Linux之V4L2視頻採集編程詳解

時間 2019-11-16

標籤 linux v4l2 視頻採集編程詳解欄目 Linux 简体版

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　 V4L2(Video For Linux Two) 是內核提供給應用程序訪問音、視頻驅動的統一接口。html

Linux系統中，視頻設備被看成一個設備文件來看待，設備文件存放在 /dev目錄下，完整路徑的設備文件名爲： /dev/video0 .linux

視頻採集基本步驟流程以下：打開視頻設備，設置視頻設備屬性及採集方式、視頻數據處理，關閉視頻設備，以下圖所示：web

1、打開視頻設備api

打開視頻設備很是簡單，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：緩存

1. 用非阻塞模式打開攝像頭設備
int cameraFd;
cameraFd = open("/dev/video0", O_RDWR| O_NONBLOCK);數據結構

2. 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);ide

關於阻塞模式和非阻塞模式函數

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。spa

2、Linux視頻設備驅動經常使用控制命令使用說明.net

設置視頻設備屬性經過ioctl來進行設置，ioctl有三個參數，分別是fd, cmd,和parameter,表示設備描述符，控制命令和控制命令參數。

Linux視頻設備驅動接口V4L2支持的經常使用控制命令以下：

1．控制命令VIDIOC_ENUM_FMT

功能：獲取當前視頻設備支持的視頻格式。

參數說明：參數類型爲V4L2的視頻格式描述符類型 struct v4l2_fmtdesc

返回值說明：執行成功時，函數返回值爲 0；struct v4l2_fmtdesc 結構體中的 .pixelformat和 .description 成員返回當前視頻設備所支持的視頻格式；

使用舉例：

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struct v4l2_fmtdescfmt;

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

fmt.index = 0;

fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

while ((ret = ioctl(dev, VIDIOC_ENUM_FMT,&fmt)) == 0) {

fmt.index++;

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

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

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

fmt.description);

}

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2．控制命令VIDIOC_QUERYCAP

功能：查詢視頻設備的功能；

參數說明：參數類型爲V4L2的能力描述類型struct v4l2_capability ；

返回值說明：執行成功時，函數返回值爲 0；函數執行成功後，struct v4l2_capability 結構體變量中的返回當前視頻設備所支持的功能；例如支持視頻捕獲功能V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE、V4L2_CAP_STREAMING等。

使用舉例：

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structv4l2_capability cap;

iret= ioctl(fd_usbcam, VIDIOC_QUERYCAP, &cap);

if(iret< 0)

{

printf("get vidieo capabilityerror,error code: %d /n", errno);

return ;

}

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執行完VIDIOC_QUERYCAP命令後，cap變量中包含了該視頻設備的能力信息，程序中經過檢查cap中的設備能力信息來判斷設備是否支持某項功能。

3．控制命令VIDIOC_S_FMT

功能：設置視頻設備的視頻數據格式，例如設置視頻圖像數據的長、寬，圖像格式（JPEG、YUYV格式）；

參數說明：參數類型爲V4L2的視頻數據格式類型 structv4l2_format ；

返回值說明：執行成功時，函數返回值爲 0；

使用舉例：

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struct v4l2_format tv4l2_format;

tv4l2_format.type= V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

tv4l2_format.fmt.pix.width =img_width;

tv4l2_format.fmt.pix.height =img_height;

tv4l2_format.fmt.pix.pixelformat = V4L2_PIX_FMT_YUYV;

tv4l2_format.fmt.pix.field = V4L2_FIELD_INTERLACED;

iret = ioctl(fd_usbcam, VIDIOC_S_FMT,&tv4l2_format);

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注意：若是該視頻設備驅動不支持你所設定的圖像格式，視頻驅動會從新修改structv4l2_format結構體變量的值爲該視頻設備所支持的圖像格式，因此在程序設計中，設定完全部的視頻格式後，要獲取實際的視頻格式，要從新讀取struct v4l2_format結構體變量。

4．控制命令VIDIOC_REQBUFS

功能：請求V4L2驅動分配視頻緩衝區（申請V4L2視頻驅動分配內存），V4L2是視頻設備的驅動層，位於內核空間，因此經過VIDIOC_REQBUFS控制命令字申請的內存位於內核空間，應用程序不能直接訪問，須要經過調用mmap內存映射函數把內核空間內存映射到用戶空間後，應用程序經過訪問用戶空間地址來訪問內核空間。

