Linux的視頻編程(V4L2編程)【轉】

本文轉載自：http://blog.csdn.net/tommy_wxie/article/details/11472073

一.什麼是video4linux
Video4linux2（簡稱V4L2),是linux中關於視頻設備的內核驅動。在Linux中，視頻設備是設備文件，能夠像訪問普通文件同樣對其進行讀寫，攝像頭在/dev/video0下。

2、通常操做流程（視頻設備）：
1. 打開設備文件。 int fd=open(」/dev/video0″,O_RDWR);
2. 取得設備的capability，看看設備具備什麼功能，好比是否具備視頻輸入,或者音頻輸入輸出等。VIDIOC_QUERYCAP,struct v4l2_capability
3. 選擇視頻輸入，一個視頻設備能夠有多個視頻輸入。VIDIOC_S_INPUT,struct v4l2_input
4. 設置視頻的制式和幀格式，制式包括PAL，NTSC，幀的格式個包括寬度和高度等。
VIDIOC_S_STD,VIDIOC_S_FMT,struct v4l2_std_id,struct v4l2_format
5. 向驅動申請幀緩衝，通常不超過5個。struct v4l2_requestbuffers
6. 將申請到的幀緩衝映射到用戶空間，這樣就能夠直接操做採集到的幀了，而沒必要去複製。mmap
7. 將申請到的幀緩衝所有入隊列，以便存放採集到的數據.VIDIOC_QBUF,struct v4l2_buffer
8. 開始視頻的採集。VIDIOC_STREAMON
9. 出隊列以取得已採集數據的幀緩衝，取得原始採集數據。VIDIOC_DQBUF
10. 將緩衝從新入隊列尾,這樣能夠循環採集。VIDIOC_QBUF
11. 中止視頻的採集。VIDIOC_STREAMOFF
12. 關閉視頻設備。close(fd);
3、經常使用的結構體(參見/usr/include/linux/videodev2.h)：

struct v4l2_requestbuffers reqbufs;//向驅動申請幀緩衝的請求，裏面包含申請的個數
struct v4l2_capability cap;//這個設備的功能，好比是不是視頻輸入設備
struct v4l2_input input; //視頻輸入
struct v4l2_standard std;//視頻的制式，好比PAL，NTSC
struct v4l2_format fmt;//幀的格式，好比寬度，高度等

struct v4l2_buffer buf;//表明驅動中的一幀
v4l2_std_id stdid;//視頻制式，例如：V4L2_STD_PAL_B
struct v4l2_queryctrl query;//查詢的控制
struct v4l2_control control;//具體控制的值

下面具體說明開發流程（網上找的啦，也在學習麼）

 

打開視頻設備

在V4L2中，視頻設備被看作一個文件。使用open函數打開這個設備：

//用非阻塞模式打開攝像頭設備

intcameraFd;

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

//若是用阻塞模式打開攝像頭設備，上述代碼變爲：

//cameraFd = open(」/dev/video0″, O_RDWR, 0);

關於阻塞模式和非阻塞模式

應用程序可以使用阻塞模式或非阻塞模式打開視頻設備，若是使用非阻塞模式調用視頻設備，即便還沒有捕獲到信息，驅動依舊會把緩存（DQBUFF）裏的東西返回給應用程序。

設定屬性及採集方式

打開視頻設備後，能夠設置該視頻設備的屬性，例如裁剪、縮放等。這一步是可選的。在Linux編程中，通常使用ioctl函數來對設備的I/O通道進行管理：

extern intioctl (int __fd, unsigned long int__request, …) __THROW;

__fd：設備的ID，例如剛纔用open函數打開視頻通道後返回的cameraFd；

__request：具體的命令標誌符。

在進行V4L2開發中，通常會用到如下的命令標誌符：

1. VIDIOC_REQBUFS：分配內存
2. VIDIOC_QUERYBUF：把VIDIOC_REQBUFS中分配的數據緩存轉換成物理地址
3. VIDIOC_QUERYCAP：查詢驅動功能
4. VIDIOC_ENUM_FMT：獲取當前驅動支持的視頻格式
5. VIDIOC_S_FMT：設置當前驅動的頻捕獲格式
6. VIDIOC_G_FMT：讀取當前驅動的頻捕獲格式
7. VIDIOC_TRY_FMT：驗證當前驅動的顯示格式
8. VIDIOC_CROPCAP：查詢驅動的修剪能力
9. VIDIOC_S_CROP：設置視頻信號的邊框
10. VIDIOC_G_CROP：讀取視頻信號的邊框
11. VIDIOC_QBUF：把數據從緩存中讀取出來
12. VIDIOC_DQBUF：把數據放回緩存隊列
13. VIDIOC_STREAMON：開始視頻顯示函數
14. VIDIOC_STREAMOFF：結束視頻顯示函數
15. VIDIOC_QUERYSTD：檢查當前視頻設備支持的標準，例如PAL或NTSC。

