V4L2开发

2022年01月13日 阅读数:8
这篇文章主要向大家介绍V4L2开发,主要内容包括基础应用、实用技巧、原理机制等方面,希望对大家有所帮助。

正文:要作的任务是,把一块板子上的摄像头采集的图像和声卡采集的声音(貌似很啰嗦哈)经过TCP/IP协议传输到另外一块板子上。第一步,先把视频获取而且在本地LCD上显示。看了板子提供的文档,视频传输须要用V4L2的API。linux

一.什么是video4linux算法

Video4linux2(简称V4L2),是linux中关于视频设备的内核驱动。在Linux中,视频设备是设备文件,能够像访问普通文件同样对其进行读写,摄像头在/dev/video0下。编程

2、通常操做流程(视频设备):缓存

1. 打开设备文件。 int fd=open("/dev/video0″,O_RDWR);ide

2. 函数

取得设备的capability,看看设备具备什么功能,好比是否具备视频输入,或者音频输入输出等。VIDIOC_QUERYCAP,struct 学习

v4l2_capabilityspa

3. 选择视频输入,一个视频设备能够有多个视频输入。VIDIOC_S_INPUT,struct 操作系统

v4l2_input指针

4. 设置视频的制式和帧格式,制式包括PAL,NTSC,帧的格式个包括宽度和高度等。

VIDIOC_S_STD,VIDIOC_S_FMT,struct v4l2_std_id,struct v4l2_format

5. 向驱动申请帧缓冲,通常不超过5个。struct v4l2_requestbuffers

6.

将申请到的帧缓冲映射到用户空间,这样就能够直接操做采集到的帧了,而没必要去复制。mmap

7. 将申请到的帧缓冲所有入队列,以便存放采集到的数据.VIDIOC_QBUF,struct

v4l2_buffer

8. 开始视频的采集。VIDIOC_STREAMON

9. 出队列以取得已采集数据的帧缓冲,取得原始采集数据。VIDIOC_DQBUF

10. 将缓冲从新入队列尾,这样能够循环采集。VIDIOC_QBUF

11. 中止视频的采集。VIDIOC_STREAMOFF

12. 关闭视频设备。close(fd);

3、经常使用的结构体(参见/usr/include/linux/videodev2.h):

struct v4l2_requestbuffers

reqbufs;//向驱动申请帧缓冲的请求,里面包含申请的个数

struct v4l2_capability cap;//这个设备的功能,好比是不是视频输入设备

struct v4l2_input input; //视频输入

struct v4l2_standard std;//视频的制式,好比PAL,NTSC

struct v4l2_format fmt;//帧的格式,好比宽度,高度等

struct v4l2_buffer buf;//表明驱动中的一帧

v4l2_std_id stdid;//视频制式,例如:V4L2_STD_PAL_B

struct v4l2_queryctrl query;//查询的控制

struct v4l2_control control;//具体控制的值

下面具体说明开发流程(网上找的啦,也在学习么)

打开视频设备

在V4L2中,视频设备被看作一个文件。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);

// 若是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);

关于阻塞模式和非阻塞模式

应用程序可以使用阻塞模式或非阻塞模式打开视频设备,若是使用非阻塞模式调用视频设备,即便还没有捕获到信息,驱动依旧会把缓存(DQBUFF)里的东西返回给应用程序。

设定属性及采集方式

打开视频设备后,能够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,通常使用ioctl函数来对设备的I/O通道进行管理:

extern int ioctl (int __fd, unsigned long int __request, …) __THROW;

__fd:设备的ID,例如刚才用open函数打开视频通道后返回的cameraFd;

__request:具体的命令标志符。

在进行V4L2开发中,通常会用到如下的命令标志符:

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:设置视频信号的边框

10. VIDIOC_G_CROP:读取视频信号的边框

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。

这些IO调用,有些是必须的,有些是可选择的。

检查当前视频设备支持的标准

在亚洲,通常使用PAL(720X576)制式的摄像头,而欧洲通常使用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:

//……

}

设置视频捕获格式

当检测完视频设备支持的标准后,还须要设定视频捕获格式:

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结构体定义以下:

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仍是RGB

enum v4l2_field field;

__u32 bytesperline;

__u32 sizeimage;

enum v4l2_colorspace colorspace;

__u32 priv;

};

分配内存

接下来能够为视频捕获分配内存:

struct v4l2_requestbuffers req;

if (ioctl(fd, VIDIOC_REQBUFS, &req) == -1) {

return -1;

}

v4l2_requestbuffers定义以下:

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_CAPTURE

enum v4l2_memory memory; // V4L2_MEMORY_MMAP 或 V4L2_MEMORY_USERPTR

__u32 reserved[2];

};

获取并记录缓存的物理空间

使用VIDIOC_REQBUFS,咱们获取了req.count个缓存,下一步经过调用VIDIOC_QUERYBUF命令来获取这些缓存的地址,而后使用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;

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;

}

}

关于视频采集方式

操做系统通常把系统使用的内存划分红用户空间和内核空间,分别由应用程序管理和操做系统管理。应用程序能够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,必须经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:内存片断由应用程序本身分配。这点须要在v4l2_requestbuffers里将memory字段设置成V4L2_MEMORY_USERPTR。

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,缓存队列将最早采集到的

视频数据缓存送出,并从新采集一张视频数据。这个过程须要用到两个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

//从新放入缓存队列

if (ioctl(cameraFd, VIDIOC_QBUF, &buf) == -1) {

return -1;

}

关闭视频设备

使用close函数关闭一个视频设备

close(cameraFd)

还须要使用munmap方法。

附录:标准的V4l2的API