嵌入式Linux下Camera编程--V4L2【转】
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版权声明:本文为博主原创文章,未经博主允许不得转载。USB video class(又称为USB video device class or UVC)就是USB device class视频产品在不需要安装任何的驱动程序下即插即用,包括摄像头、数字摄影机、模拟视频转换器、电视卡及静态视频相机。最新的UVC版本为UVC 1.5,由USB-IF(USB Implementers Forum)定义包括基本协议及负载格式 [1] [2].这个链接是Linux中对UVC支持的相关描述。http://www.ideasonboard.org/uvc/ V4L2:Video4Linux或V4L是一个视频截取及设备输出API,以及Linux的驱动程序框架,支持很多USB摄像头、电视调谐卡以及其他设备。Video4Linux与Linux内核紧密集成,Video4Linux取名的灵感来自Video for Windows(有时候会缩写为“V4W”),但两者在技术上并没有任何关系[1][2]。从两个的介绍也能看出来这两者之间的关系。简单的讲V4L2就是用来管理UVC设备的并且能够提供视频相关的一些API。那么这些API怎么使用或者能被谁使用呢。在Linux系统上有很多的开源软件能够支持V4L2。常见的又FFmpeg、OpenCV、Skype、Mplayer等等。这样一个UVC能够进行视频显示的话应该满足三个条件:1 UVC的camera硬件支持2 UVC驱动支持,包括USB设备驱动以及v4l2的支持3 上层的应用程序支持linux UVC驱动是为了全面的支持UVC设备。它包括V4L2内核驱动程序和用户空间工具补丁。这个视频设备或者USB视频类的USB设备类的定义定义了在USB上的视频流的功能。UVC类型的外设只需要一个通用的驱动支持就能够正常工作,就像USB 大容量存储设备一样。UVC的linux kernel驱动程序和支持的硬件设备都在这里有相关的描述:http://www.ideasonboard.org/uvc/。 判断一个摄像头是否属于UVC规范可以使用如下方法:1 使用lsusb命令或其他硬件信息查看工具,找出摄像头的设备号(Vendor ID)和产品号(Product ID)。2 查找是否有视频类借口信息lsusb -d VID:PID -v | grep "14 Video"如果兼容UVC,则会输出类似信息bFunctionClass 14 VideobInterfaceClass 14 VideobInterfaceClass 14 VideobInterfaceClass 14 Video如果没有以上信息,则是non-UVC设备。1. Kernel配置: Device Drivers ---> <*> Multimediasupport ---> <M> Video For Linux Device Drivers ---> <*> Multimediasupport ---> [*] Video capture adapters ---> [*] V4L USB devices ---> <M> USB Video Class (UVC)--- V4L USB devices :这里还有很多特定厂商的driver.可供选择。分析:"USB Video Class(UVC)":对应的driver是:uvcvideo.ko "Video For Linux": 对应driver是:videodev.ko安装driver顺序如下: insmod v4l1_compat.ko insmod videodev.ko insmod uvcvideo.kodriver会创建一个或多个主设备号为81,次设备号:0-255的设备。 除了camera会创建为:/dev/videoX 之外,还有VBI设备-/dev/vbiX.Radio设备--/dev/radioX.2. V4L2一些概念: 2.1:Video Input and Output: video input and output是指device物理连接。 只有video 和VBI capture拥有input. Radio设备则没有video input 和output.2.2: Video Standards: Video Device支持一个或多个Video 标准。3. 使用V4L2编程: 使用V4L2(Video for Linux 2) API的过程大致如下:Opening the deviceChanging device properties, selecting a video and audio input,video standard, picture brightness a. o.Negotiating a data formatNegotiating an input/output methodThe actual input/output loopClosing the device3.1:打开设备: fd = open("/dev/video0", O_RDWR, 0); //以阻塞模式打开设想头3.2: 查询设备能力:Querying Capabilities: 因为V4L2可以对多种设备编程,所以并不是所有API可以对所有设备编程,哪怕是同类型的设备,使用ioctl--VIDIOC_QUERYCAP去询问支持什么功能。struct v4l2_capability cap;rel = ioctl(fdUsbCam, VIDIOC_QUERYCAP,&cap); if(rel != 0) {perror("ioctl VIDIOC_QUERYCAP");return -1;}结构体如下:struct v4l2_capability{__u8 driver[16];__u8 card[32];__u8 bus_info[32];__u32 version;__u32 capabilities;__u32 reserved[4];}; 这里面最重要的是:capabilities: 头文件linux/videodev2.h和kernel头文件linux/videodev2.h中都有描述:#define V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE 0x00000001 #define