嵌入式視頻采集系統的實現方法探究

摘 要：本文對嵌入式視頻采集系統的研究現狀進行了分析，并分別就嵌入式視頻采集系統的硬件構造、軟件設計和整體設計進行了探討，最后簡單展望了嵌入式視頻采集系統的發展趨勢。

關鍵詞：嵌入式；視頻采集系統；硬件構造；軟件設計

中圖分類號：TP274.2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 24-0000-01

一、嵌入式視頻采集系統的研究現狀

嵌入式系統歷經三十多年的發展，已經逐步走向成熟。由于其操作簡單、結構緊湊、實時可靠等優點，已經成為計算機系統的重要應用形式，并且被廣泛應用于數碼相機、網絡交換機、醫療設備、航空航天等多個領域。嵌入式系統的發展大致可劃分為三個階段：一是模擬階段的視頻采集系統，也稱之為閉路電視系統，它是以磁帶錄像的方式對圖像數據進行存儲的，目前仍然占據著一定的市場份額；二是數字階段的視頻采集系統，以硬盤錄像的方式對圖像數據進行存儲，它是集編碼、解碼、存儲和控制于一體的計算機系統；三是智能網絡階段的視頻采集系統，引入網絡技術是這一階段的重要特點，網絡技術的應用也使得智能網絡階段的視頻采集系統應用方便、靈活，不受區域限制，并且可以獲得更好的信號傳輸質量。

視頻采集系統指的就是通過使用一些數字轉換設備，將視頻的模擬信號轉換為二進制的數字信號的過程。隨著計算機和多媒體技術的不斷發展，人們對于視頻采集系統的質量要求也越來越高，高性能的視頻采集系統成為業界研究的熱點。嵌入式視頻采集系統具有實時性好、安全性高、成本低廉等諸多優勢，能夠很好的解決視頻采集系統的諸多問題。

二、嵌入式視頻采集系統的硬件構造

嵌入式視頻采集系統需要具備對視頻信號具備實時采集、顯示、處理的功能，因此通常是由視頻圖像的采集、顯示輸出、分析和處理、數據存儲、以及同步邏輯控制等5個部分組成。如圖1所示，在視頻的輸入和輸出方面，要根據各種制式的要求，按照要求，選擇不同的采樣頻率和數據輸出格式，協調好各種參數之間的關系；邏輯控制器目的是在于保證圖像采集的實時性，通常選用的有FPGA、CPLD等，其中CPLD具有更好的保密性和易用性，而FPGA的集成度較高；圖像數據的處理系統需要對大量的信息進行高速運算，為了保障圖像處理的實時性和高性能，通常會應用圖像處理芯片或DSP等來完成。嵌入式的處理器主要有單片機、MIPS、ARM以及PowerPC等系列。數據存儲器是嵌入式視頻采集系統的存儲設備，常用的儲存芯片為非易失閃存技術的NAND Flash或NOR Flash芯片。

三、嵌入式視頻采集系統的軟件設計

完整的嵌入式系統通常是由設備驅動程序、操作系統、BSP以及硬件系統四個部分組成。其中，硬件系統核心為嵌入式處理器；BSP為板級支持包，用于屏蔽必要的硬件系統和引導操作系統的運行；在確保操系統正常運行后，需要開發相應的設備驅動軟件，以用于用戶的應用程序開發。BSP是在硬件系統上運行系統內核的初始化代碼和設備驅動程序，并和Bootloader的初始化部分共同完成系統的準備和預期穩定工作，主要包括有系統初始化、初始化CPU寄存器等。設備驅動程序是通過編寫操作、控制程序，利用操作系統的接口以完成對硬件系統的操作。也就是說，用戶在執行操作命令的時候，首先是將信息傳遞給操作系統，進而通過驅動程序的調用，完成數據的傳輸。在Linux中，驅動程序是做為操作系統內核的一部分來進行編寫的。

嵌入式視頻采集系統的運行是從底部的硬件初始化開始啟動的，然后通過向攝像機發送數據信號并建立通訊，然后開始采集圖像數據，并將采集到的數據轉換為數字信號然后保存到存儲模塊中，這樣就完成了視頻采集工作。

四、嵌入式視頻采集系統的整體設計

根據各模塊在系統中的作用，可以將嵌入式視頻采集系統劃分為以下幾個模塊：一是電源模塊，為系統提供電力支持，另外還可以準備后備電源以防止供電中斷的情形；二是主控模塊，包括嵌入式處理器以及程序數據存儲模塊；三是JTAG和RS232，JTAG可作為debug的系統接口，RS232則為系統提供啟動信息輸出；四是視頻存儲模塊，負責將采集的數據存儲到系統中；五是網絡模塊，用于接受網絡視頻數據；六是用于采集圖像數據的計算機。

五、結束語

視頻信號采集的性能直接決定了整個視頻系統的質量，在多種多樣的實現方式中，具有可便攜、性能佳、體積小、耗費小等優勢的嵌入式視頻采集系統成為了首選。在今后一段時間里，嵌入式視頻采集系統將會繼續向高性能運行、高安全性、高可靠性、高時效性、易操作性等方向發展，為人們提供更好的視頻采集系統的解決方案。

參考文獻：

[1]王健.基于TW9912嵌入式視頻采集系統設計[J].測控技術，2014（33）：29-32.

[2]田飛.嵌入式視頻信號采集系統的設計與實現[D].電子科技大學，2013.

[作者簡介]胡德鵬（1975-），男，湖南瀏陽人，副教授，研究方向：嵌入式系統。