周建萍，刘洪英，2，皮喜田，3，赵亚雄

（1.重庆大学 生物工程学院，重庆400030；2.重庆市医疗器械电子工程技术研究中心 重庆400030；3.新型微纳米器件与系统技术国防重点学科实验室 重庆400030）

便携式耳鼻喉设备视频采集系统的设计

周建萍1，刘洪英1，2，皮喜田1，3，赵亚雄1

（1.重庆大学 生物工程学院，重庆400030；2.重庆市医疗器械电子工程技术研究中心 重庆400030；3.新型微纳米器件与系统技术国防重点学科实验室 重庆400030）

随着嵌入式技术的飞速发展，它已经被广泛应用于医疗设备中。为了实现耳鼻喉设备的小型化与便携式，本文设计了一套基于嵌入式Linux和S3C6410微处理器的耳鼻喉视频采集系统，实现了耳鼻喉图像的实时预览、拍照、图像查看等功能。实验结果表明，该系统能较好地实现耳鼻喉图像的采集和保存，图像质量比较清晰，在便携式耳鼻喉设备领域中，具有一定的使用价值。该系统在基层医疗机构和普通家庭中具有一定的推广意义。

耳鼻喉；嵌入式；S3C6410；v4l2；视频采集

耳鼻喉是关系人体整个免疫系统的重要器官，其诊断工作非常重要[1]。目前，大部分医院都是采用电子内窥镜对耳鼻喉进行诊断和治疗，该设备体积比较大，无法实现便携式[2-3]。随着物联网技术和移动医疗的迅速发展，嵌入式系统越来越多的应用于医疗设备[4]。嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高等优点[5]。基于此，文中设计了一套基于嵌入式Linux和S3C6410微处理器的耳鼻喉视频采集系统，实现了耳鼻喉设备的小型化和便携式，能够对耳鼻喉图像进行采集和保存。

1 系统的硬件设计

本系统硬件结构框图如图1所示。系统采用Samsung公司的ARM11芯片S3C6410X-66H作为核心处理器，用于引导系统启动、加载内核和文件系统工作[6]，选取香港微视公司生产的医用模拟摄像头（型号为MC08A-2）与TVP5150芯片构成的视频解码模块相连，实现模拟信号与数字信号之间的转换[7]，视频解码模块通过 Camera接口接入 S3C6410，S3C6410在外围电路的配合下共同完成耳鼻喉图像采集工作， 然后通过群创3.5寸显示屏LQ035NC111，实现图像的实时显示。

图1 系统的硬件结构框图

2 系统的软件设计

本系统采用的嵌入式操作系统是Linux-2.6-96，采用Ubuntu12.04作为宿主机进行Linux程序的开发，所采用的交叉编译工具链是linux-arm-gcc 4.2.2，采用QT开发软件实现模拟摄像头图像的采集与实时预览的程序设计。

2.1 TVP5150驱动移植

TVP5150与S3C6410芯片是采用IIC方式进行通信[8]。在linux内核中对TVP5150驱动程序对进行移植后，在配置内核时直接添加TVP5150驱动模块的支持[9]：

2.2 应用程序的设计

2.2.1 Qt开发环境简介

应用程序的设计采用奇趣科技开发的Qt作为开发软件，它不仅支持跨平台的C++程序编程、控制台应用程序的编写，还支持图形界面的开发[10]。随着Qt被Digia公司收购，它的功能也越来越强大，如今它可以运行在linux、wince、android等多种平台上。同时，Qt Creator作为一个轻量级集成开发环境，为它提供了具有良好的编程界面，支持跳转和自动提示功能，使用十分方便[11-12]。

2.2.2 程序设计

应用程序整体实现的功能如图2所示。打开该系统电源，系统先显示开机动画，持续3秒后进入程序主界面，该界面主要包括耳鼻喉检查、图片查看、系统设置三个功能菜单选择。耳鼻喉检查主要用于耳鼻喉图像的实时预览和拍照保存功能的实现。图片查看用于图像的加载、浏览、上下翻页、放大缩小、删除等功能的实现。系统设置用于时间和亮度参数设置功能的实现。选择相应的功能菜单，系统会启动相应的程序，实现相应功能。

从图12中可知，此时SCLK的高电平持续时间为500 ns，时钟周期为12.4 μs，时钟频率为80.65 kHz，符合三线串行接口的时序要求。

图2 应用程序整体的实现功能

1）视频采集功能的实现

V4L2（Video For Linux2）驱动通常用于Linux视频开发，它为Linux系统图片、视频、音频的采集提供了丰富的API接口，配合适当的视频采集设备和相应的驱动程序，可以读取和控制视频设备[13-14]。利用V4L2实现视频采集的过程如图3所示[15]。

