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 帧 /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 和 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() 和 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 和 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 的 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 和 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 和 v4l2_querymenu ,他们的结构可以参考 spec 。另外可以通过 V4L2_CID_BASE 和 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 和 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 和 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 的 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