v4l2 video 操作分析（待整理）

2、下面通过分析v4l2_mmap_loopback.c的源码，从应用层的角度讨论V4L2的原理：
#include <stdio.h>

#include <fcntl.h>

#include <string.h>

#include <getopt.h>

#include <stdlib.h>

。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

#include <fcntl.h>

#include <time.h>

/*以上指向你安装的linux主机/usr/include*/

#include <linux/fb.h>/*指向Montavista linux-2.6.18\include\linux*/

#include <asm/types.h>/*指向linux-2.6.18\include\asm-arm*/

/* Kernel header file, prefix path comes from makefile */

#include <media/davinci/davinci_vpfe.h>/*指向linux-2.6.18 \include\media\davinci*/

#include <video/davincifb_ioctl.h>/*指向linux-2.6.18 \include\video*/

#include <linux/videodev.h>

#include <linux/videodev2.h>

#include <media/davinci/davinci_display.h>

#include <media/davinci/ccdc_davinci.h>

/* LOCAL DEFINES*/

#define CAPTURE_DEVICE "/dev/video0" 文件系统中采集驱动用到的设备节点

#define WIDTH_NTSC 720

#define HEIGHT_NTSC 480 视频NTSC制式

#define WIDTH_PAL 720

#define HEIGHT_PAL 576 视频PAL支持

#define MIN_BUFFERS 2 采集时存放YUV视频数据的缓冲数，做到乒乓BUFFER，

#define UYVY_BLACK 0x10801080无图像的YUV值处理

/* Device parameters */

#define VID0_DEVICE "/dev/video2"

文件系统中DISPLAY输出设备节点（对照内核驱动davinci_display.c）

#define VID1_DEVICE "/dev/video3"文件系统中DISPLAY输出设备节点

#define OSD0_DEVICE "/dev/fb/0"文件系统中OSD0设备节点

#define OSD1_DEVICE "/dev/fb/2"文件系统中OSD1设备节点

/* Function error codes */

#define SUCCESS 0

#define FAILURE -1

/* Bits per pixel for video window */

#define YUV_422_BPP 16

#define BITMAP_BPP_8 8

#define DISPLAY_INTERFACE "COMPOSITE"显示输出定义复合视频输出

#define DISPLAY_MODE_PAL "PAL"显示输出定义PAL制输出

#define DISPLAY_MODE_NTSC "NTSC"显示输出定义NTSC制输出

#define round_32(width) ((((width) + 31) / 32) * 32 ) 字节对齐

/* Standards and output information */

#define ATTRIB_MODE "mode"

#define ATTRIB_OUTPUT "output"

#define LOOP_COUNT 500 本例子采集多少帧就停止运行（PAL制每秒25帧）

介绍完v4l2_mmap_loopback.c的前面部分的定义，我们可以开始熟悉V4L2，这里借用网友的描述，顺便加入本人的分析。

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。

Video4linux2一般操作流程（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等。VIDIOC_QUERYCAP,struct v4l2_capability

3. 选择视频输入，一个视频设备可以有多个视频输入。VIDIOC_S_INPUT,struct v4l2_input

4. 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

5. 向驱动申请帧缓冲，一般不超过5个。struct v4l2_requestbuffers

6. 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。

7. 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

8. 开始视频的采集。VIDIOC_STREAMON

9. 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

10. 将缓冲重新入队列尾,这样可以循环采集。VIDIOC_QBUF

11. 停止视频的采集。VIDIOC_STREAMOFF

12. 关闭视频设备。close(fd);

常用的结构体(参见linux-2.6.18_pro500/include/linux/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_input input; //视频输入

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

struct v4l2_queryctrl query;//查询的控制

struct v4l2_control control;//具体控制的值

从main()函数调用vpbe_UE_1（），在vpbe_UE_1（）里，可以看到采集流程和显示输出流程。

3、V4L2采集过程

initialize_capture（）里初始化采集配置、分配采集内存缓冲、启动开始采集。顺序调用init_capture_device（）+set_data_format（），init_capture_buffers（），start_streaming（）。

