Linux之V4L2编程

来源：互联网发布：淘宝音响精品推荐编辑：程序博客网时间：2024/06/06 09:03

一、V4L2定义

V4L2(VideoFor Linux Two)是内核提供给应用程序访问视频驱动的统一接口。

二、工作流程

三、V4L2常用接口

注意：V4L2的相关定义包含在头文件<linux/videodev2.h>中

1.打开设备
#include <fcntl.h>
int open(const char *device_name, int flags);
#include <unistd.h>
int close(int fd);
例：
int fd=open(“/dev/video0”,O_RDWR); // 打开设备
close(fd); // 关闭设备

2.查询设备属性:VIDIOC_QUERYCAP
相关函数：
int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_capability *argp);
相关结构体：
struct v4l2_capability
{
u8 driver[16];     // 驱动名字
u8 card[32];       // 设备名字
u8 bus_info[32]; // 设备在系统中的位置
u32 version;       // 驱动版本号
u32 capabilities; // 设备支持的操作
u32 reserved[4]; // 保留字段
};
capabilities 常用值:V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE // 是否支持图像获取
例：显示设备信息

struct v4l2_capability cap;ioctl(fd,VIDIOC_QUERYCAP,&cap);printf(“Driver Name:%s\nCard Name:%s\nBus info:%s\nDriver Version:%u.%u.%u\n”,cap.driver,cap.card,cap.bus_info,(cap.version>>16)&0XFF,(cap.version>>8)&0XFF,cap.version&0XFF);

3.帧格式查询和设置
3.1 VIDIOC_ENUM_FMT:获取设备所有支持的格式
int ioctl(int fd, intrequest, struct v4l2_fmtdesc *argp);
struct v4l2_fmtdesc
{
__u32 index; //要查询的格式序号，应用程序设置
enum v4l2_buf_type type; //帧类型，应用程序设置
__u32 flags; //是否为压缩格式
__u8 description[32]; //格式名称
__u32 pixelformat; //格式
__u32 reserved[4]; //保留
};

struct v4l2_fmtdesc fmtdesc;fmtdesc.index=0;fmtdesc.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;printf("Supportformat:/n");while(ioctl(fd,VIDIOC_ENUM_FMT,&fmtdesc)!=-1){  printf("/t%d.%s/n",fmtdesc.index+1,fmtdesc.description);  fmtdesc.index++;}

3.2 VIDIOC_G_FMT:获取当前格式 VIDIOC_S_FMT:设置当前格式 VIDIOC_TRY_FMT:检查是否支持某种格式
int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_format *argp);
struct v4l2_format
{
enum v4l2_buf_type type;//帧类型，应用程序设置
union fmt
{
   struct v4l2_pix_format pix;//视频设备使用
   struct v4l2_window win;
   struct v4l2_vbi_format vbi;
   struct v4l2_sliced_vbi_format sliced;
   __u8 raw_data[200];
};
};

struct v4l2_pix_format
{
__u32 width; //帧宽，单位像素
__u32 height; //帧高，单位像素
__u32 pixelformat; //帧格式
enum v4l2_field field;
__u32 bytesperline;
__u32 sizeimage;
enum v4l2_colorspace colorspace;
__u32 priv;
};

//设置当前的视频格式struct v4l2_format fmt;                      //设置获取视频的格式memset( &fmt, 0, sizeof(fmt));fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;      //视频数据流类型，永远都是V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTUREfmt.fmt.pix.pixelformat = V4L2_PIX_FMT_YUYV; //视频源的格式因摄像头而定，本摄像头输出格式为YUYVfmt.fmt.pix.width = width;                   //设置视频宽度fmt.fmt.pix.height = heigh;                  //设置视频高度if (ioctl(fd, VIDIOC_S_FMT, &fmt) < 0)       //使配置生效{     printf("set carema format failed!\n");     return -1;}//显示当前帧的设置信息struct  v4l2_format fmt;fmt.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;ioctl(fd,VIDIOC_G_FMT,&fmt);printf(“Currentdata formatinformation:/n/twidth:%d/n/theight:%d/n”,fmt.fmt.width,fmt.fmt.height);struct v4l2_fmtdescfmtdesc;fmtdesc.index=0;fmtdesc.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;while(ioctl(fd,VIDIOC_ENUM_FMT,&fmtdesc)!=-1){  if(fmtdesc.pixelformat& fmt.fmt.pixelformat)  {    printf(“/tformat:%s/n”,fmtdesc.description);    break;  }  fmtdesc.index++;}//检查是否支持某种帧格式struct v4l2_format fmt; fmt.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; fmt.fmt.pix.pixelformat=V4L2_PIX_FMT_RGB32; if(ioctl(fd,VIDIOC_TRY_FMT,&fmt)==-1)   printf(“not support format RGB32!\n”);

