《嵌入式无线实时图像传输系统设计措施.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《嵌入式无线实时图像传输系统设计措施.pdf（9页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、1 / 9 嵌入式无线实时图像传输系统设计方案 摘 要： 提出了一种基于S3C2440A 的无线实时图像传输的设计方案，该方案利用 S3C2440A 进行核心控制，通过USB2.0 控制器 CY7C68013A 实现 USB2.0 接口，通 过 nRF2401 实现无线数据收发。阐述该系统的工作原理、硬件构成及软件设计方案。 1 引言 随着信息化，智能化，网络化的发展，嵌入式系统技术也将获得广阔的发展空间。进 入 20 世纪 90 年代，嵌入式技术全面展开，目前已成为通信和消费类产品的共同发展方 向。在通信领域，数字技术正在全面取代模拟技术。毫无疑问，模拟图像采集系统必将被 数字图像采集系统所
2、代替，其中的嵌入式图像采集系统由于其优越的性能越来越受到人们 的关注。同时，在技术进步推动信息传递日趋无线化的背景下，无线图像传输也就成为了 图像传输的前沿领域。对于边远的和可移动的系统，无线网络接入传输数据方式显得十分 重要。本文介绍了采用nRF2401 作为传输手段的无线图像传输系统。该系统由无线照相 机和图片接收器两部分组成，具有视频图像采集、压缩、传输和存储等功能。 2 系统总体设计方案 整个图像传输系统包括无线照相机和图片接收器两大部分。无线照相机主要由 CMOS 摄像头、 JPEG 压缩编码和无线发射部分组成，图像采集部分用嵌入式处理器控制 CMOS 摄像头采集图像数据并进行JPE
3、G 压缩，再利用nRF2401 来传送处理过的图像信 息。图片接收器接受完图片信息后，通过软件将图片文件存储在硬盘中，并将其显示在 LCD 上。整个无线实时图像传输系统的结构如图1 所示。 图 1 无线实时图像传输系统结构图 3 无线照相机的设计 2 / 9 本文所设计的无线照相机采用了基于linux 2.6内核的嵌入式系统1, 它出色地完成 了图像的采集、压缩及无线传输等功能。 3.1 硬件设计 嵌入式无线照相机由CMOS 摄像头， USB2.0 控制器 CY7C68013A、nRF2401发 射部分、 S3C2440A嵌入式系统组成，如图2 所示。 图 2 嵌入式无线照相机系统硬件结构。
4、3.1.1 CMOS 摄像头 系统采用的CMOS 摄像头是网眼公司生产的网眼2000B,它采用的是OV511+7260 的摄像头方案，由于linux 2.6 源码中这两款芯片的驱动，给我们的设计带来了很大的方 便。该摄像头的视像解像度为640 水平） x 480垂直）像素，清晰度可以满足大部分 的应用，它还具有良好的电源管理功能、完善的自动亮度、白平衡控制，并提供色彩饱和 度、对比度、边缘增强、伽马表等高级数码影像控制功能。 3.1.2 无线收发芯片nRF2401 nRF2401 芯片和蓝牙芯片一样，都工作在2.4GHz 自由频段，有125 个频道，可 满足多频及跳频需要。跳频通信具有抗干扰能
5、力强，安全保密性好等特点。跳频信号谱密 度低，淹没在噪声之中，加之跳频码的保密性，因而不易被窃听、破译。nRF2401支持 多点间通信，最高传输速率超过1Mbit/s,而且比蓝牙具有更高的传输速度。它采用SoC 方法设计，只需少量外围元件便可组成射频收发电路。与蓝牙不同的是，nRF2401 没有 复杂的通信协议，它完全对用户透明，同种产品之间可以自由通信。更重要的是， nRF2401 比蓝牙产品更便宜。所以nRF2401 是业界体积较小、功耗较少、外围元件最 少的低成本射频系统级芯片。 3.1.3 USB2.0 控制器 CY7C68013A CYPRESS 公司推出的USB2.0 控制器 CY
