v4l2基础学习二
来源:互联网 发布:欧美女歌手 知乎 编辑:程序博客网 时间:2024/04/30 19:33
对于v4l2,上次是在调试收音机驱动的时候用过,其他也就只是用i2c配置一些寄存器就可以了。那时只是粗粗的了解了,把收音机当作v4l2的设备后会在/dev目录下生成一个radio的节点。然后就可以操作了。后来就没怎么接触了。这周,需要调试下usb的摄像头。因为有问题,所以就要跟进,于是也就要开始学习下linux的v4l2了。看到一篇很不错的文章,下面参考这篇文章,加上自己的一些见解,做一些总结把。
Video for Linuxtwo(Video4Linux2)简称V4L2,是V4L的改进版。V4L2是linux操作系统下用于采集图片、视频和音频数据的API接口,配合适当的视频采集设备和相应的驱动程序,可以实现图片、视频、音频等的采集。在远程会议、可视电话、视频监控系统和嵌入式多媒体终端中都有广泛的应用。
在Linux下,所有外设都被看成一种特殊的文件,成为“设备文件”,可以象访问普通文件一样对其进行读写。一般来说,采用V4L2驱动的摄像头设备文件是/dev/video0。V4L2支持两种方式来采集图像:内存映射方式(mmap)和直接读取方式(read)。V4L2在include/linux/videodev.h文件中定义了一些重要的数据结构,在采集图像的过程中,就是通过对这些数据的操作来获得最终的图像数据。Linux系统V4L2的能力可在Linux内核编译阶段配置,默认情况下都有此开发接口。
而摄像头所用的主要是capature了,视频的捕捉,具体linux的调用可以参考下图。
应用程序通过V4L2进行视频采集的原理
V4L2支持内存映射方式(mmap)和直接读取方式(read)来采集数据,前者一般用于连续视频数据的采集,后者常用于静态图片数据的采集,本文重点讨论内存映射方式的视频采集。
应用程序通过V4L2接口采集视频数据分为五个步骤:
首先,打开视频设备文件,进行视频采集的参数初始化,通过V4L2接口设置视频图像的采集窗口、采集的点阵大小和格式;
其次,申请若干视频采集的帧缓冲区,并将这些帧缓冲区从内核空间映射到用户空间,便于应用程序读取/处理视频数据;
第三,将申请到的帧缓冲区在视频采集输入队列排队,并启动视频采集;
第四,驱动开始视频数据的采集,应用程序从视频采集输出队列取出帧缓冲区,处理完后,将帧缓冲区重新放入视频采集输入队列,循环往复采集连续的视频数据;
第五,停止视频采集。
具体的程序实现流程可以参考下面的流程图:
其实其他的都比较简单,就是通过ioctl这个接口去设置一些参数。最主要的就是buf管理。他有一个或者多个输入队列和输出队列。
启动视频采集后,驱动程序开始采集一帧数据,把采集的数据放入视频采集输入队列的第一个帧缓冲区,一帧数据采集完成,也就是第一个帧缓冲区存满一帧数据后,驱动程序将该帧缓冲区移至视频采集输出队列,等待应用程序从输出队列取出。驱动程序接下来采集下一帧数据,放入第二个帧缓冲区,同样帧缓冲区存满下一帧数据后,被放入视频采集输出队列。
应用程序从视频采集输出队列中取出含有视频数据的帧缓冲区,处理帧缓冲区中的视频数据,如存储或压缩。
最后,应用程序将处理完数据的帧缓冲区重新放入视频采集输入队列,这样可以循环采集,如图所示。
每一个帧缓冲区都有一个对应的状态标志变量,其中每一个比特代表一个状态
V4L2_BUF_FLAG_UNMAPPED 0B0000
V4L2_BUF_FLAG_MAPPED 0B0001
V4L2_BUF_FLAG_ENQUEUED 0B0010
V4L2_BUF_FLAG_DONE 0B0100
缓冲区的状态转化如图所示。
下面的程序注释的很好,就拿来参考下:
V4L2 编程
1. 定义
V4L2(Video ForLinux Two) 是内核提供给应用程序访问音、视频驱动的统一接口。
2. 工作流程:
打开设备-> 检查和设置设备属性->设置帧格式-> 设置一种输入输出方法(缓冲区管理)-> 循环获取数据-> 关闭设备。
3. 设备的打开和关闭:
#include<fcntl.h>
int open(constchar *device_name, int flags);
#include <unistd.h>
int close(intfd);
例:
int fd=open(“/dev/video0”,O_RDWR);// 打开设备close(fd);// 关闭设备
注意:V4L2 的相关定义包含在头文件<linux/videodev2.h>中.
