGB24；
3）改变video_mmap和帧状态的当前值
4）把摄像头设备文件映射到内存
grab_data=（unsigned char *）
mmap（0，grab_vm.size，PROT_READ|PROT_WRITE，MAP_SHARED，grad_fd，0）；
5）使用VIDIOCMCAPTURE开始截取一帧
ioctl（vd->fd，VIDIOCMCAPTURE，&（vd->mmap））；
通过VIDIOCSYNC判断是否截取完毕。
6）if（ioctl（vd->fd，VIDIOCSYNC，&frame）<0）
{ perror（“error：vidiocsync”）；
return -1；
}
返回值非-1，则表明已经截取一帧，可以截取下一帧，frame是当前获取的帧序号。
video_bmuf bmuf.frames=2；//一帧被处理时可同时采集下一帧。
int frame；//当前帧序号
int framestat；//帧状态（等待采集或等待采集结束）
帧地址是vd->map+vd->mbuf.offsets[vd->frame]
设置grab_buf.frame=0，
使用ioctl（grab_fd，VIDIOCMCAPTURE，&grab_buf），采集第一帧图像。
使用ioctl（grab_fd，VIDIOCSYNC，&frame）判断是否采集结束，成功后可把图像数据保存成文件。
（6）将压缩后的图像数据保存成JPG文件
1.3 实时图像数据的无线传输的设计与实现
利用UART传输数据前，先初始化波特率、传输格式（数据位数、是否校验，停止位、流量控制），选择UART的中断模式。代码如下：
#define PCLK 55000000 //设置时钟源55MHz
#define UART_CLK PCLK
#define UART_BAUD_RATE 115200
#define UART_BRD （（RART_CLK/（UART_BAUD_RATE*16））-1
int Uart_Init（）
{
GPHCON|=0xa0；
GPHUP=0x0c；
ULCON0=0x03；
UCON0=0x05； //查询模式
UFCON0=0x00； //不使用FIFO
UMCON0=0x00； //不使用流量控制
UBRDIV0=UART_BRD； //设置波特率
}
完成UART的初始化工作，就可以通过UART向GPRS模块发送AT指令和采集到的图像数据了，传输层采用UDP协议。 int send_AtCmd（char *cmd，int n）
{
int i=0；
for（i=0；i
write（UART_dev，&cmd[i]，1）；
usleep（80）；
}
write（UART_dev，”＼r”，1）；
usleep（220000）；
return tcdrain（UART_dev）；
}
int out_data（char *outpic，int size）
{
int i=0；
for（i=0；i
usleep（80）；
}
return tcdrain（fd）；
}
数据通过GPRS进行无线传输的过程主要分为：（1）初始化GPRS模块。（2）连接远程服务器。（3）图像数据发送。
利用SIM300-E模块进行无线传输的AT指令：
AT十CGMI
AT+CCID
Af+CGCLASS=“B”
AT+WOPEN=1
AT#APNSERV=“CMNET”
AT十CGATT=1
AT#CONNECTIONSTART
Af#UDPSERV=l，“122.45.90.232”
AT#TCPPORT=l，6000
当接收服务器收到以0XFFD8标志时，则分辨出一幅JPEG图像的开始，JPEG数据块用0xFFEn表示，而当接收到oxFFD9时一幅图像传输结束，将这个两个字段及之间的数据写入JPEG文件后就完成了一幅图像数据的传输。
传输完成后关闭GPRS连接和附着
AT#CONNECTIONSTOP
Al+CGATT=0
2 系统的性能测试与分析
我们在进行性能测试时，采用实时采集20张图片并传输时，在数据传输速度上，在网络通信顺畅和图片分辨率为320*240的情况下，所需时间为8s左右，平均传输速度为50kb/s。在网络通信繁忙的情况下，同样的分辨率所需时间9～10s，平均传输速度为40kb/s。通过以上数据的分析，本文所设计的实时图像采集系统基本能够满足要求。
参考文献：
[1]傅仁轩，肖连风.基于物联网技术的新型数据采集与监控系统设计[J].移动通信，2011，09.
[2]高超.基于GPRS无线远程监控系统的关键技术研究[M].南京邮电大学，2012，3.
作者单位：齐鲁师范学院 计算机系，济南 250013；济南大学 信息学院，济南 250022