6、7C68013A 是 USB2.0 的完整解决方 案。它既负责USB 事务处理也兼具微处理器的控制功能，也可作为USB 外部芯片的主控 3 / 9 芯片。该芯片包括带8KB 片上 RAM 的高速 8051 单片机、 4KB FIFO 存储器以及通用 可编程接口 GPIF ）、串行接口引擎SIE ）和 USB2.0收发器， 6 条可编程控制输出 线， 9 条地址输出线和6 条通用目的地准备输入线；数据线宽度可为8 位或 16 位，其小 巧的体积及较高的性价比使得该芯片在海量存储器、打印机、扫描仪和PCMCIA 等各种 USB 设备上得到了广泛的应用。 3.1.4 嵌入式处理器S3C2440A 由
7、于本系统采用的图像压缩是软件压缩，所以在选择嵌入式处理器的时候，需要衡量 处理器的性能是否能胜任JPEG 压缩程序以及USB 数据的传送。在本系统中，嵌入式处 理器采用韩国三星公司的基于ARM920T 内核的 16/32 位 RISC 嵌入式微处理器 S3C2440A,主频高达400MHz,适合于图像、视频处理，主要面向高性价比、低功耗的应 用。 S3C2440内置有丰富的外设资源，其中包括：存储器、LCD 、 Camera 、串口、 IIC 、IIS 和 USB 等接口控制电路。 3.2 软件设计 我们选用嵌入式linux 操作系统，版本号为：2.6.12. 它是本地图像采集程序、压缩程序、
8、USB2.0 控制器 CY7C68013A 驱动程序及其应 用程序的运行平台。 4 / 9 图 3 主程序流程图 3.2.1 系统初始化 系统初始化包括对芯片OV511 、OV7260,USB2.0 控制器 CY7C68013A , 无线收 发芯片 nRF2401 的初始化以及linux 系统的初始化。linux系统的初始化主要完成对 CPU 、SDRAM 等芯片的初始化，加载摄像头和USB2.0 控制器的驱动程序5, 为应用程 序的执行做好准备。其它芯片的初始化主要对一些数据寄存器、地址寄存器、中断服务寄 存器进行相应的操作。 3.2.2 实时图像传输流程 系统初始化完成之后，我们编写的应用
9、程序控制摄像头驱动程序拍摄一幅图像信号， 并保存在flash盘中，程序流程如图4 所示，此时的图片文件是未压缩的PPM 格式，接 5 / 9 着 JPEG 压缩程序将PPM 格式的图片压缩成图片，如图5 所示，一幅分辨率为 320*240的图片文件大小平均只有8KB, 完全可以满足无线传输的需要，压缩完成之后， 读取 JPG 格式的图片文件，并将图像数据发送给USB2.0 控制器 CY7C68013A的驱动 程序，然后驱动程序再将数据写入USB2.0 控制器的端点缓冲器，最后， USB2.0 控制 器 CY7C68013A 控制 nRF2401 将端点缓冲器中的图像数据无线发送出去，程序流程如
10、 图 6 所示。 图 4 图像采集程序流程图。 6 / 9 图 5 JPEG 压缩编码程序流程图 7 / 9 图 6 nRF2401 无线发送程序流程图 整个系统中，由linux 操作系统完成对各个芯片的初始化、协调CPU 与其他芯片之 间的工作，完成图像数据的读取、压缩及发送 如图 3）。 4 图片接收器的设计 我们设计的图片接收器是基于PC 机的一种类似无线网卡的无线接收设备，完成图片 信息的接收和显示，硬件结构和nRF2401 无线发射模块一样，都是用USB2.0 控制器 CY7C68013A 控制 nRF2401 进行无线传输，如图7 所示。 8 / 9 图 7 图片接收器结构 USB
11、2.0 控制器 CY7C68013A 控制 nRF2401 无线接收图像数据，程序流程如图8 所示，然后PC 机上的应用程序调用USB2.0控制器驱动中的读取函数接收图片数据并保 存，最后将图片显示出来。如图9,10. 图 8 nRF2401 无线接收程序流程图。 9 / 9 图 9 像素： 320 240. 图 10 像素： 640 480 无线照相机。 5 结论 本系统的无线照相机采用32 位的高性能ARM 处理器 S3C2440A 搭载 2.6 内核的 linux 嵌入式操作系统进行核心控制，出色地完成了图片的拍摄，压缩和无线传送。接收 端将图片信息接收并保存在PC 机硬盘中，有必要的话也可以传到服务器上，进行远程监 控。可应用于汽车防盗监控、无绳可视电话以及矿井作业监控等。因此，研制成功的无线 实时图像传输系统具有广泛的应用前景和市场。