4. 查询设备属性: VIDIOC_QUERYCAP
相关函数:
int ioctl(intfd, int request, struct v4l2_capability *argp);
相关结构体:
structv4l2_capability{__u8 driver[16]; // 驱动名字__u8 card[32]; // 设备名字__u8bus_info[32]; // 设备在系统中的位置__u32 version; // 驱动版本号__u32capabilities; // 设备支持的操作__u32reserved[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
structv4l2_capability cap;ioctl(fd,VIDIOC_QUERYCAP,&cap);printf(“DriverName:%s/nCard Name:%s/nBus info:%s/nDriverVersion:%u.%u.%u/n”,cap.driver,cap.card,cap.bus_info,(cap.version>>16)&0XFF,(cap.version>>8)&0XFF,cap.version&OXFF);
5. 帧格式:
VIDIOC_ENUM_FMT// 显示所有支持的格式int ioctl(intfd, int request, struct v4l2_fmtdesc *argp);structv4l2_fmtdesc{__u32 index; // 要查询的格式序号,应用程序设置enumv4l2_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__u32pixelformat; // 格式__u32reserved[4]; // 保留};
例:显示所有支持的格式
structv4l2_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++;}
// 查看或设置当前格式
VIDIOC_G_FMT,VIDIOC_S_FMT
// 检查是否支持某种格式
VIDIOC_TRY_FMTint ioctl(intfd, int request, struct v4l2_format *argp);structv4l2_format{enumv4l2_buf_type type;// 帧类型,应用程序设置union fmt{structv4l2_pix_format pix;// 视频设备使用structv4l2_window win;structv4l2_vbi_format vbi;structv4l2_sliced_vbi_format sliced;__u8raw_data[200];};};
structv4l2_pix_format{__u32 width; // 帧宽,单位像素__u32 height; // 帧高,单位像素__u32pixelformat; // 帧格式enum v4l2_fieldfield;__u32bytesperline;__u32 sizeimage;enumv4l2_colorspace colorspace;__u32 priv;};
例:显示当前帧的相关信息
structv4l2_format fmt;fmt.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;ioctl(fd,VIDIOC_G_FMT,&fmt);printf(“Currentdata format information:/n/twidth:%d/n/theight:%d/n”,fmt.fmt.width,fmt.fmt.height);structv4l2_fmtdesc fmtdesc;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++;}
例:检查是否支持某种帧格式
structv4l2_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)if(errno==EINVAL)printf(“notsupport format RGB32!/n”);
6. 图像的缩放
VIDIOC_CROPCAPint ioctl(int fd,int request, struct v4l2_cropcap *argp);structv4l2_cropcap{enumv4l2_buf_type type;// 应用程序设置struct v4l2_rectbounds;// 最大边界struct v4l2_rectdefrect;// 默认值structv4l2_fract pixelaspect;};
// 设置缩放
VIDIOC_G_CROP,VIDIOC_S_CROPint ioctl(intfd, int request, struct v4l2_crop *argp);int ioctl(intfd, int request, const struct v4l2_crop *argp);struct v4l2_crop{enumv4l2_buf_type type;// 应用程序设置struct v4l2_rectc;}
7. 申请和管理缓冲区,应用程序和设备有三种交换数据的方法,直接read/write ,内存映射(memorymapping) ,用户指针。这里只讨论 memorymapping.
