嵌入式Linux下Camera编程--V4L2【转】

版权声明：本文为博主原创文章，未经博主允许不得转载。USB video class（又称为USB video device class or UVC）就是USB device class视频产品在不需要安装任何的驱动程序下即插即用，包括摄像头、数字摄影机、模拟视频转换器、电视卡及静态视频相机。最新的UVC版本为UVC 1.5，由USB-IF（USB Implementers Forum）定义包括基本协议及负载格式 [] [].这个链接是Linux中对UVC支持的相关描述。http://www.ideasonboard.org/uvc/V4L2：Video4Linux或V4L是一个视频截取及设备输出API，以及Linux的驱动程序框架，支持很多USB摄像头、电视调谐卡以及其他设备。Video4Linux与Linux内核紧密集成，Video4Linux取名的灵感来自Video for Windows（有时候会缩写为“V4W”），但两者在技术上并没有任何关系[][]。从两个的介绍也能看出来这两者之间的关系。简单的讲V4L2就是用来管理UVC设备的并且能够提供视频相关的一些API。那么这些API怎么使用或者能被谁使用呢。在Linux系统上有很多的开源软件能够支持V4L2。常见的又FFmpeg、OpenCV、Skype、Mplayer等等。这样一个UVC能够进行视频显示的话应该满足三个条件： UVC的camera硬件支持 UVC驱动支持，包括USB设备驱动以及v4l2的支持 上层的应用程序支持linux UVC驱动是为了全面的支持UVC设备。它包括V4L2内核驱动程序和用户空间工具补丁。这个视频设备或者USB视频类的USB设备类的定义定义了在USB上的视频流的功能。UVC类型的外设只需要一个通用的驱动支持就能够正常工作，就像USB 大容量存储设备一样。UVC的linux kernel驱动程序和支持的硬件设备都在这里有相关的描述：http://www.ideasonboard.org/uvc/。判断一个摄像头是否属于UVC规范可以使用如下方法： 使用lsusb命令或其他硬件信息查看工具，找出摄像头的设备号（Vendor ID）和产品号（Product ID）。 查找是否有视频类借口信息lsusb -d VID：PID -v | grep "14 Video"如果兼容UVC，则会输出类似信息bFunctionClass VideobInterfaceClass VideobInterfaceClass VideobInterfaceClass Video如果没有以上信息，则是non-UVC设备。. Kernel配置：
Device Drivers ---> <*> Multimediasupport ---> <M> Video For Linux
Device Drivers ---> <*> Multimediasupport ---> [*] Video capture adapters ---> [*] V4L USB devices ---> <M> USB Video Class (UVC)--- V4L USB devices :这里还有很多特定厂商的driver.可供选择。分析：
"USB Video Class(UVC)"：对应的driver是：uvcvideo.ko
"Video For Linux": 对应driver是：videodev.ko安装driver顺序如下：
insmod v4l1_compat.ko
insmod videodev.ko
insmod uvcvideo.kodriver会创建一个或多个主设备号为81，次设备号：-255的设备。
除了camera会创建为：/dev/videoX 之外，还有VBI设备-/dev/vbiX.Radio设备--/dev/radioX.. V4L2一些概念：
2.1：Video Input and Output:
video input and output是指device物理连接。
只有video 和VBI capture拥有input.
