0 引言
隨著視頻編解碼技術(shù),、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù),、數(shù)字信號處理技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，以嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器為核心的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)開始在市場上嶄露頭角,。該系統(tǒng)把攝像機(jī)輸出的模擬視頻信號通過內(nèi)置的嵌入式視頻編碼器直接轉(zhuǎn)換成視頻流,，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸出去。嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器具備視頻編碼處理,、網(wǎng)絡(luò)通信,、系統(tǒng)控制等強(qiáng)大功能，直接支持網(wǎng)絡(luò)視頻傳輸和網(wǎng)絡(luò)管理,，使得監(jiān)控范圍達(dá)到前所未有的廣度,。在遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，攝像頭獲取的原始視頻流在傳輸之前需要壓縮,，而FFmpeg可以將原始視頻壓縮為H264格式視頻流,，H264是一種被廣泛使用的高精度視頻的錄制、壓縮和發(fā)布格式,，因此采用FFmpeg來實(shí)現(xiàn),。
1 系統(tǒng)方案
系統(tǒng)是在S3C2440平臺(tái)上運(yùn)行嵌入式Linux系統(tǒng)，使用CMOS攝像頭OV9650獲取實(shí)時(shí)視頻圖像數(shù)據(jù),，采用H264標(biāo)準(zhǔn)通過FFmpeg原始視頻進(jìn)行壓縮編碼成視頻流,，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，用戶在接收處理端經(jīng)過FFmpeg解碼之后,，使用OpenCV顯示播放即可實(shí)時(shí)查看遠(yuǎn)程視頻圖像,。
系統(tǒng)由兩部分組成：采集發(fā)送端和接收處理端，采用Client／Server設(shè)計(jì)模式來實(shí)現(xiàn)兩者之間的相互通信,，由接收處理端向采集發(fā)送端發(fā)送控制信號,，采集發(fā)送端開啟攝像頭進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)采集，采集的原始視頻數(shù)據(jù)是yuv422格式,，經(jīng)過FFmpcg編碼壓縮成H．264格式視頻流,，經(jīng)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)浇邮仗幚矶耍唤邮仗幚矶私邮盏揭曨l流數(shù)據(jù)后,，經(jīng)FFmpeg解碼,，通過OpenCV進(jìn)行顯示。采集發(fā)送端視頻數(shù)據(jù)采集和發(fā)送采用三星公司的具有ARM920T內(nèi)核的S3C2440作為嵌入式微控制器,，接收處理端采用普通電腦,。系統(tǒng)方案如圖1所示。
2 采集發(fā)送端
采集發(fā)送端主要包括嵌入式Linux平臺(tái)和攝像頭兩部分,，嵌入式Linux平臺(tái)需要搭建交叉編譯環(huán)境,，而攝像頭需要驅(qū)動(dòng)程序才能正常工作,。
嵌入式Linux平臺(tái)采用三星公司的S3C2440A處理器為硬件平臺(tái)，S3C2440A處理器是一款基于ARM920T內(nèi)核的16／32bit嵌入式處理器,，主頻
400MHz,，最高可達(dá)533MHz,支持30／130／200萬像素CMOS攝像頭，支持linux2.4和Wince4.2雙操作系統(tǒng),，適合應(yīng)用于對功率和成本都較敏感的嵌入式系統(tǒng)場合,。
攝像頭采用Omni Visio公司生產(chǎn)的CMOS攝像頭OV9650，具有高敏感度,、低功耗,，高分辨率(最高1300X1028 pixels)，支持大量常用的圖像格式,、支持自動(dòng)圖像控制等優(yōu)點(diǎn),。在接口上能夠保持與S3C2440的一致性。輸出圖像最大為130萬像素,，輸出圖像格式包括SXGA,，VGA，QVG A,，CIF,，QCIF等，并可以輸出不同尺寸的圖像,。對于不同的輸出圖像格式,，最高幀率可以不同，最高可達(dá)120f／s,，輸出的8位數(shù)據(jù)格式包括YUV／YCbCr(4：2：2),、GRB(4：2：2)、原始RGB數(shù)據(jù)3種,。
2．1 建立嵌入式Linux平臺(tái)
建立嵌入式Linux系統(tǒng)的基本流程：首先在宿主機(jī)上建立交叉編譯環(huán)境，然后移植Linux的引導(dǎo)程序到目標(biāo)板,，最后構(gòu)建嵌入式Linux系統(tǒng)并移植到目標(biāo)板,。構(gòu)建嵌入式Linux系統(tǒng)主要包括對內(nèi)核進(jìn)行裁剪和配置，根據(jù)實(shí)際的硬件系統(tǒng)進(jìn)行內(nèi)核和外設(shè)驅(qū)動(dòng)程序的移植開發(fā),，以及構(gòu)建Linux的根文件系統(tǒng),。
2．2 攝像頭驅(qū)動(dòng)配置
CMOS攝像頭驅(qū)動(dòng)以MODULES的形式編寫，因?yàn)镸ODULES形式的驅(qū)動(dòng)可動(dòng)態(tài)加載到Linux內(nèi)核,。
加載驅(qū)動(dòng)程序后,，就可以像操作普通文件一樣對攝像頭進(jìn)行操作。如：定義intm_filev412,，通過m_filev412=open(“／dev／camera” O_RDWR)打開攝像頭,，通過read(fd,&inyuv422,D SIZE)讀取攝像頭的視頻數(shù)據(jù)到數(shù)組inyuv422中,，通過closc(m_filev412)關(guān)閉攝像頭。有了視頻數(shù)據(jù)后,，就可以通FFmpeg進(jìn)行編碼,。
