摘要：寵物智能喂養系統是一種高效的遠程喂養系統，可以通過WEB及移動終端(平板、手機)遠程控制寵物的科學喂食和喂水。文中以S3C6 410為核心處理器、紅外CCD攝像頭為視頻采集模塊以及為視頻解碼器，構建了高度集成的嵌入式實時視頻采集平臺，在此基礎上完成了寵物智能喂養系統的設計。該設計具有體積小、成本低、功耗低、穩定性高、安全性好、操作便利等特點，極好地滿足了智能科學喂養寵物的需求。文中提出了一種適用于該喂養系統的視頻采集驅動設計方案，在Linux3.0.1版本內核下，以Linux下處理視頻設備的最新標準-V4L2為基準完成驅動程序編寫。通過實驗證明該方案能成功實現視頻數據的采集。

隨著我國社會經濟的快速發展，城市化進程不斷加速。我國國民生活水平不斷得到提高，我國寵物業也得到了飛速的發展。由于城市生活的封閉性、個性化和人口老齡化等問題不斷凸顯出來。人民生活中休閑、消費和情感寄托方式也呈多樣化的發展。家庭寵物的飼養已經成為了城市居民生活消遣的新方式。

寵物的喂養和看護往往是寵物主人最關心的問題，目前寵物主要還是依靠人工進行喂食，寵物看護系統還停留在專人看護和寵物店托管的模式下。現有的寵物看護裝置只解決了不讓寵物餓肚子的簡單層面，而沒有解決主人不在家時，寵物和主人的互動要求。主人比較關心的問題，比如寵物現在在做什么，有沒有吃飯，寵物健康狀況怎么樣等，這些心理訴求的滿足才是一套寵物看護系統要解決的問題。而現在的設備還不能滿足這一需求。

目前的家庭寵物看護系統為數不多，算得上看護系統的產品功能單一，只是簡單的測量寵物環境和喂食，不能同時滿足用戶既可以遠程喂養寵物又可以在線觀看寵物進食情況和活動狀況的需求。近年來隨著嵌入式技術迅速的發展，嵌入式系統已經成熟并得到廣泛應用，把嵌入式系統與Web技術結合起來，將Web技術引入到測控系統，實現基于嵌入式Web服務器的遠程測控系統，有良好的應用前景。在嵌入式Linux平臺下利用Boa作為Web服務器的遠程測控系統可以實現上述需求，搭載有高度集成的嵌入式實時視頻采集平臺的寵物智能喂養系統能很好的滿足客戶的不同需求。通過嵌入式實時視頻采集平臺上的紅外CCD攝像頭，寵物主人可以在白天或者晚上用智能手機、平板電腦、PC電腦等通過WEB控制寵物進食同時可以查看寵物進食和活動情況。

在本系統中，驅動程序用來完成用戶和硬件的交互，是硬件設備正常工作的先決條件，充當著不可缺少的角色。本文提出一種基于S3C64 10的Linux3.0.1內核版本下的視頻采集系統驅動設計方案，并已成功用于寵物智能喂養系統中，收到良好的效果。

1 硬件系統構架

寵物智能喂養系統主要由圖像采集模塊、視頻解碼模塊、S3C6410、喂食模塊、喂水模塊和顯示模塊組成。紅外CCD攝像頭用于采集智能喂養系統工作狀態中的寵物的進食和活動情況圖像，由于S3C6410不能識別采集到的PAL制式信號，因此需要做視頻解碼處理，這里選用TI公司推出的Tvp5150解碼器，用于將采集到的PAL制式信號轉換成YCrCb格式。S3C6410是整個系統的核心部分，轉換后的數字信號數據經編碼DMA通道進入Camera單元的編碼縮放器，經過高編碼質量和壓縮比的H264編碼后保存到用戶程序開辟的緩存區中，然后傳輸到live555流媒體服務器接收程序中，live555實現了對編碼后視頻流的流化和相關的處理，最后通過嵌入網頁端的流媒體播放器VLC media player播放器實時顯示。系統中的喂食模塊可以實現寵物所需食物的定量投放，喂水模塊可以實現自動喂水和遠程喂水的功能。另外為了方便對圖像進行相關處理，需要NAND FLASH用于存儲截取的圖像，同時，SDRAM、JTAG和供電部分等常用外圍接口是開發過程中不可缺少的部分。由此搭建的高度集成的實時視頻采集系統具有顯著的小型化效果。系統整體框架如圖1所示。

1.1 S3C6410開發平臺

S3C6410是基于16/32-bit RISC ARM1176JZF-S內核的低成本、低功耗、高性能微處理器，具有高達533 MHz的主頻，4 G ROM和512 M RAM，性能強大，堪比當今主流智能手機。S3C6410內部集成了許多功能強大的硬件加速器，像視頻處理、移動圖像處理、顯示控制和圖像縮放等，集成了Camera接口單元、系統管理器、LCD控制器、定時器、通用I/O端口、I2C總線接口等硬件外設，具有先進的OTG接口和能支持SLC/MLC等主流的NAND FLASH。與本系統直接相關的Camera接口單元由7個模塊組成：圖形多路選擇器、捕獲單元、預覽縮放器、編碼縮放器、預覽DMA通道、編碼DMA通道和SFR(特殊功能寄存器)。系統中的兩個DMA通道分別是：預覽DMA通道和編碼DMA通道，其中預覽DMA通道用于液晶屏的顯示，可以把YCbCr4：2：2格式的圖像轉換成RGB格式的數據，并存放于為預覽DMA分配的內存中。編碼通道用于圖像的編解碼處理，可以輸出YCbCr4：2：0或YCbCr4：2：2格式到為編碼DMA分配的內存中。

1.2 紅外CCD攝像頭和TVP5150視頻解碼器

系統中的紅外CCD攝像頭采用優質的1/3英寸SONYCCD芯片，優異的紅外夜視功能，內置24顆紅外燈，夜視距離達5～10 m。其技術參數：DC 12 V 220 mA，紅外燈打開時DC 12 V 1 000 mA，420 TVL，像素頻率27 MHz，輸出PAL制式視頻信號。

TVP5150是TI公司推出的一款超低功耗高性能視頻解碼器，可以對NTSC/PAL/SECAM各制式信號自動識別、切換、設置相應的寄存器，TVP5150解碼器優化的架構使其正常工作時功耗僅115 mW，廣泛應用于便攜、批量大、高性能和高質量的視頻產品中。TVP5150解碼器有一個模擬輸入通道，可以接受1路S—VIDEO信號或2路復合視頻信號(CVBS)，紅外CCD攝像頭采集到的圖像以每秒25幀的速度向TVP5150輸出PAL制式的圖像數據，TVP5150對輸入的PAL制式信號進行自動識別并進行A/D轉換，轉換為符合ITU—R BT.656標準的8位數字YCbCr4：2：2信號。ITU —R BT.656是ITU—R BT.601附件A中的數字接口標準，ITU-R BT.656輸出8位Y：Cb：Cr=4：2：2的數據格式，同步信號內嵌于數據流中串行輸出，也可以單獨引腳與數據流并行輸出。TVP5150可以輸出8位4：2：2的ITU—R BT.656信號或8位4：2：2的ITU—R BT.601信號，這和S3C6410的Camera模塊的輸入信號格式一致，為視頻格式轉換節省了大量工作，TVP5150解碼器內部含有多個特殊功能寄存器，可被編程使用I2C串行接口，用戶通過I2C總線設置外部視頻解碼芯片TVP5150的內部寄存器，從而設定工作狀態。TVP5150芯片的原理圖如圖2所示。