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和菜鸟一起学linux之V4L2摄像头应用流程

2019-07-13 06:04发布

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   转自：http://blog.csdn.net/g_salamander/article/details/8189893
     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 int open(constchar *device_name, int flags);   #include int close(intfd); 例： [html] view plain copy
  1. int fd=open(“/dev/video0”,O_RDWR);// 打开设备  
  2. close(fd);// 关闭设备  
  注意：V4L2 的相关定义包含在头文件中.   4. 查询设备属性： VIDIOC_QUERYCAP 相关函数： [html] view plain copy
  1. int ioctl(intfd, int request, struct v4l2_capability *argp);  
相关结构体： [html] view plain copy
  1. structv4l2_capability  
  2. {  
  3. __u8 driver[16];     // 驱动名字  
  4. __u8 card[32];       // 设备名字  
  5. __u8bus_info[32]; // 设备在系统中的位置  
  6. __u32 version;       // 驱动版本号  
  7. __u32capabilities;  // 设备支持的操作  
  8. __u32reserved[4]; // 保留字段  
  9. };  
  10. capabilities 常用值:  
  11. V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE    // 是否支持图像获取  
  12.    

例：显示设备信息 [html] view plain copy
  1. structv4l2_capability cap;  
  2. ioctl(fd,VIDIOC_QUERYCAP,&cap);  
  3. 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： [html] view plain copy
  1. VIDIOC_ENUM_FMT// 显示所有支持的格式  
  2. int ioctl(intfd, int request, struct v4l2_fmtdesc *argp);  
  3. structv4l2_fmtdesc  
  4. {  
  5. __u32 index;   // 要查询的格式序号，应用程序设置  
  6. enumv4l2_buf_type type;     // 帧类型，应用程序设置  
  7. __u32 flags;    // 是否为压缩格式  
  8. __u8       description[32];      // 格式名称  
  9. __u32pixelformat; // 格式  
  10. __u32reserved[4]; // 保留  
  11. };  

例：显示所有支持的格式 [html] view plain copy
  1. structv4l2_fmtdesc fmtdesc;  
  2. fmtdesc.index=0;  
  3. fmtdesc.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;  
  4. printf("Supportformat:/n");  
  5. while(ioctl(fd,VIDIOC_ENUM_FMT,&fmtdesc)!=-1)  
  6. {  
  7. printf("/t%d.%s/n",fmtdesc.index+1,fmtdesc.description);  
  8. fmtdesc.index++;  
  9. }  

  // 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 [html] view plain copy
  1. VIDIOC_TRY_FMT  
  2. int ioctl(intfd, int request, struct v4l2_format *argp);  
  3. structv4l2_format  
  4. {  
  5. enumv4l2_buf_type type;// 帧类型，应用程序设置  
  6. union fmt  
  7. {  
  8. structv4l2_pix_format pix;// 视频设备使用  
  9. structv4l2_window win;  
  10. structv4l2_vbi_format vbi;  
  11. structv4l2_sliced_vbi_format sliced;  
  12. __u8raw_data[200];  
  13. };  
  14. };  

  [html] view plain copy
  1. structv4l2_pix_format  
  2. {  
  3. __u32 width;  // 帧宽，单位像素  
  4. __u32 height;  // 帧高，单位像素  
  5. __u32pixelformat; // 帧格式  
  6. enum v4l2_fieldfield;  
  7. __u32bytesperline;  
  8. __u32 sizeimage;  
  9. enumv4l2_colorspace colorspace;  
  10. __u32 priv;  
  11. };  

例：显示当前帧的相关信息 [html] view plain copy
  1. structv4l2_format fmt;  
  2. fmt.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;  
  3. ioctl(fd,VIDIOC_G_FMT,&fmt);  
  4. printf(“Currentdata format information:  
  5. /n/twidth:%d/n/theight:%d/n”,fmt.fmt.width,fmt.fmt.height);  
  6. structv4l2_fmtdesc fmtdesc;  
  7. fmtdesc.index=0;  
  8. fmtdesc.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;  
  9. while(ioctl(fd,VIDIOC_ENUM_FMT,&fmtdesc)!=-1)  
  10. {  
  11. if(fmtdesc.pixelformat& fmt.fmt.pixelformat)  
  12. {  
  13. printf(“/tformat:%s/n”,fmtdesc.description);  
  14. break;  
  15. }  
  16. fmtdesc.index++;  
  17. }  

例：检查是否支持某种帧格式 [html] view plain copy

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