V4L2 编程
V4L2编程
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V4L2 编程
1. 定义
V4L2(Video For Linux 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 <fcntl.h>
int open(const char *device_name, int flags);
#include <unistd.h>
int close(int fd);
例：
int fd=open(“/dev/video0”,O_RDWR);// 打开设备
close(fd);// 关闭设备
注意：V4L2 的相关定义包含在头文件<linux/videodev2.h> 中.
4. 查询设备属性： VIDIOC_QUERYCAP
相关函数：
int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_capability *argp);
相关结构体：
struct v4l2_capability
{
__u8 driver[16]; // 驱动名字
__u8 card[32]; // 设备名字
__u8 bus_info[32]; // 设备在系统中的位置
__u32 version; // 驱动版本号
__u32 capabilities; // 设备支持的操作
__u32 reserved[4]; // 保留字段
};
capabilities 常用值:
V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE // 是否支持图像获取
例：显示设备信息
struct v4l2_capability cap;
ioctl(fd,VIDIOC_QUERYCAP,&cap);
printf(“Driver Name:%s/nCard Name:%s/nBus info:%s/nDriver Version:%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：
VIDIOC_ENUM_FMT // 显示所有支持的格式
int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_fmtdesc *argp);
struct v4l2_fmtdesc
{
__u32 index; // 要查询的格式序号，应用程序设置
enum v4l2_buf_type type; // 帧类型，应用程序设置
__u32 flags; // 是否为压缩格式
__u8 description[32]; // 格式名称
__u32 pixelformat; // 格式
__u32 reserved[4]; // 保留
};
例：显示所有支持的格式
struct v4l2_fmtdesc fmtdesc;
fmtdesc.index=0;
fmtdesc.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
printf("Support format:/n");
while(ioctl(fd,VIDIOC_ENUM_FMT,&fmtdesc)!=-1)
{
printf("/t%d.%s/n",fmtdesc.index+1,fmtdesc.description);
fmtdesc.index++;
}
// 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
VIDIOC_TRY_FMT
int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_format *argp);
struct v4l2_format
{
enum v4l2_buf_type type;// 帧类型，应用程序设置
union fmt
{
struct v4l2_pix_format pix;// 视频设备使用
struct v4l2_window win;
struct v4l2_vbi_format vbi;
struct v4l2_sliced_vbi_format sliced;
__u8 raw_data[200];
};
};
struct v4l2_pix_format
{
__u32 width; // 帧宽，单位像素
__u32 height; // 帧高，单位像素
__u32 pixelformat; // 帧格式
enum v4l2_field field;
__u32 bytesperline;
__u32 sizeimage;
enum v4l2_colorspace colorspace;
__u32 priv;
};
例：显示当前帧的相关信息
struct v4l2_format fmt;
fmt.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
ioctl(fd,VIDIOC_G_FMT,&fmt);
printf(“Current data format information:/n/twidth:%d/n/theight:%d/n”,fmt.fmt.width,fmt.fmt.height);
struct v4l2_fmtdesc fmtdesc;
fmtdesc.index=0;
fmtdesc.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
while(ioctl(fd,VIDIOC_ENUM_FMT,&fmtdesc)!=-1)
{
if(fmtdesc.pixelformat & fmt.fmt.pixelformat)
{
printf(“/tformat:%s/n”,fmtdesc.description);
break;
}
fmtdesc.index++;
}
例：检查是否支持某种帧格式
struct v4l2_format fmt;
fmt.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
fmt.fmt.pix.pixelformat=V4L2_PIX_FMT_RGB32;
if(ioctl(fd,VIDIOC_TRY_FMT,&fmt)==-1)
if(errno==EINVAL)
printf(“not support format RGB32!/n”);
6. 图像的缩放
VIDIOC_CROPCAP
int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_cropcap *argp);
struct v4l2_cropcap
{
enum v4l2_buf_type type;// 应用程序设置
struct v4l2_rect bounds;// 最大边界
struct v4l2_rect defrect;// 默认值
struct v4l2_fract pixelaspect;
};
// 设置缩放
VIDIOC_G_CROP,VIDIOC_S_CROP
int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_crop *argp);
int ioctl(int fd, int request, const struct v4l2_crop *argp);
struct v4l2_crop
{
enum v4l2_buf_type type;// 应用程序设置
struct v4l2_rect c;
}
7. 申请和管理缓冲区，应用程序和设备有三种交换数据的方法，直接 read/write ，内存映射 (memory mapping) ，用户指针。这里只讨论 memory mapping.