Radio设备则没有video input 和output.2.2: Video Standards:
Video Device支持一个或多个Video 标准。. 使用V4L2编程：
使用V4L2(Video for Linux ) API的过程大致如下：Opening the deviceChanging device properties, selecting a video and audio input,video standard, picture brightness a. o.Negotiating a data formatNegotiating an input/output methodThe actual input/output loopClosing the device3.1：打开设备：
fd = open("/dev/video0", O_RDWR, ); //以阻塞模式打开设想头3.2: 查询设备能力：Querying Capabilities:
因为V4L2可以对多种设备编程，所以并不是所有API可以对所有设备编程，哪怕是同类型的设备，使用ioctl--VIDIOC_QUERYCAP去询问支持什么功能。struct v4l2_capability cap;rel = ioctl(fdUsbCam, VIDIOC_QUERYCAP,&cap);
if(rel != )
{perror("ioctl VIDIOC_QUERYCAP");return -;}结构体如下：struct v4l2_capability{ __u8 driver[]; __u8 card[]; __u8 bus_info[]; __u32 version; __u32 capabilities; __u32 reserved[];};
这里面最重要的是：capabilities: 头文件linux/videodev2.h和kernel头文件linux/videodev2.h中都有描述：#define V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE 0x00000001 #define V4L2_CAP_VIDEO_OUTPUT 0x00000002 #define V4L2_CAP_VIDEO_OVERLAY 0x00000004 #define V4L2_CAP_VBI_CAPTURE 0x00000010 #define V4L2_CAP_VBI_OUTPUT 0x00000020 #define V4L2_CAP_SLICED_VBI_CAPTURE 0x00000040 #define V4L2_CAP_SLICED_VBI_OUTPUT 0x00000080 #define V4L2_CAP_RDS_CAPTURE 0x00000100 #define V4L2_CAP_VIDEO_OUTPUT_OVERLAY 0x00000200 #define V4L2_CAP_HW_FREQ_SEEK 0x00000400 #define V4L2_CAP_RDS_OUTPUT 0x00000800 #define V4L2_CAP_TUNER 0x00010000 #define V4L2_CAP_AUDIO 0x00020000 #define V4L2_CAP_RADIO 0x00040000 #define V4L2_CAP_MODULATOR 0x00080000 #define V4L2_CAP_READWRITE 0x01000000 #define V4L2_CAP_ASYNCIO 0x02000000 #define V4L2_CAP_STREAMING 0x04000000 这里要说到VBI， Vertical Blanking Interval的缩写 。电视信号包括一部分非可视信号，它不传送可视信息，因此被称为ⅦI(垂直消隐期间)。VBI可以用于传送其他信息，通常是一种专用字幕信号
这和Blog 重显率中所说暗合。在这里， V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE 说明设备是个图像采集设备，V4L2_CAP_STREAMING 说明是个Streaming设备。
通常，摄像头都支持以上两个能力。3.3：查询当前捕获格式： memset(&fmt, , sizeof(structv4l2_format));fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;if (ioctl(fdUsbCam, VIDIOC_G_FMT, &fmt)< ) { printf("get format failed\n"); return -; }
注意，此处，fmt是个in/out参数。
参见Kernel代码v4l2_ioctl.c中。此ioctl，它会首先判断
fmt.type.
type类型和含义如下：V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE ：vid-capV4L2_BUF_TYPE_VIDEO_OVERLAY ：vid-overlayV4L2_BUF_TYPE_VIDEO_OUTPUT :vid-outV4L2_BUF_TYPE_VBI_CAPTURE :vbi-capV4L2_BUF_TYPE_VBI_OUTPUT : vbi-outV4L2_BUF_TYPE_SLICED_VBI_CAPTURE :sliced-vbi-capV4L2_BUF_TYPE_SLICED_VBI_OUTPUT :sliced-vbi-outV4L2_BUF_TYPE_VIDEO_OUTPUT_OVERLAY : vid-out-overlay
咱们是使用Video Cam的。所以用V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTUREstruct v4l2_format{ enum v4l2_buf_type type; union { struct v4l2_pix_format pix; struct v4l2_window win; struct v4l2_vbi_format vbi; struct v4l2_sliced_vbi_format sliced; __u8 raw_data[]; } fmt;};
我们得到的信息在v4l2_pix_format中。