這些IO調用，有些是必須的，有些是可選擇的。

檢查當前視頻設備支持的標準

在亞洲，通常使用PAL（720X576）制式的攝像頭，而歐洲通常使用NTSC（720X480），使用VIDIOC_QUERYSTD來檢測：

v4l2_std_id std;

do{

ret= ioctl(fd,VIDIOC_QUERYSTD, &std);

}while (ret == -1 &&errno == EAGAIN);

switch(std) {

caseV4L2_STD_NTSC:

//……

caseV4L2_STD_PAL:

//……

}

設置視頻捕獲格式

當檢測完視頻設備支持的標準後，還須要設定視頻捕獲格式：

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結構體定義以下：

structv4l2_format

{

enumv4l2_buf_type type;    // 數據流類型，必須永遠是//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;        // 寬，必須是16的倍數

__u32                   height;       // 高，必須是16的倍數

__u32                   pixelformat;  // 視頻數據存儲類型，例如是//YUV4：2：2仍是RGB

enumv4l2_field         field;

__u32                   bytesperline;

__u32                   sizeimage;

enumv4l2_colorspace    colorspace;

__u32                   priv;

};

分配內存

接下來能夠爲視頻捕獲分配內存：

structv4l2_requestbuffers  req;

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

return-1;

}

v4l2_requestbuffers定義以下：

structv4l2_requestbuffers

{

__u32               count; // 緩存數量，也就是說在緩存隊列裏保持多少張照片

enumv4l2_buf_type  type;   // 數據流類型，必須永遠是V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE

enumv4l2_memory    memory; // V4L2_MEMORY_MMAP 或 V4L2_MEMORY_USERPTR

__u32               reserved[2];

};

獲取並記錄緩存的物理空間

使用VIDIOC_REQBUFS，咱們獲取了req.count個緩存，下一步經過調用VIDIOC_QUERYBUF命令來獲取這些緩存的地址，而後使用mmap函數轉換成應用程序中的絕對地址，最後把這段緩存放入緩存隊列：

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;

//讀取緩存

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

return-1;

}

buffers[numBufs].length= buf.length;

//轉換成相對地址

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;

}

 

//放入緩存隊列

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

return-1;

}

}

關於視頻採集方式

操做系統通常把系統使用的內存劃分紅用戶空間和內核空間，分別由應用程序管理和操做系統管理。應用程序能夠直接訪問內存的地址，而內核空間存放的是 供內核訪問的代碼和數據，用戶不能直接訪問。v4l2捕獲的數據，最初是存放在內核空間的，這意味着用戶不能直接訪問該段內存，必須經過某些手段來轉換地 址。

一共有三種視頻採集方式：使用read、write方式；內存映射方式和用戶指針模式。

read、write方式:在用戶空間和內核空間不斷拷貝數據，佔用了大量用戶內存空間，效率不高。

內存映射方式：把設備裏的內存映射到應用程序中的內存控件，直接處理設備內存，這是一種有效的方式。上面的mmap函數就是使用這種方式。

用戶指針模式：內存片斷由應用程序本身分配。這點須要在v4l2_requestbuffers裏將memory字段設置成V4L2_MEMORY_USERPTR。

處理採集數據

V4L2有一個數據緩存，存放req.count數量的緩存數據。數據緩存採用FIFO的方式，當應用程序調用緩存數據時，緩存隊列將最早採集到的 視頻數據緩存送出，並從新採集一張視頻數據。這個過程須要用到兩個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;

//讀取緩存

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

{

return-1;

}

//…………視頻處理算法

//從新放入緩存隊列

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

return-1;

}

關閉視頻設備

使用close函數關閉一個視頻設備

close(cameraFd)

還須要使用munmap方法。

 

 

附錄：標準的V4l2的API

http://v4l.videotechnology.com/dwg/v4l2.pdf