一種畫面同步系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

姜利英，梁茂，岳保磊，孔令春

（1.鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣信息工程學(xué)院，鄭州 450002；2.北京凌陽愛普科技有限公司，北京 100085）

一種畫面同步系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

姜利英1，梁茂1，岳保磊1，孔令春2

（1.鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣信息工程學(xué)院，鄭州 450002；2.北京凌陽愛普科技有限公司，北京 100085）

為了更好滿足現(xiàn)在會議等場合的需求，通過采用和修改MJPG-streamer開源視頻服務(wù)器軟件的源碼，為其添加新的功能模塊，實(shí)現(xiàn)板端與PC端屏幕同步顯示的效果。使得原本多用于視頻監(jiān)控的MJPG-streamer，有新的應(yīng)用領(lǐng)域。介紹MJPG-streamer的主要插件及其功能并詳細(xì)給出利用MJPG-streamer畫面同步的實(shí)現(xiàn)的方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該設(shè)計(jì)可以很好實(shí)現(xiàn)屏幕間的同步。

嵌入式Linux；MJPG-streamer；同步

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、移動通信技術(shù)、多媒體技術(shù)的快速發(fā)展[1]，人們對產(chǎn)品的體驗(yàn)的要求越來越高。當(dāng)前公司在進(jìn)行產(chǎn)品展示時，多進(jìn)行遠(yuǎn)距離展示，這樣就會增加了公司的成本，并占用了辦公室內(nèi)的空間，且搬移不便。基于此，本文采用了一個開源工程軟件，經(jīng)過修改，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種畫面同步系統(tǒng)，減小了對投影設(shè)備的依賴，同時減少了占地空間，該系統(tǒng)在會展中心、學(xué)校、銀行、公司等有著廣泛的市場和發(fā)展前景。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)是以Cortex-A8處理器S5PV210為核心，在嵌入式Linux系統(tǒng)平臺下，通過MJPG-streamer的輸入插件獲取屏幕的數(shù)據(jù)，然后對所得到的視頻數(shù)據(jù)通過內(nèi)部總線送到視頻服務(wù)器MJPG-streamer上，視頻服務(wù)器經(jīng)過對圖像壓縮處理，經(jīng)過以太網(wǎng)傳輸出去，遠(yuǎn)端客戶機(jī)通過瀏覽器或者專用軟件訪問視頻服務(wù)器[2]，即可在客戶端同步顯示板端實(shí)時畫面，系統(tǒng)總體如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

2 硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)主要包括三星公司的Cortex系列處理器S5PV210、觸摸屏、網(wǎng)卡、串口以及內(nèi)存和NAND Flash存儲芯片組成。s5pv210是一款高性能32位RISC微處理器，采用了ARM Cortex-A8內(nèi)核，ARM V7指令集，主頻可達(dá)1GHz，64/32位內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)，32/ 32KB的數(shù)據(jù)/指令一級緩存，512KB的二級緩存[3]，具有低功耗、低成本等優(yōu)點(diǎn)。網(wǎng)卡選用支持10/100Mbps、小型、電壓可變的以太網(wǎng)芯片LAN9220,，內(nèi)存采用DDR2 RAM(K4T1G164)，NAND Flash采用Samsung K9K8G08U0B,SLC結(jié)構(gòu)，大小為1Gx8bit,串口用于開發(fā)過程中的調(diào)試使用,具體硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 硬件結(jié)構(gòu)圖

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)軟件總體框架的介紹

本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)軟件從下往上依次為Bootloader, Linux內(nèi)核，Yaffs文件系統(tǒng)和MJPG-streamer視頻服務(wù)器，其中需要添加必要的設(shè)備驅(qū)動，系統(tǒng)框圖如圖3所示。

圖3 整體結(jié)構(gòu)框圖

Bootloader引導(dǎo)加載程序是系統(tǒng)加電后運(yùn)行的第一段代碼,是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行之前運(yùn)行的一小段程序,通過設(shè)備的初始化，并建立內(nèi)存映射空間，為操作系統(tǒng)準(zhǔn)備好合適的環(huán)境[4]。一般從網(wǎng)上下載的Bootloader，需要通過修改添加對特定硬件的識別、初始化之后，然后經(jīng)過交叉編譯得到可執(zhí)行文件，通過SD卡或其他方式下載到板子上。