图3 视频采集程序的流程图

首先确定摄像头在Linux系统中的所对应设备文件 （/dev/video0）后， 调用 cam_fd=open（"/dev/ video0"，O_RDWR）函数实现摄像头的打开。接着调用ioctl（cam_fd，VIDIOC_QUERYCAP，&cap））函数获取摄像头的属性信息之后，对摄像头的数据输出格式进行设置：fb.fmt.width=320；fb.fmt.height= 240；fb.fmt.pixelformat=V4L2_PIX_FMT_RGB565。初始化设置完成之后，采用mmap（）内存映射方法实现视频数据的读取。首先调用ioctl（intfd，int request，struct requestbuffers*req）函数申请缓冲区，接着通过ioctl（cam_fd，VIDEOC_QUERYBUF，structv4l2_buffer *buf）函数查询分配的V4L2缓冲区信息，同时调用mmap（）函数设定内存映射起始地址，空间大小等参数，使用内存映射后，应用程序可以直接从内存读取数据。 然后 通过 ioctl（int fd，int request，strcutv4l2_buffer*buf）函数将空的视频缓冲区投放到视频缓冲区队列中，从而启动视频采集，获取连续图像，最后调用pixmap.loadFromData（buf，320*240*2+66，" bmp"， NULL） 和 painter.drawPixmap （0， 0，fitPixmap）两个函数实现图像的实时预览。

2）图像拍照功能的实现

调用capture_jpg（）函数来实现图像拍照功能，把当前图像保存到S3C6410处理器的SD卡目录下。在拍照过程中，需要相应的JPEG库文件来支持。

3）图像查看功能的实现

① 图片加载、查看

设置指定文件夹为S3C6410处理器的SD卡目录：/media/mmcblk0p1文件夹，对文件夹进行遍历后获取图像信息，将其加载到ListWidget中[16-17]，从而实现图片的加载功能；调用ShowPicture（）函数来实现图片查看功能。

调用 ShowPreviousPicture（）和 ShowNextPicture（）两个函数来实现图片的翻页功能。

③图片删除

将需要监视的文件夹路径添加到QFileSystemWatcher m_watcher中 ， 同 时 调 用DeletePicture（）和on_directoryChanged（QString）函数来实现图片删除功能。

④图片放大缩小

调用changelabel（）函数来实现图片放大缩小功能。

3 系统测试

应用程序在宿主机（PC机）上运行成功后，进行交叉编译生成在S3C6410处理器上能运行的可执行文件。对人体模型的喉咙进行图像采集，采集结果如图4所示。从图中可以清晰地看到喉咙气管，由于是用人体模型作为测试对象，所以采集到的图像和真实的喉咙图像还是存在一定的区别，后续将进一步对真实患者进行测试。总体来说，本文设计的系统能很好地实现耳鼻喉图像的采集，图像质量比较清晰。

图4 系统采集到的喉部图

4 结 论

文中的系统以S3C6410处理器为核心，利用医用模拟摄像头实现了耳鼻喉图像的实时采集、保存、图像查看等功能，解决了耳鼻喉设备的小型化和便携式。该系统具有稳定可靠、便携式、体积小、成本低等特点，经进一步产品化设计之后在我国基层医疗机构和普通家庭中具有一定的应用前景。

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Design of video capture system of portable equipment of otolaryngology

ZHOU Jian-ping1，LIU Hong-ying1，2，PI Xi-tian1，3，ZHAO Ya-xiong1
（1.School of Biological Engineering，Chongqing University，Chongqing 400030，China；2.Chongqing Medical Devices and Electronic Engineering Technology Research Center，Chongqing 400030，China；3.New Key Laboratory of Micro Nano Devices and Systems Technology，Chongqing 400030，China）

With the rapid development of embedded technology，it has been widely used in medical equipment.In order to realize the miniaturization and portable of Ent equipment，This paper designs a video acquisition system based on embedded Linux and S3C6410 microprocessor.It realizes the real time preview of the ear，nose and throat images，taking and saving pictures，image viewing and other functions.The experimental results show that the system can achieve a good image acquisition and preservation，image quality is relatively clear，and has a certain application value in the field of portable otolaryngology equipment.This system has certain promotion significance in the basic medical institutions and ordinary families.

ENT；embedded；S3C6410；v4l2；video capture

TN06

：A

：1674-6236（2017）08-0168-03

2016-06-29稿件编号：201606225

国家科技支撑计划项目资助（2015BAI01B14&2013BAI03B04）

周建萍（1992—），女，浙江温州人，硕士研究生。研究方向：嵌入式系统及其应用。