2. 3 FFmpeg編碼
2．3．1 FFmpeg簡介
FFmpeg是一個(gè)開源免費(fèi)跨平臺(tái)的視頻和音頻流方案，屬于自由軟件,，采用LGPL或GPL許可證(依據(jù)所你選擇的組件),，是一個(gè)集錄制、轉(zhuǎn)換,、音／視頻編解碼功能為一體的,、完整的開源解決方案。FFmpeg的開發(fā)基于Linux操作系統(tǒng),，也可在大多數(shù)操作系統(tǒng)中編譯和使用,。FFmpeg支持MPEG、DivX,、MPEG4,、AC3、DV,、FLV等40多種編碼,，AVI、MPEG,、OGG,、Matroska、ASF等90多種解碼,；TCPMP,、VLC、MPlayer等開源播放器都用到了FFmpeg,。
FFmpeg中FF是指Fast Forward,。
2．3．2 編碼
OV9650攝像頭輸出的數(shù)據(jù)為yuv422格式，而FFmpeg編碼需要輸入yuv420格式數(shù)據(jù),，因此在編碼之前需要先將yuv422格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為yuv 420格式,。FFmpeg中的函數(shù)sws_scale()可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)過程。
在使用FFmpeg編碼之前,，首先需要對FFmpeg庫進(jìn)行初始化,，注冊所有的編解碼器以及文件格式，設(shè)置編碼器碼率,、幀速率,、編碼像素格式等參數(shù)，然后尋找編碼器并打開，打開編碼器之后才可以進(jìn)行編碼,。通過設(shè)置結(jié)構(gòu)體AVCodecContext中的各個(gè)成員參數(shù)來完成參數(shù)的設(shè)置過程,，例如通過設(shè)置AVCodecContext->bit_rate，AVCodecContext->width,，AVCodecContcxt->height等可以設(shè)置碼率,，寬度和高度等，通過設(shè)置AVCodecContext->pix_fmt=PIX_FMT_YUV420P設(shè)置YUV420像素格式,。編碼核心函數(shù)是avcodec_encode_video(),。系統(tǒng)每采集一幀數(shù)據(jù)，就送給avcodec_encode_video()函數(shù)編碼成H.264視頻流,。其編碼流程如圖2所示,。
下面對編碼流程的各個(gè)步驟中主要函數(shù)的作用進(jìn)行詳細(xì)介紹：
1)av_register_all()：注冊庫中含有所有文件格式和編解碼器，沒有這一步將無法打開編解碼器,。
2)av_open_imput_file()：打開攝像頭視頻文件,。
3)av_find_stream_info()：尋找視頻流。
4)av_find_encoder()：尋找編碼器,，編碼器參數(shù)需在pCodec中初始化,，參數(shù)的初始化很重要，對編碼的圖像質(zhì)量有很大影響,。
pCodec=avcodec_find_encoder (CODEC_ID_H264),；／／尋找H．264格式編碼器
5)avcodec_alloc_frame()：為編碼幀分配內(nèi)存。
pFrame=avcodec_alloc_frame(),；／／pFrame為AVFrame格式
6)avcodec_open()：打開編碼器,。
7)av_read_frame()：從視頻流中讀取一幀視頻數(shù)據(jù)。
8)avcodec_encode_video()：編碼一幀視頻數(shù)據(jù),。
9)avcodec_close()：關(guān)閉編碼器,。
10)avformat_close_mput file()：關(guān)閉視頻攝像頭文件。
3 接收處理端
接收處理端可以與任意一個(gè)采集發(fā)送端進(jìn)行連接通信,。連接后可以接收采集發(fā)送端發(fā)送的視頻數(shù)據(jù),，經(jīng)過FFmpeg解碼后顯示。
3．1 FFmpeg解碼
用FFmpeg解碼的流程與編碼的流程大致相同,，只是解碼的核心函數(shù)為avcodec_decode_video(),。接收處理端接收到一幀數(shù)據(jù)后，通過avpicture_fill()存儲(chǔ)到AVFrame格式的內(nèi)存空間中,，然后再使用avcodec_decode_video()函數(shù)進(jìn)行解碼。其解碼流程如圖3所示：
3．2．視頻顯示
FFmpeg對H.264解碼出來格式是YUV(．i420)格式,，需要轉(zhuǎn)換成RGB(．rgb24)格式顯示,，使用FFMPEG中的sws_scalc()函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)格式轉(zhuǎn)換。
顯示視頻采用的是OpenCV。顯示的核心函數(shù)是cVShowImage(char* name,，lpllmage* dst),，將得到的RGB(.rgb24)格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為OpenCV格式的lpllmage數(shù)據(jù)，然后顯示在監(jiān)控窗口上,，如圖4所示：
4 結(jié)束語
隨著視頻壓縮技術(shù)的發(fā)展成熟,，嵌入式視頻監(jiān)控逐漸在監(jiān)控領(lǐng)域占有重要地位。以S3C2440為嵌入式硬件平臺(tái),，通過攝像頭采集數(shù)據(jù),，在嵌入式Linux與Windows操作系統(tǒng)相結(jié)合的跨平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)FFmpeg的編解碼,，為實(shí)際嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻壓縮傳輸設(shè)計(jì),，提供了一種可行的方法。