基于Video4Linux 的USB 摄像头图像采集实现[1]

戴小鼠 时间：2008-09-06

做了一段时间的摄像头图像采集，有了一些心得。在论坛上开的2410摄像头问题专贴（）也得到了大家的关注。在此，我将这一阶段遇到的问题，解决方法等做个总结，希望对您有所帮助。

Linux本身自带了采用ov511芯片的摄像头，而市场上应用最广泛的是采用中芯微公司生产的zc301芯片的摄像头，下面我将针对这两大系列的摄像头分别做介绍。（注：所有的开发都是在华恒HHARM-2410-EDU上完成，ov511摄像头采用的是网眼webeye3000，zc301摄像头采用的是ANC奥尼S888）。

一 驱动加载

1.1 ov511 驱动
1.静态加载

（1）在arm linux的kernel目录下make menuconfig。

（2）首先(*)选择Multimedia device->下的Video for linux。加载video4linux模块，为视频采集设备提供了编程接口；

（3）然后在usb support->目录下(*)选择support for usb和usb camera ov511 support。这使得在内核中加入了对采用OV511接口芯片的USB数字摄像头的驱动支持。

（4）保存配置退出。

（5）make dep；make zImage

此时在/tftpboot 下就生成了带有ov511 驱动的内核。

2.动态加载

（1）在arm linux的kernel目录下make menuconfig。

（2）首先<*>选择Multimedia device->下的Video for linux。

（3）然后在usb support->目录下<*>选择support for usb和选择usb camera ov511 support。

（4）保存退出。

（5）Make dep;make zImage;make modules然后就在/driver/usb下生成ov511.o，同时生成的zImage自动放在/tftpboot下。

（6）然后用新内核启动板子后insmod ov511.o就可以成功加载。

动态方式与静态方式相比，测试时要简单的多。不需要下载整个内核，只需通过nfs，加载驱动即可测试。在测试成功后就可以编译进内核。

模块加载中出现的问题：

1．insmod 和modprobe 间的一个区别试后者不会在当前目录中查找模块，它只在/lib/modules 下的缺省目录下查找，这是因为该程序只是一个系统实用例程，不是一个交互工具。可以通过在/etc/modules.conf 中指定自己的目录，来把它们加到缺省目录集中。

2．如果插入模块ov511.o 时，出现以下信息：

Ov511.o:unresolved symbol video********之类的，说明还有其它模块videodev.o没有加。

3．出现错误：ov511.o:couldn’t find the kernel version this modules was compiled for。这是试图插入一个不是可装入模块的目标文件。因为在内核配置阶段，是把ov511 模块静态加到内核中的，虽然看起来和可装入模块的文件名ov511.o 完全一样，但是不能用insmod 命令加入。

4．如果出现Ov511.o:unresolved symbol video********，那就选中video for linux,用新生成的内核启动系统，再insmod videodev.o,insmod ov511.o 就可以啦。

1.2 zc301 驱动

摄像头的驱动是从下的针对embeded环境，有专门的patch，我用的是usb-2.4.31LE06.patch。

（1）把它放到/HHARM9-EDU/kernel/driver/usb下，解压，打补丁。就会在此目录下看到spca5xx文件夹了。可能会有一些错误，我的错误是在Makefile和config.in文件中，根据它的提示，进行相应的修改即可。Patch时会将修改方法写到Makefile.rej和config.in.rej文件中，把这两个文件里的内容加到Makefile和config.in中就行了。

（2）编译内核，进入/HHARM9-EDU/kernel，make menuconfig。我采用和上面介绍的ov511驱动的方法一样，动态加载。（M）选中SPCA5XX这一项。

（3） make dep ； make zImage ； make modules 。就会在/HHARM9-EDU/kernel/driver/ usb/spca5xx中生成spca5xx.o,spcadecoder.o,spca_core.o啦。这就是我们要的驱动。

（4）用新内核启动，insmod这三个.o文件（可以不用加载spcadecoder.o），摄像头就加载成功啦。

不过这种LE的驱动有许多问题，比如运行到设置图像格式(RGB565或RGB24)时出错， 说不支持此参数。原因在于：(摘自驱动程序主页spca5le.html)

The spca5xx-LE design is very different from the spca5xx full package(LE版的驱动和完全版的差很多)。

The memory in use are the most smaller as possible(LE版的驱动会尽量减少内存的使用)

The spcadecoder is reduce and only raw jpeg webcam are used.(驱动模块只支持输出原始jpeg格式)。

还有一种方法，从download.html 下载最新的驱动spca5xx- 20060402.tar.gz。这个可独立编译，无需放到linux内核里面，编译生成一个spca5xx.o即可，不要三个.o做驱动了。因为这个驱动是针对2.6的，编译时会出现很多错误，修改CFLAGS即可。华恒的群里已经有编译好的驱动提供大家下载。

模块加载中出现的问题：

1．运行./servfox时出现Error Opening V4L interface.我测试一下，是没有加载驱动。虽然内核中（M）选中了驱动，但是启动后要手工加进去。insmod一下啦。

2．insmod spcadecoder.o时，出现错误：spcadecoder.o:couldn’t find the kernel version this modules was compiled for。如果你insmod spca5xx.o成功的话就不需要再insmod其他模块了。