V4L2_CAP_VIDEO_OUTPUT 0x00000002 #define V4L2_CAP_VIDEO_OVERLAY 0x00000004 #define V4L2_CAP_VBI_CAPTURE 0x00000010 #define V4L2_CAP_VBI_OUTPUT 0x00000020 #define V4L2_CAP_SLICED_VBI_CAPTURE 0x00000040 #define V4L2_CAP_SLICED_VBI_OUTPUT 0x00000080 #define V4L2_CAP_RDS_CAPTURE 0x00000100 #define V4L2_CAP_VIDEO_OUTPUT_OVERLAY 0x00000200 #define V4L2_CAP_HW_FREQ_SEEK 0x00000400 #define V4L2_CAP_RDS_OUTPUT 0x00000800 #define V4L2_CAP_TUNER 0x00010000 #define V4L2_CAP_AUDIO 0x00020000 #define V4L2_CAP_RADIO 0x00040000 #define V4L2_CAP_MODULATOR 0x00080000 #define V4L2_CAP_READWRITE 0x01000000 #define V4L2_CAP_ASYNCIO 0x02000000 #define V4L2_CAP_STREAMING 0x04000000 这里要说到VBI, Vertical Blanking Interval的缩写 。电视信号包括一部分非可视信号,它不传送可视信息,因此被称为ⅦI(垂直消隐期间)。VBI可以用于传送其他信息,通常是一种专用字幕信号 这和Blog 重显率中所说暗合。在这里, V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE 说明设备是个图像采集设备,V4L2_CAP_STREAMING 说明是个Streaming设备。 通常,摄像头都支持以上两个能力。3.3:查询当前捕获格式:memset(&fmt, 0, sizeof(structv4l2_format));fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;if (ioctl(fdUsbCam, VIDIOC_G_FMT, &fmt)< 0){printf("get format failed\n");return -1;} 注意,此处,fmt是个in/out参数。 参见Kernel代码v4l2_ioctl.c中。此ioctl,它会首先判断 fmt.type. type类型和含义如下:V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE :vid-capV4L2_BUF_TYPE_VIDEO_OVERLAY :vid-overlayV4L2_BUF_TYPE_VIDEO_OUTPUT :vid-outV4L2_BUF_TYPE_VBI_CAPTURE :vbi-capV4L2_BUF_TYPE_VBI_OUTPUT : vbi-outV4L2_BUF_TYPE_SLICED_VBI_CAPTURE :sliced-vbi-capV4L2_BUF_TYPE_SLICED_VBI_OUTPUT :sliced-vbi-outV4L2_BUF_TYPE_VIDEO_OUTPUT_OVERLAY : vid-out-overlay 咱们是使用Video Cam的。所以用V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTUREstruct v4l2_format{enum v4l2_buf_type type;union{struct v4l2_pix_format pix;struct v4l2_window win;struct v4l2_vbi_format vbi;struct v4l2_sliced_vbi_format sliced;__u8 raw_data[200];} fmt;}; 我们得到的信息在v4l2_pix_format中。 你可以看到,宽,高,像素格式。 其中像素格式包括:#define V4L2_PIX_FMT_RGB332 v4l2_fourcc('R','G','B','1') #define V4L2_PIX_FMT_RGB555 v4l2_fourcc('R','G','B','O') #define V4L2_PIX_FMT_RGB565 v4l2_fourcc('R','G','B','P') #define V4L2_PIX_FMT_RGB555X v4l2_fourcc('R','G','B','Q') #define V4L2_PIX_FMT_RGB565X v4l2_fourcc('R','G','B','R') #define V4L2_PIX_FMT_BGR24 v4l2_fourcc('B','G','R','3') #define V4L2_PIX_FMT_RGB24 v4l2_fourcc('R','G','B','3') #define V4L2_PIX_FMT_BGR32 v4l2_fourcc('B','G','R','4') #define V4L2_PIX_FMT_RGB32 v4l2_fourcc('R','G','B','4') #define V4L2_PIX_FMT_GREY v4l2_fourcc('G','R','E','Y') #define V4L2_PIX_FMT_YVU410 v4l2_fourcc('Y','V','U','9') #define V4L2_PIX_FMT_YVU420 v4l2_fourcc('Y','V','1','2') #define V4L2_PIX_FMT_YUYV v4l2_fourcc('Y','U','Y','V') #define V4L2_PIX_FMT_UYVY v4l2_fourcc('U','Y','V','Y') #define V4L2_PIX_FMT_YUV422P v4l2_fourcc('4','2','2','P') #define V4L2_PIX_FMT_YUV411P v4l2_fourcc('4','1','1','P') #define