// 向设备申请缓冲区
VIDIOC_REQBUFSint ioctl(intfd, int request, struct v4l2_requestbuffers *argp);structv4l2_requestbuffers{__u32 count; // 缓冲区内缓冲帧的数目enumv4l2_buf_type type; // 缓冲帧数据格式enum v4l2_memorymemory; // 区别是内存映射还是用户指针方式__u32 reserved[2];}; enum v4l2_memoy{V4L2_MEMORY_MMAP,V4L2_MEMORY_USERPTR};//count,type,memory都要应用程序设置
例:申请一个拥有四个缓冲帧的缓冲区
structv4l2_requestbuffers req;req.count=4;req.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;req.memory=V4L2_MEMORY_MMAP;ioctl(fd,VIDIOC_REQBUFS,&req);
获取缓冲帧的地址,长度:
VIDIOC_QUERYBUF
int ioctl(intfd, int request, struct v4l2_buffer *argp);
structv4l2_buffer{__u32 index; //buffer 序号enumv4l2_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USERPTRenum v4l2_fieldfield;struct timevaltimestamp;// 获取第一个字节时的系统时间structv4l2_timecode timecode;__u32 sequence;// 队列中的序号enum v4l2_memorymemory;//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 longuserptr;};__u32 length;// 缓冲帧长度__u32 input;__u32 reserved;};
MMAP ,定义一个结构体来映射每个缓冲帧。
Struct buffer{void* start;unsigned intlength;}*buffers;
#include<sys/mman.h>
void *mmap(void*addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
//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 确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
例:将四个已申请到的缓冲帧映射到应用程序,用buffers 指针记录。
buffers =(buffer*)calloc (req.count, sizeof (*buffers));if (!buffers) {fprintf (stderr,"Out of memory/n");exit(EXIT_FAILURE);}
// 映射
for (unsignedint n_buffers = 0; n_buffers < req.count; ++n_buffers) {struct v4l2_bufferbuf;memset(&buf,0,sizeof(buf));buf.type =V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;buf.memory =V4L2_MEMORY_MMAP;buf.index =n_buffers;// 查询序号为n_buffers 的缓冲区,得到其起始物理地址和大小if (-1 == ioctl(fd, VIDIOC_QUERYBUF, &buf))exit(-1);buffers[n_buffers].length= buf.length;// 映射内存buffers[n_buffers].start=mmap (NULL,buf.length,PROT_READ | PROT_WRITE ,MAP_SHARED,fd, buf.m.offset);if (MAP_FAILED== buffers[n_buffers].start)exit(-1);}
8. 缓冲区处理好之后,就可以开始获取数据了
// 启动/ 停止数据流VIDIOC_STREAMON,VIDIOC_STREAMOFFint ioctl(intfd, int request, const int *argp);//argp 为流类型指针,如V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE.在开始之前,还应当把缓冲帧放入缓冲队列:VIDIOC_QBUF// 把帧放入队列VIDIOC_DQBUF// 从队列中取出帧int ioctl(intfd, int request, struct v4l2_buffer *argp);
例:把四个缓冲帧放入队列,并启动数据流
unsigned int i;enum v4l2_buf_typetype;// 将缓冲帧放入队列for (i = 0; i< 4; ++i){structv4l2_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
structv4l2_buffer buf;CLEAR (buf);buf.type =V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;buf.memory =V4L2_MEMORY_MMAP;// 从缓冲区取出一个缓冲帧ioctl (fd,VIDIOC_DQBUF, &buf);// 图像处理process_image(buffers[buf.index].start);// 将取出的缓冲帧放回缓冲区ioctl (fd, VIDIOC_QBUF,&buf);
至于驱动的实现,可以参考内核中,我是用usb摄像头的,所以,其实现都是好的。主要就是应用程序的实现了。驱动都哦在uvc目录下面,这个待理解。
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