由于Linux內(nèi)核是采用模塊化設(shè)計(jì)的一種源碼開放的操作系統(tǒng)，所以在選擇了觸摸屏驅(qū)動外，為了縮小編譯后內(nèi)核鏡像的大小，本系統(tǒng)里只保留了必需的功能模塊，刪除了冗余的功能模塊，待一切選擇好后，就可以執(zhí)行make命令對內(nèi)核重新編譯，然后就可以在/ arm/arch/boot目錄下產(chǎn)生一個zImage文件。

文件系統(tǒng)可以通過從官網(wǎng)下載有“瑞士軍刀”之稱的busybox1-1.6源碼編譯，然后通過mkyaffs2image工具制作yaffs文件系統(tǒng)，文件系統(tǒng)中包括Linux啟動時必要的文件，內(nèi)核啟動后加載linuxrc文件，按照順序啟動各種服務(wù)、掛載操作和完成C庫的拷貝。

3.2 MJPG-streamer的結(jié)構(gòu)和畫面同步的設(shè)計(jì)

MJPG-streamer是一個輕量級的視頻服務(wù)器軟件。一個可以從單一輸入組件獲取圖像并傳輸?shù)蕉鄠€輸出組件的命令行應(yīng)用程序[5]。MJPG-streamer的源碼結(jié)構(gòu)分明，層次清晰，由于它采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，所有的工作都是通過它的各個插件完成的，所以軟件中只要定義好了各組件（plug-in）的輸入、輸出以及組件之間的銜接關(guān)系，用戶就可自行根據(jù)對功能的需求，完成自己的設(shè)計(jì)，本次設(shè)計(jì)就是通過添加input_screen插件來實(shí)現(xiàn)畫面同步的。

它有兩個最主要并且最常用的組件是input_uvc輸入組件和output_http輸出組件，input_uvc輸入插件用于產(chǎn)生視頻數(shù)據(jù)并將視頻數(shù)據(jù)復(fù)制到內(nèi)存中，output_http輸出插件是網(wǎng)站服務(wù)器插件，它可以將攝像頭采集的視頻數(shù)據(jù)傳送到用戶瀏覽器中[6]，其中output_ http輸出插件是一個功能齊全的HTTP1.0的Web服務(wù)器，可以根據(jù)現(xiàn)有的M-JPEG標(biāo)準(zhǔn)，從一輸入插件中獲取圖像，向客戶端瀏覽器傳輸jpeg流文件，從而實(shí)現(xiàn)從瀏覽器端訪問視頻數(shù)據(jù)的要求。正是由于該開源工程擁有這兩個重要的插件，所以該服務(wù)器軟件多用于視頻監(jiān)控等領(lǐng)域。而在本文中，由于不是使用MJPG-streamer通用的功能，所以input_uvc插件用不到，只用到了output_http插件。

另外它還包括input_control、input_file、input_testpicture、input_gspcavl、output_autofocus、output_file, out_viewer等組件，具體如圖4所示。

圖4 MJPG-streamer結(jié)構(gòu)框圖

由于M JPG-streamer主函數(shù)的定義在mjpg_ streamer.c文件，在實(shí)現(xiàn)了各個輸入輸出組件后，主函數(shù)通過調(diào)用各個組件即可完成整個視頻采集傳輸顯示的全部過程。以下是本設(shè)計(jì)中input_screen輸入組件各個模塊程序設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)思路。

（1）int input_init(input-parameter *param)

該函數(shù)的功能是通過對輸入?yún)?shù)的判斷，循環(huán)分析輸入?yún)?shù)來進(jìn)行對應(yīng)的操作，如提示保存所需要的輸入?yún)?shù)的信息，設(shè)置延時的秒數(shù)等。

（2）int input_run(void)

該函數(shù)創(chuàng)建了一個工作線程worker_thread線程，該線程實(shí)現(xiàn)了rgb24格式圖片到JPEG格式圖片的轉(zhuǎn)換，以方便視頻畫面的傳輸和顯示，具體工作流程見下文。最后使用pthread_deatch函數(shù)回收線程序資源。