V4L2_PIX_FMT_Y41P v4l2_fourcc('Y','4','1','P') #define V4L2_PIX_FMT_NV12 v4l2_fourcc('N','V','1','2') #define V4L2_PIX_FMT_NV21 v4l2_fourcc('N','V','2','1') #define V4L2_PIX_FMT_YUV410 v4l2_fourcc('Y','U','V','9') #define V4L2_PIX_FMT_YUV420 v4l2_fourcc('Y','U','1','2') #define V4L2_PIX_FMT_YYUV v4l2_fourcc('Y','Y','U','V') #define V4L2_PIX_FMT_HI240 v4l2_fourcc('H','I','2','4') #define V4L2_PIX_FMT_HM12 v4l2_fourcc('H','M','1','2') #define V4L2_PIX_FMT_SBGGR8 v4l2_fourcc('B','A','8','1') #define V4L2_PIX_FMT_MJPEG v4l2_fourcc('M','J','P','G') #define V4L2_PIX_FMT_JPEG v4l2_fourcc('J','P','E','G') #define V4L2_PIX_FMT_DV v4l2_fourcc('d','v','s','d') #define V4L2_PIX_FMT_MPEG v4l2_fourcc('M','P','E','G') #define V4L2_PIX_FMT_WNVA v4l2_fourcc('W','N','V','A') #define V4L2_PIX_FMT_SN9C10X v4l2_fourcc('S','9','1','0') #define V4L2_PIX_FMT_PWC1 v4l2_fourcc('P','W','C','1') #define V4L2_PIX_FMT_PWC2 v4l2_fourcc('P','W','C','2') #define V4L2_PIX_FMT_ET61X251 v4l2_fourcc('E','6','2','5') fxxk,真TNND多。请注意,此时取到的宽,高,像素格式均正确。但不知为何,bytesperline却为0。3.4:设置当前捕获格式 fmt.fmt.pix.width = 640;fmt.fmt.pix.height = 480;fmt.fmt.pix.pixelformat=V4L2_PIX_FMT_YUYV;rel = ioctl(fdUsbCam, VIDIOC_S_FMT, &fmt);if (rel < 0){printf("\nSet format failed\n");return -1;}此时,再取当前捕获格式,则一切正常。包括 bytesperline 3.5:读取Stream 设置。struct v4l2_streamparm *setfps;setfps=(struct v4l2_streamparm *) calloc(1, sizeof(structv4l2_streamparm));memset(setfps, 0, sizeof(struct v4l2_streamparm));setfps->type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; rel = ioctl(fdUsbCam,VIDIOC_G_PARM, setfps);if(rel == 0){printf("\n Frame rate: %u/%u\n",setfps->parm.capture.timeperframe.denominator,setfps->parm.capture.timeperframe.numerator);}else{perror("Unable to read out current framerate");return -1;}注意: ioctl(fdUsbCam, VIDIOC_G_PARM,setfps); 参数3也是i/o 参数。必须要首先其type. struct v4l2_streamparm {enum v4l2_buf_type type;union{struct v4l2_captureparm capture;struct v4l2_outputparm output;__u8 raw_data[200];} parm; }; type字段描述的是在涉及的操作的类型。对于视频捕获设备,应该为V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE。对于输出设备应该为V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_OUTPUT。它的值也可以是V4L2_BUF_TYPE_PRIVATE,在这种情况下,raw_data字段用来传递一些私有的,不可移植的,甚至是不鼓励的数据给内核。 enum v4l2_buf_type {V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE = 1,V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_OUTPUT = 2,V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_OVERLAY = 3,V4L2_BUF_TYPE_VBI_CAPTURE = 4,V4L2_BUF_TYPE_VBI_OUTPUT = 5,V4L2_BUF_TYPE_SLICED_VBI_CAPTURE = 6,V4L2_BUF_TYPE_SLICED_VBI_OUTPUT = 7,V4L2_BUF_TYPE_PRIVATE = 0x80, }; 咱们当然选用V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE对于捕获设备而言,parm.capture字段是要关注的内容,这个结构体如下: struct v4l2_captureparm{__u32 capability;__u32 capturemode;structv4l2_fract timeperframe;__u32 extendedmode;__u32 readbuffers;__u32 reserved[4];}; timeperframe字段用于指定想要使用的帧频率,它又是一个结构体:struct v4l2_fract{__u32 numerator;__u32 denominator;}; numerator和denominator所描述的系数给出的是成功的帧之间的时间间隔。 