你可以看到，宽，高，像素格式。
其中像素格式包括：#define V4L2_PIX_FMT_RGB332 v4l2_fourcc('R','G','B','1') #define V4L2_PIX_FMT_RGB555 v4l2_fourcc('R','G','B','O') #define V4L2_PIX_FMT_RGB565 v4l2_fourcc('R','G','B','P') #define V4L2_PIX_FMT_RGB555X v4l2_fourcc('R','G','B','Q') #define V4L2_PIX_FMT_RGB565X v4l2_fourcc('R','G','B','R') #define V4L2_PIX_FMT_BGR24 v4l2_fourcc('B','G','R','3') #define V4L2_PIX_FMT_RGB24 v4l2_fourcc('R','G','B','3') #define V4L2_PIX_FMT_BGR32 v4l2_fourcc('B','G','R','4') #define V4L2_PIX_FMT_RGB32 v4l2_fourcc('R','G','B','4') #define V4L2_PIX_FMT_GREY v4l2_fourcc('G','R','E','Y') #define V4L2_PIX_FMT_YVU410 v4l2_fourcc('Y','V','U','9') #define V4L2_PIX_FMT_YVU420 v4l2_fourcc('Y','V','1','2') #define V4L2_PIX_FMT_YUYV v4l2_fourcc('Y','U','Y','V') #define V4L2_PIX_FMT_UYVY v4l2_fourcc('U','Y','V','Y') #define V4L2_PIX_FMT_YUV422P v4l2_fourcc('4','2','2','P') #define V4L2_PIX_FMT_YUV411P v4l2_fourcc('4','1','1','P') #define V4L2_PIX_FMT_Y41P v4l2_fourcc('Y','4','1','P') #define V4L2_PIX_FMT_NV12 v4l2_fourcc('N','V','1','2') #define V4L2_PIX_FMT_NV21 v4l2_fourcc('N','V','2','1') #define V4L2_PIX_FMT_YUV410 v4l2_fourcc('Y','U','V','9') #define V4L2_PIX_FMT_YUV420 v4l2_fourcc('Y','U','1','2') #define V4L2_PIX_FMT_YYUV v4l2_fourcc('Y','Y','U','V') #define V4L2_PIX_FMT_HI240 v4l2_fourcc('H','I','2','4') #define V4L2_PIX_FMT_HM12 v4l2_fourcc('H','M','1','2') #define V4L2_PIX_FMT_SBGGR8 v4l2_fourcc('B','A','8','1') #define V4L2_PIX_FMT_MJPEG v4l2_fourcc('M','J','P','G') #define V4L2_PIX_FMT_JPEG v4l2_fourcc('J','P','E','G') #define V4L2_PIX_FMT_DV v4l2_fourcc('d','v','s','d') #define V4L2_PIX_FMT_MPEG v4l2_fourcc('M','P','E','G') #define V4L2_PIX_FMT_WNVA v4l2_fourcc('W','N','V','A') #define V4L2_PIX_FMT_SN9C10X v4l2_fourcc('S','9','1','0') #define V4L2_PIX_FMT_PWC1 v4l2_fourcc('P','W','C','1') #define V4L2_PIX_FMT_PWC2 v4l2_fourcc('P','W','C','2') #define V4L2_PIX_FMT_ET61X251 v4l2_fourcc('E','6','2','5') fxxk,真TNND多。请注意，此时取到的宽，高，像素格式均正确。但不知为何，bytesperline却为0。3.4：设置当前捕获格式 fmt.fmt.pix.width = ;fmt.fmt.pix.height = ;fmt.fmt.pix.pixelformat=V4L2_PIX_FMT_YUYV;rel = ioctl(fdUsbCam, VIDIOC_S_FMT, &fmt);if (rel < ){printf("\nSet format failed\n");return -;}此时，再取当前捕获格式，则一切正常。包括 bytesperline 3.5：读取Stream 设置。struct v4l2_streamparm *setfps;setfps=(struct v4l2_streamparm *) calloc(, sizeof(structv4l2_streamparm));memset(setfps, , sizeof(struct v4l2_streamparm));setfps->type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; rel = ioctl(fdUsbCam,VIDIOC_G_PARM, setfps); if(rel == ) { printf("\n Frame rate: %u/%u\n", setfps->parm.capture.timeperframe.denominator, setfps->parm.capture.timeperframe.numerator ); } else { perror("Unable to read out current framerate"); return -; }注意： ioctl(fdUsbCam, VIDIOC_G_PARM,setfps); 参数3也是i/o 参数。必须要首先其type.
