V4l2 Capture Sequence 捕获过程

出处http://blog.163.com/laorenyuhai126@126/blog/static/1935077920106154190356/

v4l2 操作实际上就是 open() 设备, close() 设备,以及中间过程的 ioctl() 操作。对于 ioctl 的调用,要注意对 errno 的判断,如果调用被其他信号中断,即 errno 等于 EINTR 的时候,要重新调用。

Video capture device 的实际功能就是采集视频信号,并将数字化的图像保存在 memory 中,现在几乎上所有的相关设备都能采集 25/30 /s 。在下面的讨论中,我只列举出一些和 camera 密切相关的一些属性和方法。

1 open_device

    打开设备一般都是使用 open() 打开 /dev 下的 video 设备文件 ,比如说 /dev/video1, 打开之前首先要对相应的设备文件进行检查 ,比如说使用 stat() 获得文件属性,并判断是否为字符设备文件。

驱动通过主设备号 81 0 255 之间的次设备号来注册 device note 系统 管理 员通过设备的主次设备号在 /dev 目录下创建相应的字符设备文件。应用 程序不能通过设备的主次设备号来打开设备,而必须通过适当的 device name ,即 /dev 目录下的设备文件来打开设备。

v4l2 支持一个设备文件可以被多次打开,却只允许其中一个应用程序与设备进行数据 交换 ,其他应用程序只能用来设定一些设备参数,对设备进行一些控制。

//====== 相关 spec http://v4l2spec.bytesex.org/spec/c174.htm#OPEN

2 init_device

对设备进行初始化是一个很复杂的过程,其中要进行一系列参数的协商,其中重要的包括 v4l2_capability, v4l2_cropcap, v4l2_format 等等。

首先使用 VIDIOC_QUERYCAP 命令 来获得当前设备的各个属性,查看设备对各项功能的支持程度:

int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_capability *argp);

所有的 v4l2 驱动都必须支持 VIDIOC_QUERYCAP , 而且在打开设备以后,这个 ioctl 必须是被首先调用的。

v4l2_capability 的各项参数可以查 API ,其中比较重要的是下面的成员变量:

_u32 capabilities

这个 32 位无符号整型定义了当前设备对一些关键属性的支持:

V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE 0x00000001

// 这个设备支持 video capture 的接口,即这个设备具备 video capture 的功能

V4L2_CAP_VIDEO_OUTPUT 0x00000002

// 这个设备支持 video output 的接口,即这个设备具备 video output 的功能

V4L2_CAP_VIDEO_OVERLAY 0x00000004

// 这个设备支持 video overlay 的接口,即这个设备具备 video overlay 的功能 ,在这个功能下会将采集到的 imag 方在视频设备的 meomory 中保存,并直接在屏幕上显示,而不需要经过其他的处理。

V4L2_CAP_VIDEO_OUTPUT_OVERLAY 0x00000200

// 这个设备支持 video output overlay( 又名 On-Screen Display) ,这是一个实验性的功能, spec 说明他在将来可能会改变,如果打开这个功能必须将 video overlay 功能给关闭,反之亦然

V4L2_CAP_READWRITE 0x01000000

// 这个设备是否支持 read() write() I/O 操作函数

V4L2_CAP_STREAMING 0x04000000

// 这个设备是否支持 streaming I/O 操作函数

在实际操作过程中,可以将取得的 capabilites 与这些宏进行与远算来判断设备是否支持相应的功能。

除了 VIDIOC_QUERYCAP 之外,设备其他属性的获得可以通过其他的命令,比如说 VIDIOC_ENUMINPUT VIDIOC_ENUMOUTPUT 可以枚举出设备的输入输出物理连接。

//============== 相关 spec http://v4l2spec.bytesex.org/spec/x282.htm

获得 device capability 以后,可以根据应用程序的功能要求对设备参数进行一系列的设置 ,这些参数又分为两部分,一个是 user contrl ,还一个是 extended control ,下面先来讲对 user contrl 的一些参数进行设置。

User control 参数包含一个 ID ,以及相应的 Type ,下面对各个 type 进行简单的列举:

ID Type

V4L2_CID_BASE

// 第一个预定义的 ID ,实际等于 V4L2_CID_BRIGHTNESS ,因为 V4L2_CID_BRIGHTNESS 是第一个预定义的 ID

V4L2_CID_USER_BASE

// 实际上等同于 V4L2_CID_BASE

V4L2_CID_BRIGHTNESS integer

// 图片的亮度,或者说黑色位准

V4L2_CID_AUTO_WHITE_BALANCE boolean

//camera 的自动白平衡

V4L2_CID_EXPOSURE integer

//camera 的爆光时间

V4L2_CID_LASTP1

// 最后一个预定义的 ID ,实际等于上一个 ID 1

V4L2_CID_PRIVATE_BASE

// 第一个 driver 定义的一般 control ID

可以通过 VIDIOC_QUERYCTRL VIDIOC_QUERYMENU ioctls 来枚举出有效的 control ID ,及其属性,比如说 ID 值,类型,是否有效,是否可修改,最大值,最小值,步长等等 ,主要的数据结构是 v4l2_queryctrl v4l2_querymenu ,他们的结构可以参考 spec 。另外可以通过 V4L2_CID_BASE V4L2_CID_LASTP1 可以枚举出所有的预定义 control ID ,可以通过 V4L2_CID_PRIVATE_BASE 来枚举出所有的驱动定义的 control ID Menu 实际上是同一个 ID 可能具有多个选项的目录。

int ioctl(int fd, int request,struct v4l2_queryctrl *argp);

int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_querymenu *argp);

获得 user control ID 以后,可以对其中可以修改的 ID 按照应用程序的要求进行修改 VIDIOC_G_CTRL, VIDIOC_S_CTRL

int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_control *argp);

v4l2_control 的结构比较简单,就是相应的 ID 及其 value

//========== 相关 spec http://v4l2spec.bytesex.org/spec/x542.htm

除了 user control 之外还有一个就是扩展控制,扩展控制可以同时原子的对多个 ID 进行 control ,相关命令是三个: VIDIOC_G_EXT_CTRLS, VIDIOC_S_EXT_CTRLS VIDIOC_TRY_EXT_CTRLS

int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_ext_controls *argp);

其中最重要的是 v4l2_ext_controls 这个数据结构,它包含几个内容:

__u32 ctrl_class

// 现在 spec 中只定义了两种类型的 class V4L2_CTRL_CLASS_USER V4L2_CTRL_CLASS_MPEG

__u32 count

//ctrl 数组中的 control ,即 v4l2_ext_control 的个数

struct v4l2_ext_control * controls

//control 数组, v4l2_ext_control 包含要设定的 ID ,以及 value

应用程序可以使用 V4L2_CTRL_FLAG_NEXT_CTRL 来对扩展 control 进行枚举, V4L2_CTRL_FLAG_NEXT_CTRL 返回下一个 ID 更高的 control ID

struct v4l2_queryctrl qctrl;

qctrl.id = V4L2_CTRL_FLAG_NEXT_CTRL;

while (0 == ioctl (fd, VIDIOC_QUERYCTRL, &qctrl)) {

qctrl.id |= V4L2_CTRL_FLAG_NEXT_CTRL;

}

要枚举指定的 control class 中的 control 可以使用下面的方法:

qctrl.id = V4L2_CTRL_CLASS_MPEG | V4L2_CTRL_FLAG_NEXT_CTRL;

while (0 == ioctl (fd, VIDIOC_QUERYCTRL, &qctrl)) {

if (V4L2_CTRL_ID2CLASS (qctrl.id) != V4L2_CTRL_CLASS_MPEG)

break;

qctrl.id |= V4L2_CTRL_FLAG_NEXT_CTRL;

}

当然前提是驱动必须提供对 V4L2_CTRL_FLAG_NEXT_CTRL 的支持。

应用程序可以为创建一个控制面板,其中包含一系列控制,每个 control class 用一个 V4L2_CTRL_TYPE_CTRL_CLASS 类型开始,当使用 VIDIOC_QUERYCTRL 的时候将返回这个 control class name ,下面我们来看 camera control class 的一些 control

ID Type

V4L2_CID_CAMERA_CLASS class

//camera class 的描述符,当调用 VIDIOC_QUERYCTRL 的时候将返回一个对这个 class 的描述

V4L2_CID_EXPOSURE_AUTO integer

// 自动爆光

V4L2_CID_FOCUS_AUTO boolean

// 自动对焦

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