4.图片缩放参数的获取和设置
4.1 VIDIOC_CROPCAP:获得图片的缩放属性
int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_cropcap *argp);
structv4l2_cropcap
{
enum v4l2_buf_type type;//应用程序设置
struct v4l2_rect bounds;//最大边界
struct v4l2_rect defrect;//默认值
struct v4l2_fract pixelaspect;
};
4.2 VIDIOC_G_CROP,VIDIOC_S_CROP:获取和设置当前的图片缩放设置
int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_crop *argp);
struct v4l2_crop
{
enum v4l2_buf_type type;//应用程序设置
struct v4l2_rect c;
}
5.缓冲区的申请和管理
5.1 VIDIOC_REQBUF:申请缓冲区
相关函数：
int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_requestbuffers *argp);
相关结构体：
struct v4l2_requestbuffers
{
u32 count;                                  // 缓冲区内缓冲帧的数目,应用程序设置
enum v4l2_buf_type type;       // 缓冲帧数据格式,应用程序设置
enum v4l2_memory memory; // 区别是内存映射还是用户指针方式,应用程序设置
u32 reserved[2];
};
enum v4l2_memoy {V4L2_MEMORY_MMAP,V4L2_MEMORY_USERPTR};
5.2 VIDIOC_QUERYBUF:查询帧缓冲信息
int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_buffer *argp);
struct v4l2_buffer
{
__u32 index;                              //buffer序号
enum v4l2_buf_type type;       //buffer类型
__u32 byteused;                       //buffer中已使用的字节数
__u32 flags;                               //区分是MMAP还是USERPTR
enum v4l2_field field;
struct timeval timestamp;       //获取第一个字节时的系统时间
struct v4l2_timecode timecode;
__u32 sequence;                     //队列中的序号

enum v4l2_memory memory;//IO方式，被应用程序设置
union m
{
__u32 offset; //缓冲帧地址，只对MMAP有效
unsigned long userptr;

};
__u32 length;//缓冲帧长度
__u32 input;
__u32 reserved;

};
定义一个结构体来映射每个缓冲帧。
struct buffer
{
void*start;
unsignedint length;
}*buffers;
#include<sys/mman.h>
void*mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags,int fd, off_toffset);
//addr映射起始地址，一般为NULL，让内核自动选择
//length被映射内存块的长度
//prot标志映射后能否被读写，其值为PROT_EXEC,PROT_READ,PROT_WRITE,PROT_NONE
//flags定此内存映射能否被其他进程共享，MAP_SHARED,MAP_PRIVATE
//fd,offset,确定被映射的内存地址
返回成功映射后的地址，不成功返回MAP_FAILED((void*)-1);
int munmap(void *addr, size_t length);//断开映射
//addr为映射后的地址，length为映射后的内存长度

//给设备申请缓冲区buffers= (buffer*)calloc(req.count, sizeof (*buffers));if(!buffers) {   fprintf(stderr, "Out of memory/n");   exit(EXIT_FAILURE);}struct v4l2_requestbuffers req;              //申请帧缓冲memset(&req, 0, sizeof (req));req.count = 3;                           //缓存数量，即可保存的图片数量req.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;      //数据流类型，永远都是V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTUREreq.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;        //存储类型：V4L2_MEMORY_MMAP或V4L2_MEMORY_USERPTRif (ioctl(fd, VIDIOC_REQBUFS, &req) == -1)   //使配置生效{       printf("request camera buffer error!\n");       return -1;}//把申请到的缓冲帧信息保存到buffers数组中，便于以后直接读取for(unsigned int n_buffers = 0; n_buffers < req.count; ++n_buffers) {  struct v4l2_buffer buf;  memset(&buf,0,sizeof(buf));  buf.type= V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;  buf.memory= V4L2_MEMORY_MMAP;  buf.index= n_buffers;  if (-1== ioctl (fd, VIDIOC_QUERYBUF, &buf))//查询序号为n_buffers的缓冲区，得到其起始物理地址和大小     exit(-1);  buffers[n_buffers].length= buf.length;  buffers[n_buffers].start=mmap (NULL,buf.length,PROT_READ | PROT_WRITE ,MAP_SHARED,fd,buf.m.offset);//映射内存  if(MAP_FAILED == buffers[n_buffers].start)    exit(-1);}

5.3 VIDIOC_QBUF:把帧放入队列VIDIOC_DQBUF:从队列中取出帧

在开始之前,还应当把缓冲帧放入缓冲队列：
int ioctl(int fd, int request, const int *argp);
//argp为流类型指针，如V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE.

6.开始采集视频和停止视频
VIDIOC_STREAMON/VIDIOC_STREAMOFF:启动/停止数据流
int ioctl(int fd, int request, const int *argp);//argp为流类型指针，如V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE.

例：把四个缓冲帧放入队列，并启动数据流unsigned int i;enum v4l2_buf_type type;//将缓冲帧放入设备缓冲队列，这样才能接受采集的数据for (i= 0; i < 4; ++i){struct v4l2_buffer buf;buf.type= V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;buf.memory= V4L2_MEMORY_MMAP;buf.index= i;ioctl(fd, VIDIOC_QBUF, &buf);}type =V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;ioctl(fd, VIDIOC_STREAMON, &type);例：获取一帧并处理struct v4l2_buffer buf;CLEAR(buf);buf.type= V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;buf.memory= V4L2_MEMORY_MMAP;ioctl(fd, VIDIOC_DQBUF, &buf);//从缓冲区取出一个缓冲帧，被取出的这个数据帧v4l2框架将不能修改它的数据process_image(buffers[buf.index].start);//图像处理ioctl(fd, VIDIOC_QBUF, &buf);//将取出的缓冲帧放回缓冲区，这样v4l2才能继续对该缓冲区写数据

常用的IOCTL命令：
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：设置视频信号的边框
VIDIOC_G_CROP：读取视频信号的边框
VIDIOC_QBUF：将空的缓冲帧放入队列
VIDIOC_DQBUF：将含有数据的缓冲帧从队列中取回
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。
VIDIOC_G_STD 获取视频标准
VIDIOC_S_STD 设置视频标准

参考文献:

http://www.cnblogs.com/emouse/archive/2013/03/04/2943243.html

http://blog.csdn.net/crazyman2010/article/details/6055022