struct v4l2_streamparm
{
enum v4l2_buf_type type;
union
{
struct v4l2_captureparm capture;
struct v4l2_outputparm output;
__u8 raw_data[];
} parm;
};
type字段描述的是在涉及的操作的类型。对于视频捕获设备，应该为V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE。对于输出设备应该为V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_OUTPUT。它的值也可以是V4L2_BUF_TYPE_PRIVATE，在这种情况下，raw_data字段用来传递一些私有的，不可移植的，甚至是不鼓励的数据给内核。 enum v4l2_buf_type {
V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE = ,
V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_OUTPUT = ,
V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_OVERLAY = ,
V4L2_BUF_TYPE_VBI_CAPTURE = ,
V4L2_BUF_TYPE_VBI_OUTPUT = , V4L2_BUF_TYPE_SLICED_VBI_CAPTURE = ,
V4L2_BUF_TYPE_SLICED_VBI_OUTPUT = ,
V4L2_BUF_TYPE_PRIVATE = 0x80,
};
咱们当然选用V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE对于捕获设备而言，parm.capture字段是要关注的内容，这个结构体如下：
struct v4l2_captureparm
{
__u32 capability;
__u32 capturemode;
structv4l2_fract timeperframe;
__u32 extendedmode;
__u32 readbuffers;
__u32 reserved[];
}; timeperframe字段用于指定想要使用的帧频率，它又是一个结构体： struct v4l2_fract{
__u32 numerator;
__u32 denominator;
};
numerator和denominator所描述的系数给出的是成功的帧之间的时间间隔。
numerator 分子，denominator 分母。主要表达每次帧之间时间间隔。 numerator/denominator秒一帧。3.6：设置Stream参数。(主要是采集帧数)
setfps->parm.capture.timeperframe.numerator=;
setfps->parm.capture.timeperframe.denominator=;
rel = ioctl(fdUsbCam,VIDIOC_S_PARM, setfps);
if(rel != )
{
printf("\nUnable to Set FPS");
return -;
}
当然，setfps的其它项目，都是之前使用VIDIOC_G_PARM取得的。3.7：创建一组缓冲区(buf)
struct v4l2_requestbuffers rb;
memset(&rb, , sizeof(structv4l2_requestbuffers));
rb.count = ;
rb.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
rb.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
rel = ioctl(fdUsbCam, VIDIOC_REQBUFS,&rb);
if (rel < )
{
printf("Unable to allocate buffers: %d.\n",errno);
return -;
}其中参数rb为：struct v4l2_requestbuffers:
struct v4l2_requestbuffers
{
__u32 count;
enum v4l2_buf_type type;
enum v4l2_memory memory;
__u32 reserved[];
};
type 字段描述的是完成的I/O操作的类型。通常它的值要么是视频获得设备的V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE，要么是输出设备的V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_OUTPUTstruct v4l2_memory:
enum v4l2_memory {
V4L2_MEMORY_MMAP = ,
V4L2_MEMORY_USERPTR = ,
V4L2_MEMORY_OVERLAY = ,
};想要使用内存映谢的缓冲区，它将会把memory字段置为V4L2_MEMORY_MMAP，count置为它想要使用的缓冲区的数目。顺便看看USB TO Serail:
Device Drivers --->[*] USB support ---> <M> USB Serial Converter support ---> <M> USB Prolific Single Port SerialDriverUSB Prolific Single Port Serial Driver是指出支持pl2303芯片的USB 2serial.
pl2303.koUSB Serial Converter support是基础driver. 对应usbserial.ko注1：ioctl中常用的cmd.VIDIOC_REQBUFS：分配内存
VIDIOC_QUERYBUF：把VIDIOC_REQBUFS中分配的数据缓存转换成物理地址
VIDIOC_QUERYCAP：查询驱动功能
VIDIOC_ENUM_FMT：获取当前驱动支持的视频格式
VIDIOC_S_FMT：设置当前驱动的频捕获格式
VIDIOC_G_FMT：读取当前驱动的频捕获格式
VIDIOC_TRY_FMT：验证当前驱动的显示格式
VIDIOC_CROPCAP：查询驱动的修剪能力
VIDIOC_S_CROP：设置视频信号的边框
VIDIOC_G_CROP：读取视频信号的边框
VIDIOC_QBUF：把数据从缓存中读取出来
VIDIOC_DQBUF：把数据放回缓存队列
VIDIOC_STREAMON：开始视频显示函数
VIDIOC_STREAMOFF：结束视频显示函数
VIDIOC_QUERYSTD：检查当前视频设备支持的标准，例如PAL或NTSC。
VIDIOC_G_PARM ：得到Stream信息。如帧数等。
VIDIOC_S_PARM:设置Stream信息。如帧数等。注2：
如何判断某ioctl cmd所用参数类型：
例如：
ioctl-cmd: VIDIOC_QUERYCAP.