（3）int input_stop(void)

該函數(shù)通過調(diào)用pthread_cancel（worker）取消圖片格式轉(zhuǎn)換的工作線程，回收線程資源，節(jié)省內(nèi)存空間。

（4）int input_cmd(int in_cmd_type cmd，int value)

該函數(shù)的功能為對屏幕參數(shù)的調(diào)整和控制，通過對參數(shù)的判別，增加或減小獲取到的屏幕的數(shù)據(jù)。

其中第二步里的線程函數(shù)worker_thread(void*arg）具體實(shí)現(xiàn)流程圖如下：

圖5

經(jīng)過上述對MJPG-streamer輸入插件input_screen的增加，即可實(shí)現(xiàn)畫面的同步，然后就是對整個項(xiàng)目的重新編譯和移植，具體移植過程不再詳述，可參考相關(guān)文獻(xiàn)。由于編譯過程中需要libjpeg.so庫，所有需要先移植jpeg庫，然后導(dǎo)入環(huán)境變量export LIB_PATH=/ home/edu/share/install/，進(jìn)行編譯安裝，最后把生成的.so文件拷貝到m jpg目錄下。啟動視頻服務(wù)器后，指定服務(wù)器的輸入/輸出組件以及該文件夾的路徑，那么客戶端會瀏覽事先存編寫好的已存放在/m jpg/www目錄下的網(wǎng)頁，最后在start.sh啟動該服務(wù)器即可，修改后的語句如下：

4 結(jié)語

本文通過研究開源工程MJPG-streamer的結(jié)構(gòu)和源碼，在它通用的功能基礎(chǔ)上，通過增加input_screen輸入組件，很好地實(shí)現(xiàn)了視頻同步。不僅拓展了MJPG-streamer的用途，而且設(shè)計(jì)了一種簡單方便的同步方法，經(jīng)驗(yàn)證，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的效果很好，可以用于各種需要演示的場合。效果如圖6。

圖6

[1] 許青,劉方.基于ARM9的室內(nèi)無線監(jiān)控報警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子科技,2013,26(2):103

[2] 于艷萍,朱曉智,王中訓(xùn).基于ARM9和USB攝像頭的網(wǎng)絡(luò)視頻采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2011,34(24):50

[3] 三星處理器芯片手冊

[4] 楊闊,何東健.基于S3C6410的田間視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì),2013,34(6):1979

[5] 陳書益,黃永慧.開源視頻服務(wù)器軟件MJPG-streamer的研究和應(yīng)用[J].電子設(shè)計(jì)工程,2012,20(5):172

[6] 楊宏,張志文.基于Web的嵌入式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程,2012,10:72

Design and Implementation of Screen Synchronous System

JIANG Li-ying1，LIANG Mao1，YUE Bao-lei1，KONG Ling-chun2，
(1.Institute of Electrical Engineering，Zhengzhou University of Light Industry，Zhengzhou 450002；2.Beijing Sunplusapp Technology Co.Ltd.，Beijing 100085)

In order to bettermeet the requirements of presentmeeting,modifies the MJPG-streamer open source video server s of tware and source code,adds new modules for the realization of the plate,tomake the screen synchronization display of terminal and PC.Makes the new use for videomonitoring of MJPG-streamer.Introduces themain plug-ins and their functions and themethod of screen synchronization, the experimental results show that the design is very good to achieve the synchronization between the screens.

Embedded Linux;MJPG-streamer;Synchronous

1007-1423（2015）07-0065-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.07.018

姜利英（1981-），女，河南郾城人，博士，副教授，研究方向?yàn)樯飩鞲衅骷皺z測微系統(tǒng)

梁茂（1988-），男，河南固始人，碩士，研究生，研究方向?yàn)閱纹瑱C(jī)及嵌入式系統(tǒng)

2014-10-20

2015-02-10

岳保磊（1987-），男，河南駐馬店人，碩士，，研究方向?yàn)樯飩鞲衅?、單片機(jī)檢測微系統(tǒng)

孔令春（1984-），男，江蘇南京人，工程師，研究方向?yàn)橐曇纛l、嵌入式系統(tǒng)