numerator 分子,denominator 分母。主要表达每次帧之间时间间隔。 numerator/denominator秒一帧。3.6:设置Stream参数。(主要是采集帧数) setfps->parm.capture.timeperframe.numerator=1; setfps->parm.capture.timeperframe.denominator=60;rel = ioctl(fdUsbCam,VIDIOC_S_PARM, setfps); if(rel != 0){printf("\nUnable to Set FPS");return -1;} 当然,setfps的其它项目,都是之前使用VIDIOC_G_PARM取得的。3.7:创建一组缓冲区(buf) struct v4l2_requestbuffers rb; memset(&rb, 0, sizeof(structv4l2_requestbuffers)); rb.count = 3; rb.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; rb.memory = V4L2_MEMORY_MMAP; rel = ioctl(fdUsbCam, VIDIOC_REQBUFS,&rb); if (rel < 0) {printf("Unable to allocate buffers: %d.\n",errno);return -1; }其中参数rb为:struct v4l2_requestbuffers: struct v4l2_requestbuffers {__u32 count;enum v4l2_buf_type type;enum v4l2_memory memory;__u32 reserved[2]; }; type 字段描述的是完成的I/O操作的类型。通常它的值要么是视频获得设备的V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE,要么是输出设备的V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_OUTPUTstruct v4l2_memory: enum v4l2_memory {V4L2_MEMORY_MMAP = 1,V4L2_MEMORY_USERPTR = 2,V4L2_MEMORY_OVERLAY = 3, };想要使用内存映谢的缓冲区,它将会把memory字段置为V4L2_MEMORY_MMAP,count置为它想要使用的缓冲区的数目。顺便看看USB TO Serail: Device Drivers --->[*] USB support ---> <M> USB Serial Converter support ---> <M> USB Prolific 2303 Single Port SerialDriverUSB Prolific 2303 Single Port Serial Driver是指出支持pl2303芯片的USB 2serial. pl2303.koUSB Serial Converter support是基础driver. 对应usbserial.ko注1:ioctl中常用的cmd.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: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。 VIDIOC_G_PARM :得到Stream信息。如帧数等。 VIDIOC_S_PARM:设置Stream信息。如帧数等。注2: 如何判断某ioctl cmd所用参数类型: 例如: ioctl-cmd: VIDIOC_QUERYCAP. 它的返回参数类型ioctl(fd, cmd, 参数)。 首先想到的是从kernel Sourcev4l2_ioctl.c中看。但这比较麻烦,又个简单办法:可以在video2dev.h中看到: #define VIDIOC_QUERYCAP _IOR ('V', 0, struct v4l2_capability) 即使用cmd为 VIDIOC_QUERYCAP 时,参数为structv4l2_capability V4L2是V4L的升级版本,linux下视频设备程序提供了一套接口规范。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 V4L2采用流水线的方式,操作更简单直观,基本遵循打开视频设备、设置格式、处理数据、关闭设备,更多的具体操作通过ioctl函数来实现。1.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: // 用非阻塞模式打开摄像头设备 int cameraFd; cameraFd = open("/dev/video0", O_RDWR | O_NONBLOCK, 0); // 如果用阻塞模式打开摄像头设备,上述代码变为: //cameraFd = open("/dev/video0", O_RDWR, 0); 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。2. 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:int ioctl (int __fd, unsigned long int __request, .../*args*/) ; 在进行V4L2开发中,常用的命令标志符如下(some are optional): • 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: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。 