它的返回参数类型ioctl(fd, cmd, 参数)。
首先想到的是从kernel Sourcev4l2_ioctl.c中看。但这比较麻烦，又个简单办法：可以在video2dev.h中看到：
#define VIDIOC_QUERYCAP _IOR ('V', 0, struct v4l2_capability)
即使用cmd为 VIDIOC_QUERYCAP 时，参数为structv4l2_capability V4L2是V4L的升级版本，linux下视频设备程序提供了一套接口规范。常用的结构体在内核目录include/linux/videodev2.h中定义struct v4l2_requestbuffers //申请帧缓冲，对应命令VIDIOC_REQBUFS
struct v4l2_capability //视频设备的功能，对应命令VIDIOC_QUERYCAP
struct v4l2_input //视频输入信息，对应命令VIDIOC_ENUMINPUT
struct v4l2_standard //视频的制式，比如PAL，NTSC，对应命令VIDIOC_ENUMSTD
struct v4l2_format //帧的格式，对应命令VIDIOC_G_FMT、VIDIOC_S_FMT等
struct v4l2_buffer //驱动中的一帧图像缓存，对应命令VIDIOC_QUERYBUF
struct v4l2_crop //视频信号矩形边框
v4l2_std_id //视频制式V4L2采用流水线的方式，操作更简单直观，基本遵循打开视频设备、设置格式、处理数据、关闭设备，更多的具体操作通过ioctl函数来实现。.打开视频设备
在V4L2中，视频设备被看做一个文件。使用open函数打开这个设备：
// 用非阻塞模式打开摄像头设备
int cameraFd;
cameraFd = open("/dev/video0", O_RDWR | O_NONBLOCK, );
// 如果用阻塞模式打开摄像头设备，上述代码变为：
//cameraFd = open("/dev/video0", O_RDWR, 0);
应用程序能够使用阻塞模式或非阻塞模式打开视频设备，如果使用非阻塞模式调用视频设备，即使尚未捕获到信息，驱动依旧会把缓存（DQBUFF）里的东西返回给应用程序。. 设定属性及采集方式
打开视频设备后，可以设置该视频设备的属性，例如裁剪、缩放等。这一步是可选的。在Linux编程中，一般使用ioctl函数来对设备的I/O通道进行管理：
int ioctl (int __fd, unsigned long int __request, .../*args*/) ;
在进行V4L2开发中，常用的命令标志符如下(some are optional)：
• VIDIOC_REQBUFS：分配内存
• VIDIOC_QUERYBUF：把VIDIOC_REQBUFS中分配的数据缓存转换成物理地址
• VIDIOC_QUERYCAP：查询驱动功能
• VIDIOC_ENUM_FMT：获取当前驱动支持的视频格式
• VIDIOC_S_FMT：设置当前驱动的频捕获格式
• VIDIOC_G_FMT：读取当前驱动的频捕获格式
• VIDIOC_TRY_FMT：验证当前驱动的显示格式
• VIDIOC_CROPCAP：查询驱动的修剪能力
• VIDIOC_S_CROP：设置视频信号的边框
• VIDIOC_G_CROP：读取视频信号的边框
• VIDIOC_QBUF：把数据从缓存中读取出来
• VIDIOC_DQBUF：把数据放回缓存队列
• VIDIOC_STREAMON：开始视频显示函数
• VIDIOC_STREAMOFF：结束视频显示函数
• VIDIOC_QUERYSTD：检查当前视频设备支持的标准，例如PAL或NTSC。
.1检查当前视频设备支持的标准
在亚洲，一般使用PAL（720X576）制式的摄像头，而欧洲一般使用NTSC（720X480），使用VIDIOC_QUERYSTD来检测：
v4l2_std_id std;
do {
ret = ioctl(fd, VIDIOC_QUERYSTD, &std);
} while (ret == - && errno == EAGAIN);
switch (std) {
case V4L2_STD_NTSC:
//……
case V4L2_STD_PAL:
//……
}
2.2 设置视频捕获格式
当检测完视频设备支持的标准后，还需要设定视频捕获格式，结构如下：
struct v4l2_format fmt;
memset ( &fmt, , sizeof(fmt) );
fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
fmt.fmt.pix.width = ;
fmt.fmt.pix.height = ;
fmt.fmt.pix.pixelformat = V4L2_PIX_FMT_YUYV;
fmt.fmt.pix.field = V4L2_FIELD_INTERLACED;
if (ioctl(fd, VIDIOC_S_FMT, &fmt) == -) {
return -;
}v4l2_format结构如下：
struct v4l2_format {
enum v4l2_buf_type type; //数据流类型，必须永远是V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE
union
{
struct v4l2_pix_format pix;
struct v4l2_window win;
struct v4l2_vbi_format vbi;
__u8 raw_data[];
} fmt;
};
struct v4l2_pix_format {
__u32 width; // 宽，必须是16的倍数
__u32 height; // 高，必须是16的倍数
__u32 pixelformat; // 视频数据存储类型，例如是YUV4：2：2还是RGB
enum v4l2_field field;
__u32 bytesperline;
__u32 sizeimage;
enum v4l2_colorspace colorspace;
