基于S3C2440處理器系統的數字圖像處理技術和嵌入式技術結合機制

李蓉++鄒昆++馬慧

摘 要： 研究基于S3C2440處理器系統的數字圖像處理技術和嵌入式技術的結合機制。通過對S3C2440處理器系統進行分析，結合數字圖像處理技術和嵌入式技術，優化設計出圖像處理系統，提升系統應用效益。結果證實，基于S3C2440處理器系統，結合應用數字圖像處理技術與嵌入式技術，使系統處理數字圖像的精度提升了12.0%，可以自動識別出圖像的形狀、顏色、大小等信息。結論表明，基于S3C2440處理器系統，優化設計數字圖像處理技術、嵌入式技術的結合機制，對提升圖像信息處理精度，發揮了積極的影響。

關鍵詞： 圖像處理系統； 數字圖像處理技術； S3C2440處理器； 嵌入式技術

中圖分類號： TN911.73?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）23?0055?03

Combination mechanism of embedded technology and digital image processing

technology based on S3C2440 processor system

LI Rong1， ZOU Kun1， 2， MA Hui1

（1. University of Electronic Science and Technology of China， Zhongshan Institute， Zhongshan 528402， China；

2. School of Computer Science & Engineering， University of Electronic Science and Technology of China， Chengdu 611731， China）

Abstract： The combination mechanism of embedded technology and digital image processing technology based on S3C2440 processor system is studied. By analyzing the S3C2440 processor system， the digital image processing technology and embedded technology are combined to optimize the design of image processing system to improve the system application efficiency. The results confirm that， on the basis of the S3C2440 processor system， the system accuracy of processing the digital image is increased by 12% in combination with the digital image processing technology and embedded technology， and the system can automatically identify the information such as shape， color and size of image. The conclusion shows that the combination mechanism of embedded technology and digital image processing technology based on S3C2440 processor system plays a positive role in improving the accuracy of image information processing.

Keywords： image processing system； digital image processing technology； S3C2440 processor； embedded technology

1 S3C2440處理器系統

S3C2440微處理器系統是由天嵌科技公司生產的TQ2440系列微處理器中的一種[1]，同時，該系統還適用于Linux系統，也有開放的源代碼，可以在工作中通過ZC301P芯片中的USB攝像頭采集視頻圖像信息，能夠采集網絡視頻，之后就可以把USB攝像頭采集到的圖像放置在S3C2440微處理器系統中進行預處理[2]，將預處理的圖像通過Internet網絡傳送到客戶端，客戶能夠運用ARM?Linux視頻服務器觀看圖像。

S3C2440處理器內部集成了ARM920T內核，不僅空間資源豐富，而且還帶有一個獨立的16 KB的指令Cache，以及16 KB的數據Cache，同時還有LCD，RAM 以及NAND 閃存控制器，還帶有3路UART等，主頻最高可達[3]533 MHz。S3C2440處理器系統中，其系統開發板中也配備有64 MB的SDRAM，64 MB的NAND FLASH以及2 MB的NOR FLASH、10 針JTAG接口，在實際應用中可發揮較大的作用。

2 需求分析

基于Linux 2.6.32的S3C2440微處理器芯片上，使用CMOS攝像頭OV9650，通過自動調整攝像頭位置采集最佳效果的圖像，獲得RGB16格式的圖像數據。對圖像色彩信息進行處理和分析，識別圖像信息，確保可以獲得滿意的圖像處理效果[4]。基于S3C2440處理器系統，可以將數字圖像處理技術與嵌入式技術相結合，搭建嵌入式Linux系統，然后根據圖像實時處理的要求，選用USB接口攝像頭作為圖像采集設備，并對其完成視頻驅動的編寫工作，可以獲取圖像并進行存儲；最后，確保在設計嵌入式Linux系統中，可對采集的圖像實現多種數字圖像處理方法，涉及變換域與空域法處理，獲得最佳的圖像處理效果，確保系統設計滿足用戶需求。

3 基于S3C2440優化設計圖像處理系統

3.1 設計系統的總體結構

基于S3C2440處理器系統，優化設計圖像處理系統能夠確保在S3C2440處理器控制作用下，根據數字圖像處理技術中的CCD攝像機，將其采集到的模擬視頻圖像信號經過素質編碼、DMA后，將數據傳輸到系統的內存進行緩沖，然后通過嵌入式技術，對數據進行壓縮、打包，從而對圖像進行處理[5]。