參數說明：參數類型爲V4L2的申請緩衝區數據結構體類型struct v4l2_requestbuffers ；

返回值說明：執行成功時，函數返回值爲 0；V4L2驅動層分配好了視頻緩衝區；

使用舉例：

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structv4l2_requestbuffers tV4L2_reqbuf;

memset(&tV4L2_reqbuf, 0, sizeof(struct v4l2_requestbuffers ));

tV4L2_reqbuf.count = 1; //申請緩衝區的個數

tV4L2_reqbuf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

tV4L2_reqbuf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;

iret= ioctl(fd_usbcam, VIDIOC_REQBUFS, &tV4L2_reqbuf);

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注意：VIDIOC_REQBUFS會修改tV4L2_reqbuf的count值，tV4L2_reqbuf的count值返回實際申請成功的視頻緩衝區數目；

5．控制命令VIDIOC_QUERYBUF

功能：查詢已經分配的V4L2的視頻緩衝區的相關信息，包括視頻緩衝區的使用狀態、在內核空間的偏移地址、緩衝區長度等。在應用程序設計中經過調VIDIOC_QUERYBUF來獲取內核空間的視頻緩衝區信息，而後調用函數mmap把內核空間地址映射到用戶空間，這樣應用程序纔可以訪問位於內核空間的視頻緩衝區。

參數說明：參數類型爲V4L2緩衝區數據結構類型 structv4l2_buffer ；

返回值說明：執行成功時，函數返回值爲 0；struct v4l2_buffer結構體變量中保存了指令的緩衝區的相關信息；

通常狀況下，應用程序中調用VIDIOC_QUERYBUF取得了內核緩衝區信息後，緊接着調用mmap函數把內核空間地址映射到用戶空間，方便用戶空間應用程序的訪問。

使用舉例：

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structv4l2_buffer tV4L2buf;

memset(&tV4L2buf, 0, sizeof(struct v4l2_buffer));

tV4L2buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

tV4L2buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;

tV4L2buf.index = i; // 要獲取內核視頻緩衝區的信息編號

iret = ioctl(fd_usbcam, VIDIOC_QUERYBUF, &tV4L2buf);

// 把內核空間緩衝區映射到用戶空間緩衝區

AppBufLength = tV4L2buf.length;

AppBufStartAddr= mmap(NULL /* start anywhere */ ,

tV4L2buf.length,

PROT_READ | PROT_WRITE/* access privilege */ ,

MAP_SHARED /* recommended */ ,

fd_usbcam, tV4L2buf.m.offset);

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上述代碼在經過調用VIDIOC_QUERYBUF取得內核空間的緩衝區信息後，接着調用mmap函數把內核空間緩衝區映射到用戶空間；關於mmap函數的用法，請讀者查詢相關資料；

6．控制命令VIDIOC_QBUF

功能：投放一個空的視頻緩衝區到視頻緩衝區輸入隊列中；

參數說明：參數類型爲V4L2緩衝區數據結構類型 structv4l2_buffer ；

返回值說明：執行成功時，函數返回值爲 0；函數執行成功後，指令(指定)的視頻緩衝區進入視頻輸入隊列，在啓動視頻設備拍攝圖像時，相應的視頻數據被保存到視頻輸入隊列相應的視頻緩衝區中。

使用舉例：

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structv4l2_buffer tV4L2buf;

memset(&tV4L2buf, 0, sizeof(struct v4l2_buffer));

tV4L2buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

tV4L2buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;

tV4L2buf.index = i; //指令（指定）要投放到視頻輸入隊列中的內核空間視頻緩衝區的編號；

iret = ioctl(fd_usbcam, VIDIOC_QBUF, &tV4L2buf);

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7．控制命令VIDIOC_STREAMON

功能：啓動視頻採集命令，應用程序調用VIDIOC_STREAMON啓動視頻採集命令後，視頻設備驅動程序開始採集視頻數據，並把採集到的視頻數據保存到視頻驅動的視頻緩衝區中。

參數說明：參數類型爲V4L2的視頻緩衝區類型 enum v4l2_buf_type ；

返回值說明：執行成功時，函數返回值爲 0；函數執行成功後，視頻設備驅動程序開始採集視頻數據，此時應用程序通常經過調用select函數來判斷一幀視頻數據是否採集完成，當視頻設備驅動完成一幀視頻數據採集並保存到視頻緩衝區中時，select函數返回，應用程序接着能夠讀取視頻數據；不然select函數阻塞直到視頻數據採集完成。Select函數的使用請讀者參考相關資料。

使用舉例：

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enumv4l2_buf_type v4l2type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

fd_set fds ;

structtimeval tv;

iret= ioctl(fd_usbcam, VIDIOC_STREAMON, &v4l2type);

FD_ZERO(&fds);

FD_SET(fd_usbcam, &fds);

tv.tv_sec= 2; /* Timeout. */

tv.tv_usec= 0;

iret= select(fd_usbcam+ 1, &fds, NULL, NULL, &tv);

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