V4L2编程 -转载

protheschildren

转载：

以前做的智能家居的项目用的是Linux2.6.13的核，使用的中星微的摄像头，移植了spcaview进行图像的获取，后来用了2.6.29的核，发现以前移植的spcaview不能用了，后来查了一下，发现2.6.29核采用了UVC的驱动（万能驱动），采用了V4L2框架，而spcaview是基于V4L1的框架，API接口存在差异。所以需要自己写图片获取的应用程序。

 

下面主要是一些资料的总结，并给出一个可以结果测试的代码：

 

一.什么是video4linux
Video4linux2（简称V4L2),是linux中关于视频设备的内核驱动。在Linux中，视频设备是设备文件，可以像访问普通文件一样对其进行读写，摄像头在/dev/video0下。

 

二.一般操作流程（视频设备）：

1.打开设备文件。 int fd=open(”/dev/video0″,O_RDWR);
2.取得设备的capability，看看设备具有什么功能，比如是否具有视频输入,或者音频输入输出等。VIDIOC_QUERYCAP,struct v4l2_capability
3.设置视频的制式和帧格式，制式包括PAL，NTSC，帧的格式个包括宽度和高度等。
VIDIOC_S_STD,VIDIOC_S_FMT,struct v4l2_std_id,struct v4l2_format
4.向驱动申请帧缓冲，一般不超过5个。struct v4l2_requestbuffers
5.将申请到的帧缓冲映射到用户空间，这样就可以直接操作采集到的帧了，而不必去复制。mmap
6.将申请到的帧缓冲全部入队列，以便存放采集到的数据.VIDIOC_QBUF,struct v4l2_buffer
7.开始视频的采集。VIDIOC_STREAMON
8.出队列以取得已采集数据的帧缓冲，取得原始采集数据。VIDIOC_DQBUF
9.将缓冲重新入队列尾,这样可以循环采集。VIDIOC_QBUF
10.停止视频的采集。VIDIOC_STREAMOFF
11.关闭视频设备。close(fd);

三、常用的结构体(参见/usr/include/linux/videodev2.h)：

struct v4l2_requestbuffers reqbufs;//向驱动申请帧缓冲的请求，里面包含申请的个数
struct v4l2_capability cap;//这个设备的功能，比如是否是视频输入设备
struct v4l2_standard std;//视频的制式，比如PAL，NTSC
struct v4l2_format fmt;//帧的格式，比如宽度，高度等

struct v4l2_buffer buf;//代表驱动中的一帧
v4l2_std_id stdid;//视频制式，例如：V4L2_STD_PAL_B
struct v4l2_queryctrl query;//查询的控制
struct v4l2_control control;//具体控制的值

 

下面具体说明开发流程（网上找的）

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

intcameraFd;

cameraFd= open(“/dev/video0″, O_RDWR| O_NONBLOCK, 0);

//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);

关于阻塞模式和非阻塞模式

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：

extern intioctl(int__fd, unsigned long int__request, …) __THROW;

__fd：设备的ID，例如刚才用open函数打开视频通道后返回的cameraFd；

__request：具体的命令标志符。

在进行V4L2开发中，一般会用到以下的命令标志符：

1 VIDIOC_REQBUFS：分配内存

2 VIDIOC_QUERYBUF：把VIDIOC_REQBUFS中分配的数据缓存转换成物理地址

3 VIDIOC_QUERYCAP：查询驱动功能

4 VIDIOC_ENUM_FMT：获取当前驱动支持的视频格式

5 VIDIOC_S_FMT：设置当前驱动的频捕获格式

6 VIDIOC_G_FMT：读取当前驱动的频捕获格式

7 VIDIOC_TRY_FMT：验证当前驱动的显示格式

8 VIDIOC_CROPCAP：查询驱动的修剪能力

9 VIDIOC_S_CROP：设置视频信号的边框

10 VIDIOC_G_CROP：读取视频信号的边框

11 VIDIOC_QBUF：把数据从缓存中读取出来

12 VIDIOC_DQBUF：把数据放回缓存队列

13 VIDIOC_STREAMON：开始视频显示函数

14 VIDIOC_STREAMOFF：结束视频显示函数

15 VIDIOC_QUERYSTD：检查当前视频设备支持的标准，例如PAL或NTSC。

这些IO调用，有些是必须的，有些是可选择的。

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== -1 && errno== EAGAIN);

switch(std) {

caseV4L2_STD_NTSC:

//……

caseV4L2_STD_PAL:

//……

}

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：

structv4l2_format    fmt;

memset( &fmt, 0, sizeof(fmt) );

fmt.type= V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

fmt.fmt.pix.width= 720;

fmt.fmt.pix.height= 576;

fmt.fmt.pix.pixelformat= V4L2_PIX_FMT_YUYV;

fmt.fmt.pix.field= V4L2_FIELD_INTERLACED;

if(ioctl(fd, VIDIOC_S_FMT, &fmt) == -1) {

return-1;

}

v4l2_format结构体定义如下：

structv4l2_format

{

enumv4l2_buf_type type;    //数据流类型，必须永远是//V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE

union

{

structv4l2_pix_format    pix;

structv4l2_window        win;

structv4l2_vbi_format    vbi;

__u8    raw_data[200];

} fmt;

};

structv4l2_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

enumv4l2_field         field;

__u32                   bytesperline;

__u32                   sizeimage;

enumv4l2_colorspace    colorspace;

__u32                   priv;

};

分配内存

接下来可以为视频捕获分配内存：

structv4l2_requestbuffers  req;

if(ioctl(fd, VIDIOC_REQBUFS, &req) == -1) {

return-1;

}

v4l2_requestbuffers定义如下：

structv4l2_requestbuffers

{

__u32               count;  //缓存数量，也就是说在缓存队列里保持多少张照片

enumv4l2_buf_type  type;   //数据流类型，必须永远是V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE

enumv4l2_memory    memory; // V4L2_MEMORY_MMAP或 V4L2_MEMORY_USERPTR

__u32               reserved[2];

};

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：

<!--[if !supportLineBreakNewLine]-->
<!--[endif]-->

typedef structVideoBuffer{

void*start;

size_t  length;

} VideoBuffer;

 

VideoBuffer*          buffers= calloc( req.count, sizeof(*buffers) );

structv4l2_buffer    buf;

 

for(numBufs= 0; numBufs< req.count; numBufs++) {

memset( &buf, 0, 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) == -1) {

return-1;

}

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-1;

}

 

//放入缓存队列

if(ioctl(fd, VIDIOC_QBUF, &buf) == -1) {

return-1;

}

}

关于视频采集方式

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。

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：

structv4l2_buffer buf;

memset(&buf,0,sizeof(buf));

buf.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

buf.memory=V4L2_MEMORY_MMAP;

buf.index=0;

//读取缓存

if(ioctl(cameraFd, VIDIOC_DQBUF, &buf) == -1)

{

return-1;

}

//…………视频处理算法

//重新放入缓存队列

if(ioctl(cameraFd, VIDIOC_QBUF, &buf) == -1) {

return-1;

}

关闭视频设备

使用close函数关闭一个视频设备

close(cameraFd)

还需要使用munmap方法。

 

下面是代码，加了一部分注释：

//#加了点注释

 

//#Rockie Cheng

 

 

#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 CLEAR(x) memset (&(x), 0, sizeof (x))

 

struct buffer {

        void *                  start;

        size_t                  length;

};

 

static char *           dev_name        = "/dev/video0";//摄像头设备名

static int              fd              = -1;

struct buffer *         buffers         = NULL;

static unsigned int     n_buffers       = 0;

 

FILE *file_fd;

static unsigned long file_length;

static unsigned char *file_name;

//////////////////////////////////////////////////////

//获取一帧数据

//////////////////////////////////////////////////////

static int read_frame (void)

{

struct v4l2_buffer buf;

unsigned int i;

 

CLEAR (buf);

buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;

int ff = ioctl (fd, VIDIOC_DQBUF, &buf);

if(ff<0)

printf("failture\n"); //出列采集的帧缓冲

 

assert (buf.index < n_buffers);

   printf ("buf.index dq is %d,\n",buf.index);

 

fwrite(buffers[buf.index].start, buffers[buf.index].length, 1, file_fd); //将其写入文件中

ff=ioctl (fd, VIDIOC_QBUF, &buf); //再将其入列

if(ff<0)

printf("failture VIDIOC_QBUF\n");

return 1;

}

 

int main (int argc,char ** argv)

{

struct v4l2_capability cap;

struct v4l2_format fmt;

unsigned int i;

enum v4l2_buf_type type;

 

file_fd = fopen("test-mmap.jpg", "w");//图片文件名

 

fd = open (dev_name, O_RDWR /* required */ | O_NONBLOCK, 0);//打开设备

 

int ff=ioctl (fd, VIDIOC_QUERYCAP, &cap);//获取摄像头参数

if(ff<0)

printf("failture VIDIOC_QUERYCAP\n");

