基于V4L2的视频驱动开发（2）

三、            V4L2 API 及数据结构

V4L2 是 V4L 的升级版本，为 linux 下视频设备程序提供了一套接口规范。包括一套数据结构和底层 V4L2 驱动接口。

1 、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

2 、常用的 IOCTL 接口命令也在 include/linux/videodev2.h 中定义

 

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 // 设置视频信号的矩形边框

VIDIOC_G_CROP // 读取视频信号的矩形边框

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 。

 

 

3 、操作流程

V4L2 提供了很多访问接口，你可以根据具体需要选择操作方法。需要注意的是，很少有驱动完全实现了所有的接口功能。所以在使用时需要参考驱动源码，或仔细阅读驱动提供者的使用说明。

下面列举出一种操作的流程，供参考。

（ 1 ）打开设备文件

int fd = open(Devicename,mode);

    Devicename ： /dev/video0 、 /dev/video1 ……

     Mode ： O_RDWR [| O_NONBLOCK]

       如果使用非阻塞模式调用视频设备，则当没有可用的视频数据时，不会阻塞，而立刻返回。

（ 2 ）取得设备的 capability

struct v4l2_capability capability ；

              int ret = ioctl(fd, VIDIOC_QUERYCAP, &capability);     

看看设备具有什么功能，比如是否具有视频输入特性。

（ 3 ）选择视频输入

struct v4l2_input input ；

……初始化 input

int ret = ioctl(fd, VIDIOC_QUERYCAP, &input);     

一个视频设备可以有多个视频输入。如果只有一路输入，这个功能可以没有。

（ 4 ）检测视频支持的制式

            v4l2_std_id std;

            do {

                   ret = ioctl(fd, VIDIOC_QUERYSTD, &std);

            } while (ret == -1 && errno == EAGAIN);

            switch (std) {

                 case V4L2_STD_NTSC: 

                       //……

         case V4L2_STD_PAL:

             //……

}

（ 5 ）设置视频捕获格式

struct v4l2_format fmt;

fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_OUTPUT;

fmt.fmt.pix.pixelformat = V4L2_PIX_FMT_UYVY;

fmt.fmt.pix.height = height;

fmt.fmt.pix.width = width;

fmt.fmt.pix.field = V4L2_FIELD_INTERLACED;

ret = ioctl(fd, VIDIOC_S_FMT, &fmt);

if(ret) {

perror("VIDIOC_S_FMT/n");

close(fd);

return -1;

}

（ 6 ）向驱动申请帧缓存

     struct v4l2_requestbuffers  req;

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

           return -1;

}

       v4l2_requestbuffers 结构中定义了缓存的数量，驱动会据此申请对应数量的视频缓存。多个缓存可以用于建立 FIFO ，来提高视频采集的效率。

（ 7 ）获取每个缓存的信息，并 mmap 到用户空间

typedef struct VideoBuffer {

    void   *start;

    size_t  length;

} VideoBuffer;

                                                              

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

struct v4l2_buffer    buf;

 

for (numBufs = 0; numBufs < req.count; numBufs++) {// 映射所有的缓存

    memset( &buf, 0, sizeof(buf) );

    buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

    buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;

    buf.index = numBufs;

      if (ioctl( fd, VIDIOC_QUERYBUF, &buf) == -1) {// 获取到对应 index 的缓存信息，此处主要利用 length 信息及offset 信息来完成后面的 mmap 操作。

        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;

    }

 

（ 8 ）开始采集视频

int buf_type= V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE ；

int ret = ioctl(fd, VIDIOC_STREAMON, &buf_type);

 

（ 9 ）取出 FIFO 缓存中已经采样的帧缓存

struct v4l2_buffer buf;

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

buf.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

buf.memory=V4L2_MEMORY_MMAP;

buf.index=0;// 此值由下面的 ioctl 返回

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

{

    return -1;

}

根据返回的 buf.index 找到对应的 mmap 映射好的缓存，取出视频数据。

（ 10 ）将刚刚处理完的缓冲重新入队列尾，这样可以循环采集

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

    return -1;

}

（ 11 ）停止视频的采集

int ret = ioctl(fd, VIDIOC_STREAMOFF, &buf_type);

（ 12 ）关闭视频设备

close(fd);