3．insmod video.o时却说can't find the kernel version the modules was compiled for。

这是因为video for linux一般是直接编译到内核中去的.不需要加载的。

二 Video4linux 编程

2.1 Video4linux 简介

Video4Linux是为市场现在常见的电视捕获卡和并口及USB口的摄像头提供统一的编程接口。同时也提供无线电通信和文字电视广播解码和垂直消隐的数据接口。本文主要针对USB摄像头设备文件/dev/video0，进行视频图像采集方面的程序设计。

2.2 Video4linux 编程指南

1.视频编程的流程

（1）打开视频设备：

（2）读取设备信息

（3）更改设备当前设置（可以不做）

（4）进行视频采集，两种方法:

a.内存映射

b.直接从设备读取

（5）对采集的视频进行处理

（6）关闭视频设备。

定义的数据结构及使用函数

struct _v4l_struct

{

int fd;

struct video_capability capability;

struct video_buffer buffer;

struct video_window window;

struct video_channel channel[8];

struct video_picture picture;

struct video_mmap mmap;

struct video_mbuf mbuf;

unsigned char *map;

};

 

typedef struct _v4l_struct v4l_device;

extern int v4l_open(char *, v4l_device *);

extern int v4l_close(v4l_device *);

extern int v4l_get_capability(v4l_device *);

extern int v4l_set_norm(v4l_device *, int);

extern int v4l_get_picture(v4l_device *);

extern int v4l_grab_init(v4l_device *, int, int);

extern int v4l_grab_frame(v4l_device *, int);

extern int v4l_grab_sync(v4l_device *);

extern int v4l_mmap_init(v4l_device *);

extern int v4l_get_mbuf(v4l_device *);

extern int v4l_get_picture(v4l_device *);

extern int v4l_grab_picture(v4l_device *, unsigned int);

extern int v4l_set_buffer(v4l_device *);

extern int v4l_get_buffer(v4l_device *);

extern int v4l_switch_channel(v4l_device *, int);

3.Video4linux支持的数据结构及其用途

（1）video_capability 包含设备的基本信息（设备名称、支持的最大最小分辨率、信号源信息等）

name[32] 设备名称

maxwidth

maxheight

minwidth

minheight

Channels 信号源个数

type 是否能capture ， 彩色还是黑白， 是否能裁剪等等。值如VID_TYPE_CAPTURE等

（2）video_picture 设备采集的图象的各种属性

Brightness 0~65535

hue

colour

contrast

whiteness

depth 8 16 24 32

palette VIDEO_PALETTE_RGB24 | VIDEO_PALETTE_RGB565|

VIDEO_PALETTE_JPEG| VIDEO_PALETTE_RGB32

（3）video_channel 关于各个信号源的属性

Channel 信号源的编号

name

tuners

Type VIDEO_TYPE_TV | IDEO_TYPE_CAMERA

Norm 制式 PAL|NSTC|SECAM|AUTO

（4）video_window 包含关于capture area的信息

x x windows 中的坐标.

y y windows 中的坐标.

width The width of the image capture.

height The height of the image capture.

chromakey A host order RGB32 value for the chroma key.

flags Additional capture flags.

clips A list of clipping rectangles. (Set only)

clipcount The number of clipping rectangles. (Set only)

（5）video_mbuf 利用mmap进行映射的帧的信息

size 每帧大小

Frames 最多支持的帧数

Offsets 每帧相对基址的偏移

（6）video_mmap 用于mmap

4.关键步骤介绍

【注】接多个摄像头。方法如下：买一个usb hub接到开发板的usb host上。cat/proc/devices可以知道video capture device的major是81，再ls –l /dev看到video0的次设备号是0。两个摄像头当然要两个设备号，所以mknod /dev/video1 c 81 1，如果接4个，就mknod /dev/video2 c 81 2,mknod /dev/video3 c 81 3。依次类推。

（1）打开视频：

int v4l_open(char *dev, v4l_device *vd)

{

if (!dev)

dev = ”/dev/video0”;

 

if ((vd ->fd = open(dev, O_RDWR)) < 0)

{

perror("v4l_open:");

return -1;

}

 

if (v4l_get_capability(vd))

return -1;

 

if (v4l_get_picture(vd))

retu rn -1;

 

return 0;

}

（2）读video_capability 中信息

int v4l_get_capability(v4l_device *vd)

{

if (ioctl(vd ->fd, VIDIOCGCAP, &(vd->capability)) < 0)

{

perror("v4l_get_capability:");

return -1;

}

 

return 0;

}

成功后可读取vd->capability各分量

（3）读video_picture中信息

int v4l_get_picture(v4l_device *vd)

{

if (ioctl(vd ->fd, VIDIOCGPICT, &(vd->picture)) < 0)

{

perror("v4l_get_picture:");

return -1;

}

 

return 0;

}

成功后可读取图像的属性

（4）改变video_picture中分量的值 （可以不做的）

先为分量赋新值，再调用VIDIOCSPICT

vd->picture.colour = 65535;

if(ioctl(vd->fd, VIDIOCSPICT, &(vd->picture)) < 0)

{

perror("VIDIOCSPICT");

return -1;

}

（5）初始化channel （可以不做的）

必须先做得到vd->capability中的信息

int v4l_get_channels(v4l_device *vd)

{

int i;

for (i = 0; i < vd ->capability.channels; i++)

{

vd ->channel[i].channel = i;

if (ioctl(vd ->fd, VIDIOCGCHAN, &(vd->channel[i])) < 0)

{

perror("v4l_get_channel:");

return -1;

}

}

 

return 0;

}

（6）关闭设备

int v4l_close(v4l_device *vd)

{

close(vd ->fd);

return 0;

}

重点：截取图象的两种方法