__u32 priv;
};
2.3 分配内存
接下来可以为视频捕获分配内存：
struct v4l2_requestbuffers req;req.count = BUFFER_COUNT;
req.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
req.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;if (ioctl(fd, VIDIOC_REQBUFS, &req) == -) {
return -;
}v4l2_requestbuffers结构如下：
struct v4l2_requestbuffers {
u32 count;//缓存数量,也就是说在缓存队列里保持多少张照片
enum v4l2_buf_type type; //数据流类型,必须永远是V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE
enum v4l2_memory memory;//V4L2_MEMORY_MMAP或V4L2_MEMORY_USERPTR
u32 reserved[];
};
2.4 获取并记录缓存的物理空间
使用VIDIOC_REQBUFS，我们获取了req.count个缓存，下一步通过调用VIDIOC_QUERYBUF命令来获取这些缓存的地址，然后使用mmap函数转换成应用程序中的绝对地址，最后把这段缓存放入缓存队列：typedef struct VideoBuffer {
void *start;
size_t length;
} VideoBuffer;v4l2_buffer 结构如下：
struct v4l2_buffer {
__u32 index;
enum v4l2_buf_type type;
__u32 bytesused;
__u32 flags;
enum v4l2_field field;
struct timeval timestamp;
struct v4l2_timecode timecode;
__u32 sequence;
/* memory location */
enum v4l2_memory memory;
union {
__u32 offset;
unsigned long userptr;
} m;
__u32 length;
__u32 input;
__u32 reserved;
};
VideoBuffer* buffers = calloc( req.count, sizeof(*buffers) );
struct v4l2_buffer buf;for (numBufs = ; numBufs < req.count; numBufs++)
{
memset( &buf, , sizeof(buf) );
buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
buf.index = numBufs;
// 读取缓存
if (ioctl(fd, VIDIOC_QUERYBUF, &buf) == -) {
return -;
} buffers[numBufs].length = buf.length;
// 转换成相对地址
buffers[numBufs].start = mmap(NULL, buf.length, PROT_READ | PROT_WRITE,
MAP_SHARED,fd, buf.m.offset); if (buffers[numBufs].start == MAP_FAILED) {
return -;
} // 放入缓存队列
if (ioctl(fd, VIDIOC_QBUF, &buf) == -) {
return -;
}
}
2.5 视频采集方式
操作系统一般把系统使用的内存划分成用户空间和内核空间，分别由应用程序管理和操作系统管理。应用程序可以直接访问内存的地址，而内核空间存放的是供内核访问的代码和数据，用户不能直接访问。v4l2捕获的数据，最初是存放在内核空间的，这意味着用户不能直接访问该段内存，必须通过某些手段来转换地址。
一共有三种视频采集方式：使用read/write方式；内存映射方式和用户指针模式。
read、write方式，在用户空间和内核空间不断拷贝数据，占用了大量用户内存空间，效率不高。
内存映射方式：把设备里的内存映射到应用程序中的内存控件，直接处理设备内存，这是一种有效的方式。上面的mmap函数就是使用这种方式。
用户指针模式：内存片段由应用程序自己分配。这点需要在v4l2_requestbuffers里将memory字段设置成V4L2_MEMORY_USERPTR。
2.6 处理采集数据
V4L2有一个数据缓存，存放req.count数量的缓存数据。数据缓存采用FIFO的方式，当应用程序调用缓存数据时，缓存队列将最先采集到的视频数据缓存送出，并重新采集一张视频数据。这个过程需要用到两个ioctl命令,VIDIOC_DQBUF和VIDIOC_QBUF：
struct v4l2_buffer buf;
memset(&buf,,sizeof(buf));
buf.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
buf.memory=V4L2_MEMORY_MMAP;
buf.index=;
//读取缓存
if (ioctl(cameraFd, VIDIOC_DQBUF, &buf) == -)
{
return -;
}
//…………视频处理算法
//重新放入缓存队列
if (ioctl(cameraFd, VIDIOC_QBUF, &buf) == -) {
return -;
}. 关闭视频设备
使用close函数关闭一个视频设备
close(cameraFd)
如果使用mmap,最后还需要使用munmap方法。下面是damo程序（经过实际验证，修改了网上的例程的错误）
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <assert.h>