3.2 功能模塊設計

基于S3C2440遠程圖像監控系統CPU采用以ARM920T為內核的S3C2440芯片，配合電源與時鐘電路、系統時鐘、復位電路、視頻解碼模塊、RS 232到RS 485的轉換接口、網絡接口、攝像頭等實現系統遠程監控的功能。視頻解碼模塊由SAA7113芯片實現，將SAA7113芯片作為本次系統中的“外部圖像傳感器”，能夠為嵌入式系統中的攝像機接口提供ITU視頻的數據。RS 232到RS 485的接口則通過MAX485芯片實現。網絡接口部分是通過驅動程序對以太網控制芯片DM9000的控制實現網絡數據的傳輸功能。圖像信息采集由S3C2440芯片本身集成的CAMIF接口實現。

3.3 系統接口設計

嵌入式接口設計：系統外接了兩片64 MB的SDRAM芯片（型號為HY57V561620FTP），一般稱之為內存，并接在一起形成32 b的總線寬度，其物理起始地址為0x30000000。

同時，系統采用NAND FLASH，型號為K9F1208，大小為128 MB。NAND FLASH不具有地址線，它有專門的控制接口與CPU相連，數據總線為8 b。其接口電路如圖1所示。

系統網絡模塊的接口設計：在本次數字圖像處理系統中，應用DM9000芯片作為嵌入式網卡，能夠自適應10/100M的網絡，同時還具有RJ45連接頭，這樣就不必再接一個網絡變壓器，使用普通網線連接即可。100M網絡接口如圖2所示。

USB模塊接口設計：采用USB Host接口，使用USB 2.0協議，與普通USB接口一致。

3.4 嵌入式技術應用

本系統采用嵌入式交叉編譯環境arm?linux?gcc?4.4.3。下載源代碼并解壓到根目錄下，運行gedit /root/.bashrc，然后把編譯器路徑加入到系統環境變量中。采用Linux 2.6.32.2內核。

前臺：在網絡上的客戶端向服務器的視頻數據發起請求，通過通用的瀏覽器進行圖片監控、視頻監控。

應用層：在該層中，主要負責處理系統中基于HTTP協議的一些活動信息。主要基于HTTPD服務器，將數據信息放在www的文件夾中，并實時轉換這些數據，使數據能夠成為系統客戶端真正能被用戶瀏覽到的圖片和視頻。

數據業務層：該層主要使用開源軟件mjpg?streamer模塊，該軟件利用共享庫處理輸入輸出，input_file.so處理文件輸入，可輸入圖片和視頻文件，output_http.so和output_file.so等是以HTTP視頻數據服務流形式輸出，為高層圖像提供較友好的數據接口。mjpg?streamer軟件依賴libjpeg和libjpeg?devel庫的支持。利用input_uvc.so文件可以接收攝像頭中的信息，同時運用YUV格式進行數據存儲，以此適當減少圖片的幀數，可以讓數字視頻圖像更為流暢；同時，在該模塊中，也可以將數據放置到數據緩沖器中作為數據的中轉站，然后再通過output_http.so輸出模塊，處理網絡HTTP數據流。www文件夾存放網頁開發包，為了與應用層交換，內嵌有本系統瀏覽數據的頁面。

驅動層：主要是驅動USB攝像頭和網絡芯片DM9000，為上述功能提供可能。

3.5 數字圖像處理

在圖像采集過程中，所需的流程就是先打開系統中的視頻輸入設備，然后獲得設備中的圖像信息，并根據實際需要更改設備中的相關設置，獲得采集到的圖像數據，對采集到的數據進行操作，關閉設備。S3C2440處理器系統中，采用mmap內存映射方式獲取圖像信息，可以基于運算函數，完成數字圖像處理中的圖像采集功能。基于TCP/IP協議實現網絡傳輸，后臺嵌入式設備負責采集圖像數據并建立好TCP服務器，客戶端通過網絡連接后臺服務器，前臺和后臺握手后建立連接，并接收圖像數據，實時顯示圖像和視頻。調用S3C2440處理器系統V4L1和V4L2的API函數，通過USB攝像頭采集視頻圖像數據，完成視頻圖像數據的采集后，作為服務器端的嵌入式系統后臺等待客戶端通過瀏覽器進行連接，然后對攝像頭監控，服務器就把采集到的圖像數據傳輸到遠程客戶端PC機上。因為系統采用的是MJPEG協議，也就是把視頻鏡頭拍成的視頻分解成一張張分離的jpg數據發送到客戶端。當客戶端不斷顯示圖片，即可形成相應的圖像。

3.6 系統代碼實現

系統代碼如下：

void Delay（int time）

{

U32 val = （PCLK>>3）/1000?1；

rTCFG0 &= ～（0xff<<8）；

rTCFG0 |= 3<<8； //prescaler = 3+1

rTCFG1 &= ～（0xf<<12）；

rTCFG1 |= 0<<12； //mux = 1/2

rTCNTB3 = val；

rTCMPB3 = val>>1； //50%

rTCON &= ～（0xf<<16）；

rTCON |= 0xb<<16；

//interval，inv?off， update TCNTB3&TCMPB3， start timer 3