2.1检查当前视频设备支持的标准 在亚洲,一般使用PAL(720X576)制式的摄像头,而欧洲一般使用NTSC(720X480),使用VIDIOC_QUERYSTD来检测: 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://…… } 2.2 设置视频捕获格式 当检测完视频设备支持的标准后,还需要设定视频捕获格式,结构如下: struct v4l2_format fmt; memset ( &fmt, 0, sizeof(fmt) ); fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; fmt.fmt.pix.width = 720; fmt.fmt.pix.height = 576; fmt.fmt.pix.pixelformat = V4L2_PIX_FMT_YUYV; fmt.fmt.pix.field = V4L2_FIELD_INTERLACED; if (ioctl(fd, VIDIOC_S_FMT, &fmt) == -1) {return -1; }v4l2_format结构如下: struct v4l2_format {enum v4l2_buf_type type; //数据流类型,必须永远是V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE union{struct v4l2_pix_format pix; struct v4l2_window win; struct v4l2_vbi_format vbi; __u8 raw_data[200]; } fmt; }; struct v4l2_pix_format {__u32 width; // 宽,必须是16的倍数__u32 height; // 高,必须是16的倍数__u32 pixelformat; // 视频数据存储类型,例如是YUV4:2:2还是RGBenum v4l2_field field;__u32 bytesperline;__u32 sizeimage;enum v4l2_colorspace colorspace;__u32 priv; }; 2.3 分配内存 接下来可以为视频捕获分配内存: struct v4l2_requestbuffers req;req.count = BUFFER_COUNT; req.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; req.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;if (ioctl(fd, VIDIOC_REQBUFS, &req) == -1) {return -1; }v4l2_requestbuffers 结构如下: struct v4l2_requestbuffers {u32 count;//缓存数量,也就是说在缓存队列里保持多少张照片enum v4l2_buf_type type; //数据流类型,必须永远是V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTUREenum v4l2_memory memory;//V4L2_MEMORY_MMAP或V4L2_MEMORY_USERPTRu32 reserved[2]; }; 2.4 获取并记录缓存的物理空间 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:typedef struct VideoBuffer {void *start;size_t length; } VideoBuffer;v4l2_buffer 结构如下: struct v4l2_buffer {__u32 index;enum v4l2_buf_type type;__u32 bytesused;__u32 flags;enum v4l2_field field;struct timeval timestamp;struct v4l2_timecode timecode;__u32 sequence;/* memory location */enum v4l2_memory memory;union {__u32 offset;unsigned long userptr;} m;__u32 length;__u32 input;__u32 reserved; }; VideoBuffer* buffers = calloc( req.count, sizeof(*buffers) ); struct v4l2_buffer buf;for (numBufs = 0; numBufs < req.count; numBufs++) {memset( &buf, 0, sizeof(buf) );buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;buf.index = numBufs;// 读取缓存if (ioctl(fd, VIDIOC_QUERYBUF, &buf) == -1) {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;}// 放入缓存队列if (ioctl(fd, VIDIOC_QBUF, &buf) == -1) {return -1;} } 2.5 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。 2.6 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(cameraFd, VIDIOC_DQBUF, &buf) == -1) {return -1; } //…………视频处理算法 //重新放入缓存队列 if (ioctl(cameraFd, VIDIOC_QBUF, &buf) == -1) {return -1; }3. 关闭视频设备 使用close函数关闭一个视频设备 close(cameraFd) 如果使用mmap,最后还需要使用munmap方法。