#include <getopt.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <malloc.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/ioctl.h>#include <asm/types.h>
#include <linux/videodev2.h>#define CAMERA_DEVICE "/dev/video0"
#define CAPTURE_FILE "frame.jpg"#define VIDEO_WIDTH 640
#define VIDEO_HEIGHT 480
#define VIDEO_FORMAT V4L2_PIX_FMT_YUYV
#define BUFFER_COUNT 4typedef struct VideoBuffer {
void *start;
size_t length;
} VideoBuffer;int main()
{
int i, ret; // 打开设备
int fd;
fd = open(CAMERA_DEVICE, O_RDWR, );
if (fd < ) {
printf("Open %s failed\n", CAMERA_DEVICE);
return -;
} // 获取驱动信息
struct v4l2_capability cap;
ret = ioctl(fd, VIDIOC_QUERYCAP, &cap);
if (ret < ) {
printf("VIDIOC_QUERYCAP failed (%d)\n", ret);
return ret;
}
// Print capability infomations
printf("Capability Informations:\n");
printf(" driver: %s\n", cap.driver);
printf(" card: %s\n", cap.card);
printf(" bus_info: %s\n", cap.bus_info);
printf(" version: %08X\n", cap.version);
printf(" capabilities: %08X\n", cap.capabilities); // 设置视频格式
struct v4l2_format fmt;
memset(&fmt, , sizeof(fmt));
fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
fmt.fmt.pix.width = VIDEO_WIDTH;
fmt.fmt.pix.height = VIDEO_HEIGHT;
fmt.fmt.pix.pixelformat = V4L2_PIX_FMT_YUYV;
fmt.fmt.pix.field = V4L2_FIELD_INTERLACED;
ret = ioctl(fd, VIDIOC_S_FMT, &fmt);
if (ret < ) {
printf("VIDIOC_S_FMT failed (%d)\n", ret);
return ret;
} // 获取视频格式
ret = ioctl(fd, VIDIOC_G_FMT, &fmt);
if (ret < ) {
printf("VIDIOC_G_FMT failed (%d)\n", ret);
return ret;
}
// Print Stream Format
printf("Stream Format Informations:\n");
printf(" type: %d\n", fmt.type);
printf(" width: %d\n", fmt.fmt.pix.width);
printf(" height: %d\n", fmt.fmt.pix.height);
char fmtstr[];
memset(fmtstr, , );
memcpy(fmtstr, &fmt.fmt.pix.pixelformat, );
printf(" pixelformat: %s\n", fmtstr);
printf(" field: %d\n", fmt.fmt.pix.field);
printf(" bytesperline: %d\n", fmt.fmt.pix.bytesperline);
printf(" sizeimage: %d\n", fmt.fmt.pix.sizeimage);
printf(" colorspace: %d\n", fmt.fmt.pix.colorspace);
printf(" priv: %d\n", fmt.fmt.pix.priv);
printf(" raw_date: %s\n", fmt.fmt.raw_data); // 请求分配内存
struct v4l2_requestbuffers reqbuf; reqbuf.count = BUFFER_COUNT;
reqbuf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
reqbuf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP; ret = ioctl(fd , VIDIOC_REQBUFS, &reqbuf);
if(ret < ) {
printf("VIDIOC_REQBUFS failed (%d)\n", ret);
return ret;
} // 获取空间
VideoBuffer* buffers = calloc( reqbuf.count, sizeof(*buffers) );
struct v4l2_buffer buf; for (i = ; i < reqbuf.count; i++)
{
buf.index = i;
buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
ret = ioctl(fd , VIDIOC_QUERYBUF, &buf);
if(ret < ) {
printf("VIDIOC_QUERYBUF (%d) failed (%d)\n", i, ret);
return ret;
