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分类: LINUX

2012-12-24 23:43:21

        V4L2是V4L的升级版本,为linux下视频设备程序提供了一套接口规范,包括一套数据结构和底层V4L2驱动接口。


一、常用的结构体

在内核目录include/linux/videodev2.h中定义
  1. struct v4l2_requestbuffers //申请帧缓冲,对应命令VIDIOC_REQBUFS
  2. struct v4l2_capability //视频设备的功能,对应命令VIDIOC_QUERYCAP
  3. struct v4l2_input //视频输入信息,对应命令VIDIOC_ENUMINPUT
  4. struct v4l2_standard //视频的制式,比如PAL,NTSC,对应命令VIDIOC_ENUMSTD
  5. struct v4l2_format //帧的格式,对应命令VIDIOC_G_FMT、VIDIOC_S_FMT等
  6. struct v4l2_buffer //驱动中的一帧图像缓存,对应命令VIDIOC_QUERYBUF
  7. struct v4l2_crop //视频信号矩形边框
  8. v4l2_std_id //视频制式


二、常用的IOCTL接口命令

在内核目录include/linux/videodev2.h中定义
  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 //设置视频信号的矩形边框
  10. VIDIOC_G_CROP //读取视频信号的矩形边框
  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。


三、操作流程

       V4L2提供了很多访问接口,你可以根据具体需要选择操作方法。需要注意的是,很少有驱动完全实现了所有的接口功能。所以在使用时需要参考驱动源码,或仔细阅读驱动提供者的使用说明。下面列举出一种操作的流程,供参考。

3.1  打开设备文件
  1. int fd = open(Devicename,mode);
  2. // Devicename:/dev/video0、/dev/video1 …
  3. // Mode:O_RDWR [| O_NONBLOCK]    
如果使用非阻塞模式调用视频设备,则当没有可用的视频数据时,不会阻塞,而立刻返回。

3.2  取得设备的capability
  1. struct v4l2_capability capability;
  2. int ret = ioctl(fd, VIDIOC_QUERYCAP, &capability);
看看设备具有什么功能,比如是否具有视频输入特性。

3.3  选择视频输入
  1. struct v4l2_input input;
  2. …… //初始化input
  3. int ret = ioctl(fd, VIDIOC_QUERYCAP, &input);
一个视频设备可以有多个视频输入。如果只有一路输入,这个功能可以没有。

3.4  检测视频支持的制式
  1. v4l2_std_id std;

  2. do {
  3.      ret = ioctl(fd, VIDIOC_QUERYSTD, &std);
  4. } while (ret == -1 && errno == EAGAIN);

  5. switch (std)
  6. {
  7.      case V4L2_STD_NTSC:
  8.         //……
  9.      case V4L2_STD_PAL:
  10.        //……
  11. }

3.5  设置视频捕获格式
  1. struct v4l2_format fmt;

  2. fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_OUTPUT;
  3. fmt.fmt.pix.pixelformat = V4L2_PIX_FMT_UYVY;
  4. fmt.fmt.pix.height = height;
  5. fmt.fmt.pix.width = width;
  6. fmt.fmt.pix.field = V4L2_FIELD_INTERLACED;

  7. ret = ioctl(fd, VIDIOC_S_FMT, &fmt);
  8. if(ret)
  9. {
  10.     perror("VIDIOC_S_FMT\n");
  11.     close(fd);
  12.     return -1;
  13. }

3.6  向驱动申请帧缓存
  1. struct v4l2_requestbuffers req;
  2. if (ioctl(fd, VIDIOC_REQBUFS, &req) == -1)
  3. {
  4.      return -1;
  5. }  
v4l2_requestbuffers结构中定义了缓存的数量,驱动会据此申请对应数量的视频缓存。多个缓存可以用于建立FIFO,来提高视频采集的效率。

3.7  获取每个缓存的信息,并mmap到用户空间
  1. typedef struct VideoBuffer
  2. {
  3.     void *start;
  4.     size_t length;
  5. } VideoBuffer;

  6. VideoBuffer* buffers = calloc( req.count, sizeof(*buffers) ); //申请 req.count 个内存
  7. struct v4l2_buffer buf;

  8. for (numBufs = 0; numBufs < req.count; numBufs++) //映射所有的缓存
  9. {
  10.      memset( &buf, 0, sizeof(buf) );
  11.      buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
  12.      buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
  13.      buf.index = numBufs;
  14.      if (ioctl(fd, VIDIOC_QUERYBUF, &buf) == -1)
  15.      { //获取到对应index的缓存信息,此处主要利用length信息及offset信息来完成后面的mmap操作。
  16.           return -1;
  17.      }
  18.      buffers[numBufs].length = buf.length;
  19.      // 转换成相对地址
  20.      buffers[numBufs].start = mmap(NULL, buf.length, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, buf.m.offset);

  21.      if (buffers[numBufs].start == MAP_FAILED)
  22.      {
  23.           return -1;
  24.      }
  25. }

3.8  开始采集视频
  1. int buf_type= V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
  2. int ret = ioctl(fd, VIDIOC_STREAMON, &buf_type);

3.9  取出FIFO缓存中已经采样的帧缓存
  1. struct v4l2_buffer buf;

  2. memset(&buf,0,sizeof(buf));

  3. buf.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
  4. buf.memory=V4L2_MEMORY_MMAP;
  5. buf.index=0; //此值由下面的ioctl返回

  6. if (ioctl(fd, VIDIOC_DQBUF, &buf) == -1)
  7. {
  8.     return -1;
  9. }
根据返回的buf.index找到对应的mmap映射好的缓存,取出视频数据。

3.10  将刚刚处理完的缓冲重新入队列尾,这样可以循环采集
  1. if (ioctl(fd, VIDIOC_QBUF, &buf) == -1)
  2. {
  3.     return -1;
  4. }

3.11  停止视频的采集
  1. int ret = ioctl(fd, VIDIOC_STREAMOFF, &buf_type);

3.12  关闭视频设备
  1. close(fd);
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