// 向设备申请缓冲区
VIDIOC_REQBUFS
int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_requestbuffers *argp);
struct v4l2_requestbuffers
{
__u32 count; // 缓冲区内缓冲帧的数目
enum v4l2_buf_type type; // 缓冲帧数据格式
enum v4l2_memory memory; // 区别是内存映射还是用户指针方式
__u32 reserved[2];
};
enum v4l2_memoy {V4L2_MEMORY_MMAP,V4L2_MEMORY_USERPTR};
//count,type,memory 都要应用程序设置
例：申请一个拥有四个缓冲帧的缓冲区
struct v4l2_requestbuffers req;
req.count=4;
req.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
req.memory=V4L2_MEMORY_MMAP;
ioctl(fd,VIDIOC_REQBUFS,&req);
获取缓冲帧的地址，长度：
VIDIOC_QUERYBUF
int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_buffer *argp);
struct v4l2_buffer
{
__u32 index; //buffer 序号
enum v4l2_buf_type type; //buffer 类型
__u32 byteused; //buffer 中已使用的字节数
__u32 flags; // 区分是MMAP 还是USERPTR
enum v4l2_field field;
struct timeval timestamp;// 获取第一个字节时的系统时间
struct v4l2_timecode timecode;
__u32 sequence; // 队列中的序号
enum v4l2_memory memory;//IO 方式，被应用程序设置
union m
{
__u32 offset;// 缓冲帧地址，只对MMAP 有效
unsigned long userptr;
};
__u32 length;// 缓冲帧长度
__u32 input;
__u32 reserved;
};
MMAP ，定义一个结构体来映射每个缓冲帧。
Struct buffer
{
void* start;
unsigned int length;
}*buffers;
#include <sys/mman.h>
void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
//addr 映射起始地址，一般为NULL ，让内核自动选择
//length 被映射内存块的长度
//prot 标志映射后能否被读写，其值为PROT_EXEC,PROT_READ,PROT_WRITE, PROT_NONE
//flags 确定此内存映射能否被其他进程共享，MAP_SHARED,MAP_PRIVATE
//fd,offset, 确定被映射的内存地址
返回成功映射后的地址，不成功返回MAP_FAILED ((void*)-1);
int munmap(void *addr, size_t length);// 断开映射
//addr 为映射后的地址，length 为映射后的内存长度
例：将四个已申请到的缓冲帧映射到应用程序，用buffers 指针记录。
buffers = (buffer*)calloc (req.count, sizeof (*buffers));
if (!buffers) {
fprintf (stderr, "Out of memory/n");
exit (EXIT_FAILURE);
}
// 映射
for (unsigned int n_buffers = 0; n_buffers < req.count; ++n_buffers) {
struct v4l2_buffer buf;
memset(&buf,0,sizeof(buf));
buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
buf.index = n_buffers;
// 查询序号为n_buffers 的缓冲区，得到其起始物理地址和大小
if (-1 == ioctl (fd, VIDIOC_QUERYBUF, &buf))
exit(-1);
buffers[n_buffers].length = buf.length;
// 映射内存
buffers[n_buffers].start =mmap (NULL,buf.length,PROT_READ | PROT_WRITE ,MAP_SHARED,fd, buf.m.offset);
if (MAP_FAILED == buffers[n_buffers].start)
exit(-1);
}
8. 缓冲区处理好之后，就可以开始获取数据了
// 启动/ 停止数据流
VIDIOC_STREAMON,VIDIOC_STREAMOFF
int ioctl(int fd, int request, const int *argp);
//argp 为流类型指针，如V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE.
在开始之前，还应当把缓冲帧放入缓冲队列：
VIDIOC_QBUF// 把帧放入队列
VIDIOC_DQBUF// 从队列中取出帧
int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_buffer *argp);
例：把四个缓冲帧放入队列，并启动数据流
unsigned int i;
enum v4l2_buf_type type;
// 将缓冲帧放入队列
for (i = 0; i < 4; ++i)
{
struct v4l2_buffer buf;
buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
buf.index = i;
ioctl (fd, VIDIOC_QBUF, &buf);
}
type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
ioctl (fd, VIDIOC_STREAMON, &type);
// 这有个问题，这些buf 看起来和前面申请的buf 没什么关系，为什么呢?
例：获取一帧并处理
struct v4l2_buffer buf;
CLEAR (buf);
buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
// 从缓冲区取出一个缓冲帧
ioctl (fd, VIDIOC_DQBUF, &buf);
// 图像处理
process_image (buffers[buf.index].start);
// 将取出的缓冲帧放回缓冲区
ioctl (fd, VIDIOC_QBUF, &buf);