} // mmap buffer
framebuf[i].length = buf.length;
framebuf[i].start = (char *) mmap(, buf.length, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, buf.m.offset);
if (framebuf[i].start == MAP_FAILED) {
printf("mmap (%d) failed: %s\n", i, strerror(errno));
return -;
} // Queen buffer
ret = ioctl(fd , VIDIOC_QBUF, &buf);
if (ret < ) {
printf("VIDIOC_QBUF (%d) failed (%d)\n", i, ret);
return -;
} printf("Frame buffer %d: address=0x%x, length=%d\n", i, (unsigned int)framebuf[i].start, framebuf[i].length);
} // 开始录制
enum v4l2_buf_type type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
ret = ioctl(fd, VIDIOC_STREAMON, &type);
if (ret < ) {
printf("VIDIOC_STREAMON failed (%d)\n", ret);
return ret;
} // Get frame
ret = ioctl(fd, VIDIOC_DQBUF, &buf);
if (ret < ) {
printf("VIDIOC_DQBUF failed (%d)\n", ret);
return ret;
} // Process the frame
FILE *fp = fopen(CAPTURE_FILE, "wb");
if (fp < ) {
printf("open frame data file failed\n");
return -;
}
fwrite(framebuf[buf.index].start, , buf.length, fp);
fclose(fp);
printf("Capture one frame saved in %s\n", CAPTURE_FILE); // Re-queen buffer
ret = ioctl(fd, VIDIOC_QBUF, &buf);
if (ret < ) {
printf("VIDIOC_QBUF failed (%d)\n", ret);
return ret;
} // Release the resource
for (i=; i< ; i++)
{
munmap(framebuf[i].start, framebuf[i].length);
} close(fd);
printf("Camera test Done.\n");
return ;
}
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------附件：
void *mmap(void *start, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
int munmap(void *start, size_t length);
参数说明：
——start：映射区的开始地址。
——length：映射区的长度。
——prot：期望的内存保护标志，不能与文件的打开模式冲突。是以下的某个值，可以通过or运算合理地组合在一起
—PROT_EXEC //页内容可以被执行
—PROT_READ //页内容可以被读取
—PROT_WRITE //页可以被写入
—PROT_NONE //页不可访问
——flags：指定映射对象的类型，映射选项和映射页是否可以共享。它的值可以是一个或者多个以下位的组合体
—MAP_FIXED //使用指定的映射起始地址，如果由start和len参数指定的内存区重叠于现存的映射空间，重叠部分将会被丢弃。如果指定的起始地址不可用，操作将会失败。并且起始地址必须落在页的边界上。
—MAP_SHARED //与其它所有映射这个对象的进程共享映射空间。对共享区的写入，相当于输出到文件。直到msync()或者munmap()被调用，文件实际上不会被更新。
—MAP_PRIVATE //建立一个写入时拷贝的私有映射。内存区域的写入不会影响到原文件。这个标志和以上标志是互斥的，只能使用其中一个。
—MAP_DENYWRITE //这个标志被忽略。
—MAP_EXECUTABLE //同上
—MAP_NORESERVE //不要为这个映射保留交换空间。当交换空间被保留，对映射区修改的可能会得到保证。当交换空间不被保留，同时内存不足，对映射区的修改会引起段违例信号。
—MAP_LOCKED //锁定映射区的页面，从而防止页面被交换出内存。
—MAP_GROWSDOWN //用于堆栈，告诉内核VM系统，映射区可以向下扩展。
—MAP_ANONYMOUS //匿名映射，映射区不与任何文件关联。
—MAP_ANON //MAP_ANONYMOUS的别称，不再被使用。
—MAP_FILE //兼容标志，被忽略。
—MAP_32BIT //将映射区放在进程地址空间的低2GB，MAP_FIXED指定时会被忽略。当前这个标志只在x86-64平台上得到支持。
—MAP_POPULATE //为文件映射通过预读的方式准备好页表。随后对映射区的访问不会被页违例阻塞。
—MAP_NONBLOCK //仅和MAP_POPULATE一起使用时才有意义。不执行预读，只为已存在于内存中的页面建立页表入口。
——fd：有效的文件描述词。如果MAP_ANONYMOUS被设定，为了兼容问题，其值应为-。
——offset：被映射对象内容的起点。返回值：
成功执行时，mmap()返回被映射区的指针，munmap()返回0。
失败时，mmap()返回MAP_FAILED[其值为(void *)-]，munmap返回-。errno被设为以下的某个值。