 

       struct v4l2_fmtdesc fmt1;

        int ret;

       memset(&fmt1, 0, sizeof(fmt1));

       fmt1.index = 0;

       fmt1.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

       while ((ret = ioctl(fd, VIDIOC_ENUM_FMT, &fmt1)) == 0)

       {

              fmt1.index++;

              printf("{ pixelformat = '%c%c%c%c', description = '%s' }\n",

                            fmt1.pixelformat & 0xFF, (fmt1.pixelformat >> 8) & 0xFF,

                            (fmt1.pixelformat >> 16) & 0xFF, (fmt1.pixelformat >> 24) & 0xFF,

                            fmt1.description);

             

       }

CLEAR (fmt);

fmt.type                = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

fmt.fmt.pix.width       = 640;

fmt.fmt.pix.height      = 480;

fmt.fmt.pix.pixelformat = V4L2_PIX_FMT_JPEG;//V4L2_PIX_FMT_YUYV;//V4L2_PIX_FMT_YVU420;//V4L2_PIX_FMT_YUYV;

fmt.fmt.pix.field       = V4L2_FIELD_INTERLACED;

ff = ioctl (fd, VIDIOC_S_FMT, &fmt); //设置图像格式

if(ff<0)

printf("failture VIDIOC_S_FMT\n");

file_length = fmt.fmt.pix.bytesperline * fmt.fmt.pix.height; //计算图片大小

 

struct v4l2_requestbuffers req;

CLEAR (req);

req.count               = 1;

req.type                = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

req.memory              = V4L2_MEMORY_MMAP;

 

ioctl (fd, VIDIOC_REQBUFS, &req); //申请缓冲，count是申请的数量

if(ff<0)

printf("failture VIDIOC_REQBUFS\n");

if (req.count < 1)

   printf("Insufficient buffer memory\n");

 

buffers = calloc (req.count, sizeof (*buffers));//内存中建立对应空间

 

for (n_buffers = 0; n_buffers < req.count; ++n_buffers)

{

   struct v4l2_buffer buf;   //驱动中的一帧

   CLEAR (buf);

   buf.type        = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

   buf.memory      = V4L2_MEMORY_MMAP;

   buf.index       = n_buffers;

 

   if (-1 == ioctl (fd, VIDIOC_QUERYBUF, &buf)) //映射用户空间

    printf ("VIDIOC_QUERYBUF error\n");

 

   buffers[n_buffers].length = buf.length;

   buffers[n_buffers].start =

   mmap (NULL /* start anywhere */,    //通过mmap建立映射关系

    buf.length,

    PROT_READ | PROT_WRITE /* required */,

    MAP_SHARED /* recommended */,

    fd, buf.m.offset);

 

   if (MAP_FAILED == buffers[n_buffers].start)

    printf ("mmap failed\n");

        }

 

for (i = 0; i < n_buffers; ++i)

{

   struct v4l2_buffer buf;

   CLEAR (buf);

 

   buf.type        = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

   buf.memory      = V4L2_MEMORY_MMAP;

   buf.index       = i;

 

   if (-1 == ioctl (fd, VIDIOC_QBUF, &buf))//申请到的缓冲进入列队

    printf ("VIDIOC_QBUF failed\n");

}

               

type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

 

if (-1 == ioctl (fd, VIDIOC_STREAMON, &type)) //开始捕捉图像数据

   printf ("VIDIOC_STREAMON failed\n");

 

for (;;) //这一段涉及到异步IO

{

   fd_set fds;

   struct timeval tv;

   int r;

 

   FD_ZERO (&fds);//将指定的文件描述符集清空

   FD_SET (fd, &fds);//在文件描述符集合中增加一个新的文件描述符

 

   /* Timeout. */

   tv.tv_sec = 2;

   tv.tv_usec = 0;

 

   r = select (fd + 1, &fds, NULL, NULL, &tv);//判断是否可读（即摄像头是否准备好），tv是定时

 

   if (-1 == r) {

    if (EINTR == errno)

     continue;

    printf ("select err\n");

                        }

   if (0 == r) {

    fprintf (stderr, "select timeout\n");

    exit (EXIT_FAILURE);

                        }

 

   if (read_frame ())//如果可读，执行read_frame ()函数，并跳出循环

   break;

}

 

unmap:

for (i = 0; i < n_buffers; ++i)

   if (-1 == munmap (buffers[i].start, buffers[i].length))

    printf ("munmap error");

type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;  

        if (-1 == ioctl(fd, VIDIOC_STREAMOFF, &type))  

            printf("VIDIOC_STREAMOFF");

close (fd);

fclose (file_fd);

exit (EXIT_SUCCESS);

return 0;

}