下面是damo程序(经过实际验证,修改了网上的例程的错误) ----------------------------------------------------------------------------------------------------------- #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <assert.h> #include <getopt.h> #include <fcntl.h> #include <unistd.h> #include <errno.h> #include <malloc.h> #include <sys/stat.h> #include <sys/types.h> #include <sys/time.h> #include <sys/mman.h> #include <sys/ioctl.h>#include <asm/types.h> #include <linux/videodev2.h>#define CAMERA_DEVICE "/dev/video0" #define CAPTURE_FILE "frame.jpg"#define VIDEO_WIDTH 640 #define VIDEO_HEIGHT 480 #define VIDEO_FORMAT V4L2_PIX_FMT_YUYV #define BUFFER_COUNT 4typedef struct VideoBuffer {void *start;size_t length; } VideoBuffer;int main() {int i, ret;// 打开设备int fd;fd = open(CAMERA_DEVICE, O_RDWR, 0);if (fd < 0) {printf("Open %s failed\n", CAMERA_DEVICE);return -1;}// 获取驱动信息struct v4l2_capability cap;ret = ioctl(fd, VIDIOC_QUERYCAP, &cap);if (ret < 0) {printf("VIDIOC_QUERYCAP failed (%d)\n", ret);return ret;}// Print capability infomationsprintf("Capability Informations:\n");printf(" driver: %s\n", cap.driver);printf(" card: %s\n", cap.card);printf(" bus_info: %s\n", cap.bus_info);printf(" version: %08X\n", cap.version);printf(" capabilities: %08X\n", cap.capabilities);// 设置视频格式struct v4l2_format fmt;memset(&fmt, 0, sizeof(fmt));fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;fmt.fmt.pix.width = VIDEO_WIDTH;fmt.fmt.pix.height = VIDEO_HEIGHT;fmt.fmt.pix.pixelformat = V4L2_PIX_FMT_YUYV;fmt.fmt.pix.field = V4L2_FIELD_INTERLACED;ret = ioctl(fd, VIDIOC_S_FMT, &fmt);if (ret < 0) {printf("VIDIOC_S_FMT failed (%d)\n", ret);return ret;}// 获取视频格式ret = ioctl(fd, VIDIOC_G_FMT, &fmt);if (ret < 0) {printf("VIDIOC_G_FMT failed (%d)\n", ret);return ret;}// Print Stream Formatprintf("Stream Format Informations:\n");printf(" type: %d\n", fmt.type);printf(" width: %d\n", fmt.fmt.pix.width);printf(" height: %d\n", fmt.fmt.pix.height);char fmtstr[8];memset(fmtstr, 0, 8);memcpy(fmtstr, &fmt.fmt.pix.pixelformat, 4);printf(" pixelformat: %s\n", fmtstr);printf(" field: %d\n", fmt.fmt.pix.field);printf(" bytesperline: %d\n", fmt.fmt.pix.bytesperline);printf(" sizeimage: %d\n", fmt.fmt.pix.sizeimage);printf(" colorspace: %d\n", fmt.fmt.pix.colorspace);printf(" priv: %d\n", fmt.fmt.pix.priv);printf(" raw_date: %s\n", fmt.fmt.raw_data);// 请求分配内存struct v4l2_requestbuffers reqbuf;reqbuf.count = BUFFER_COUNT;reqbuf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;reqbuf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;ret = ioctl(fd , VIDIOC_REQBUFS, &reqbuf);if(ret < 0) {printf("VIDIOC_REQBUFS failed (%d)\n", ret);return ret;}// 获取空间VideoBuffer* buffers = calloc( reqbuf.count, sizeof(*buffers) );struct v4l2_buffer buf;for (i = 0; i < reqbuf.count; i++) {buf.index = i;buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;ret = ioctl(fd , VIDIOC_QUERYBUF, &buf);if(ret < 0) {printf("VIDIOC_QUERYBUF (%d) failed (%d)\n", i, ret);return ret;}// mmap bufferframebuf[i].length = buf.length;framebuf[i].start = (char *) mmap(0, buf.length, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, buf.m.offset);if (framebuf[i].start == MAP_FAILED) {printf("mmap (%d) failed: %s\n", i, strerror(errno));return -1;}// Queen bufferret = ioctl(fd , VIDIOC_QBUF, &buf);if (ret < 0) {printf("VIDIOC_QBUF (%d) failed (%d)\n", i, ret);return -1;}printf("Frame buffer %d: address=0x%x, length=%d\n", i, (unsigned int)framebuf[i].start, framebuf[i].length);}// 开始录制enum v4l2_buf_type type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;ret = ioctl(fd, VIDIOC_STREAMON, &type);if (ret < 0) {printf("VIDIOC_STREAMON failed (%d)\n", ret);return ret;}// Get frameret = ioctl(fd, VIDIOC_DQBUF, &buf);if (ret < 0) {printf("VIDIOC_DQBUF failed (%d)\n", ret);return ret;}// Process the frameFILE *fp = fopen(CAPTURE_FILE, "wb");if (fp < 0) {printf("open frame data file failed\n");return -1;}fwrite(framebuf[buf.index].start, 1, buf.length, fp);fclose(fp);printf("Capture one frame saved in %s\n", CAPTURE_FILE);// Re-queen bufferret = ioctl(fd, VIDIOC_QBUF, &buf);if (ret < 0) {printf("VIDIOC_QBUF failed (%d)\n", ret);return ret;}// Release the resourcefor (i=0; i< 4; i++) {munmap(framebuf[i].start, framebuf[i].length);}close(fd);printf("Camera test Done.\n");return 0; } -----------------------------------------------------------------------------------------------------------附件: void *mmap(void *start, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset); int munmap(void *start, size_t length); 参数说明: ——start:映射区的开始地址。 ——length:映射区的长度。 ——prot:期望的内存保护标志,不能与文件的打开模式冲突。是以下的某个值,可以通过or运算合理地组合在一起—PROT_EXEC //页内容可以被执行—PROT_READ //页内容可以被读取—PROT_WRITE //页可以被写入—PROT_NONE //页不可访问 ——flags:指定映射对象的类型,映射选项和映射页是否可以共享。它的值可以是一个或者多个以下位的组合体—MAP_FIXED //使用指定的映射起始地址,如果由start和len参数指定的内存区重叠于现存的映射空间,重叠部分将会被丢弃。如果指定的起始地址不可用,操作将会失败。并且起始地址必须落在页的边界上。—MAP_SHARED //与其它所有映射这个对象的进程共享映射空间。对共享区的写入,相当于输出到文件。直到msync()或者munmap()被调用,文件实际上不会被更新。—MAP_PRIVATE //建立一个写入时拷贝的私有映射。内存区域的写入不会影响到原文件。这个标志和以上标志是互斥的,只能使用其中一个。—MAP_DENYWRITE //这个标志被忽略。—MAP_EXECUTABLE //同上—MAP_NORESERVE //不要为这个映射保留交换空间。当交换空间被保留,对映射区修改的可能会得到保证。当交换空间不被保留,同时内存不足,对映射区的修改会引起段违例信号。—MAP_LOCKED //锁定映射区的页面,从而防止页面被交换出内存。—MAP_GROWSDOWN //用于堆栈,告诉内核VM系统,映射区可以向下扩展。—MAP_ANONYMOUS //匿名映射,映射区不与任何文件关联。—MAP_ANON //MAP_ANONYMOUS的别称,不再被使用。—MAP_FILE //兼容标志,被忽略。—MAP_32BIT //将映射区放在进程地址空间的低2GB,MAP_FIXED指定时会被忽略。当前这个标志只在x86-64平台上得到支持。—MAP_POPULATE //为文件映射通过预读的方式准备好页表。随后对映射区的访问不会被页违例阻塞。—MAP_NONBLOCK //仅和MAP_POPULATE一起使用时才有意义。不执行预读,只为已存在于内存中的页面建立页表入口。 ——fd:有效的文件描述词。如果MAP_ANONYMOUS被设定,为了兼容问题,其值应为-1。 ——offset:被映射对象内容的起点。返回值:成功执行时,mmap()返回被映射区的指针,munmap()返回0。失败时,mmap()返回MAP_FAILED[其值为(void *)-1],munmap返回-1。errno被设为以下的某个值。
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