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：

/用非阻塞模式打开采集设备，见init_capture_device（）函数，fdCapture在本例子中定义为全局变量，

if ((fdCapture = open(CAPTURE_DEVICE, O_RDWR | O_NONBLOCK, 0)) <= -1) {

printf("InitDevice:open::\n");

return -1; }

如果用阻塞模式打开采集设备，上述代码变为：

if ((fdCapture = open(CAPTURE_DEVICE, O_RDWR, 0)) <= -1) {

printf("InitDevice:open::\n");

return -1; }

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 int ioctl (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fdCapture；

__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。他们可以从在内核中davinci_vpfe.c 里static int vpfe_doioctl(struct inode *inode, struct file *file,unsigned int cmd, void *arg)函数找到对应关系。

检查当前视频设备支持的标准和设置视频捕获格式

在set_data_format()函数里，检测完视频设备支持的标准后，还需要设定视频捕获格式：PAL制还是NTSC制，采集像素格式UYVY，奇偶场交错方式INTERLACED。

分配内存

接下来可以为视频捕获分配内存：

在init_capture_buffers（）里，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：

// 读取缓存

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

return -1;

}

buffers[numBufs].length = buf.length;

// 转换成相对地址

buffers[nIndex].length = buf.length;

buffers[nIndex].start =

mmap(NULL, buf.length, PROT_READ | PROT_WRITE,

MAP_SHARED, fdCapture, buf.m.offset);

启动开始采集

// 放入缓存队列

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

return -1;

}}

/* all done , get set go */

type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

if (-1 == ioctl(fdCapture, VIDIOC_STREAMON, &type)) //

printf("start_streaming:ioctl:VIDIOC_STREAMON:\n");

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：

struct v4l2_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(fdCapture, VIDIOC_DQBUF, &buf) == -1)

{

return -1;

}

//…………视频处理算法

//重新放入缓存队列

if (ioctl(fdCapture, 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(fdCapture)

4、V4L2显示输出

配置视频显示输出函数init_vid1_device（），初始化和采集差不多，这里就不用多解析，这个显示输出的例子通过DAC口，把采集的图像通过LOOPBACK方式，直接输出到普通电视机或DVD等视频IN的端口里，当然你的板子要有把DM6446 DAC信号通过视频放大器才能接到电视机上。从start_loop()函数里，下面的代码

buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;

/* determine ready buffer */

if (-1 == ioctl(fdCapture, VIDIOC_DQBUF, &buf)) {

if (EAGAIN == errno)

continue;

printf("StartCameraCaputre:ioctl:VIDIOC_DQBUF\n");

return -1;

}

/******************* V4L2 display ********************/

displaybuffer = get_display_buffer(fd_vid1);

if (NULL == displaybuffer) {

printf("Error in getting the display buffer:VID1\n");

return ret; }

src = buffers[buf.index].start;

dest = displaybuffer;

/* Display image onto requested video window */

for(i=0 ; i < dispheight; i++) {

memcpy(dest, src, disppitch);

src += disppitch;

dest += disppitch;

}

可以看出LOOPBACK方式的操作memcpy(dest, src, disppitch)，直接把采集的数据(720x576x2)字节放到视频输出缓冲dest，disppitch=1440,，就是一行UYVY的自己是1440。

第四节 DVSDK2.0有关V4L2的例子分析

有上面的介绍，我们可以深入学习DM6446 DVSDK2.0有关V4L2的例子。dvsdk_2_00_00_22\dvsdk_demos_2_00_00_07\dm6446里有encode，decode，encodedecode的例子，这些例子全部是应用程序，V4L2的例子函数为capture.c和display.c，他们不像第三节介绍的v4l2_mmap_loopback.c直接跟内核davinci_vpfe.c接口函数打交道，而是通过dmai，即dvsdk_2_00_00_22\dmai_1_20_00_06\packages\ti\sdo\dmai\linux目录下的源代码，跟内核davinci_vpfe.c、vpbe_encoder.c打交道，Montavista把内核驱动和VISA调用封装在一起，dvsdk_2_00_00_22\dvsdk_demos_2_00_00_07\dm6446里的例子就是产品级的例子，带有H264、MPEG4、G711这些算法的应用。dvsdk_2_00_00_22\dmai_1_20_00_06\packages\ti\sdo\_dmai\linux里的c文件就是V4L2和内核对接的源文件，好好学习这些例子，对大家做DAVINCI嵌入式产品非常有好处，本人也是从这些例子里学到很多LINUX的东西。