[转]基于Linux的v4l2视频架构驱动编写

 

 

from：http://www.linuxidc.com/Linux/2011-03/33022.htm

v4l2架构入门其实并不是很难，高级的我还没资格说，想当初我刚开始看的时候，也是感觉超级难啊，因为没有抓住体系，对整体没有认识，所以我就花了两天时间天天研究那几篇文章和程序

程序属这两篇文章最为经典了：

http://www.linuxidc.com/Linux/2011-03/33020.htm

http://www.linuxidc.com/Linux/2011-03/33021.htm
基础知识，我就直接贴出来算了  ，//后是我添加的

基于Linux视频驱动接口V4L2视频采集编程44253105764

Linux系统中，视频设备被当作一个设备文件来看待，设备文件存放在 /dev目录下，完整路径的设备文件名为： /dev/video0 .

视频采集基本步骤流程如下： 打开视频设备，设置视频设备属性及采集方式、视频数据处理，关闭视频设备，如下图所示：

一、打开视频设备

打开视频设备非常简单，在V4L2中，视频设备被看做一个文件。使用open函数打开这个设备：

1.     用非阻塞模式打开摄像头设备
int cameraFd;
cameraFd = open("/dev/video0", O_RDWR | O_NONBLOCK);

2.     如果用阻塞模式打开摄像头设备，上述代码变为：
cameraFd = open("/dev/video0", O_RDWR);

关于阻塞模式和非阻塞模式

应用程序能够使用阻塞模式或非阻塞模式打开视频设备，如果使用非阻塞模式调用视频设备，即使尚未捕获到信息，驱动依旧会把缓存（DQBUFF）里的东西返回给应用程序。

 

二、Linux视频设备驱动常用控制命令使用说明

 

设置视频设备属性通过ioctl来进行设置，ioctl有三个参数，分别是fd, cmd,和parameter,表示设备描述符，控制命令和控制命令参数。

 

Linux 视频设备驱动接口V4L2支持的常用控制命令如下：

 

1． 控制命令 VIDIOC_ENUM_FMT      //ENUM什么意思？自己查查去

功能： 获取当前视频设备支持的视频格式 。

参数说明：参数类型为V4L2的视频格式描述符类型 struct v4l2_fmtdesc

返回值说明： 执行成功时，函数返回值为 0；struct v4l2_fmtdesc 结构体中的 .pixelformat和 .description 成员返回当前视频设备所支持的视频格式；

使用举例：

-------------------------------------------------------------------------------------------------

struct v4l2_fmtdesc fmt;

       memset(&fmt, 0, sizeof(fmt));

       fmt.index = 0;

       fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

       while ((ret = ioctl(dev, VIDIOC_ENUM_FMT, &fmt)) == 0) {

              fmt.index++;

              printf("{ pixelformat = ''%c%c%c%c'', description = ''%s'' }\n",

                            fmt.pixelformat & 0xFF, (fmt.pixelformat >> 8) & 0xFF,

                            (fmt.pixelformat >> 16) & 0xFF, (fmt.pixelformat >> 24) & 0xFF,

                            fmt.description);

       }

-------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

2． 控制命令VIDIOC_QUERYCAP        //query 和cap各代表什么意思

功能： 查询视频设备的功能 ；

参数说明：参数类型为V4L2的能力描述类型struct v4l2_capability ；

返回值说明： 执行成功时，函数返回值为 0；函数执行成功后，struct v4l2_capability 结构体变量中的返回当前视频设备所支持的功能；例如支持视频捕获功能V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE、V4L2_CAP_STREAMING等。

使用举例：

-------------------------------------------------------------------------------------------------------

struct v4l2_capability cap; 

iret = ioctl(fd_usbcam, VIDIOC_QUERYCAP, &cap);

if(iret < 0)

{

              printf("get vidieo capability error,error code: %d \n", errno);

              return ;

}

------------------------------------------------------------------------------------------------------

执行完VIDIOC_QUERYCAP命令后，cap变量中包含了该视频设备的能力信息，程序中通过检查cap中的设备能力信息来判断设备是否支持某项功能。

 

3． 控制命令VIDIOC_S_FMT           //直接告诉你，s是set的意思

功能： 设置视频设备的视频数据格式，例如设置视频图像数据的长、宽，图像格式（JPEG、YUYV格式）；

参数说明：参数类型为V4L2的视频数据格式类型    struct v4l2_format  ；
 

返回值说明： 执行成功时，函数返回值为 0；

使用举例：

----------------------------------------------------------------------------------------------------------

       struct v4l2_format tv4l2_format; 

tv4l2_format.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; 

   tv4l2_format.fmt.pix.width = img_width; 

   tv4l2_format.fmt.pix.height = img_height; 

   tv4l2_format.fmt.pix.pixelformat = V4L2_PIX_FMT_YUYV; 

   tv4l2_format.fmt.pix.field = V4L2_FIELD_INTERLACED; 

 

       iret = ioctl(fd_usbcam, VIDIOC_S_FMT, &tv4l2_format);

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

注意：如果该视频设备驱动不支持你所设定的图像格式，视频驱动会重新修改struct v4l2_format结构体变量的值为该视频设备所支持的图像格式，所以在程序设计中，设定完所有的视频格式后，要获取实际的视频格式，要重新读取struct v4l2_format结构体变量。

 

4． 控制命令VIDIOC_REQBUFS            //我不问了，你自己问自己吧

功能： 请求V4L2驱动分配视频缓冲区（申请V4L2视频驱动分配内存），V4L2是视频设备的驱动层，位于内核空间，所以通过VIDIOC_REQBUFS控制命令字申请的内存位于内核空间，应用程序不能直接访问，需要通过调用mmap内存映射函数把内核空间内存映射到用户空间后，应用程序通过访问用户空间地址来访问内核空间。

参数说明：参数类型为V4L2的申请缓冲区数据结构体类型struct v4l2_requestbuffers  ；

返回值说明： 执行成功时，函数返回值为 0；V4L2驱动层分配好了视频缓冲区；

使用举例：

-----------------------------------------------------------------------------------------------------

struct v4l2_requestbuffers  tV4L2_reqbuf;

memset(&tV4L2_reqbuf, 0, sizeof(struct v4l2_requestbuffers ));

 

tV4L2_reqbuf.count = 1;    //申请缓冲区的个数

tV4L2_reqbuf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; 

tV4L2_reqbuf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;

 

iret = ioctl(fd_usbcam, VIDIOC_REQBUFS, &tV4L2_reqbuf);

-----------------------------------------------------------------------------------------------------

注意：VIDIOC_REQBUFS会修改tV4L2_reqbuf的count值，tV4L2_reqbuf的count值返回实际申请成功的视频缓冲区数目；

 

5． 控制命令VIDIOC_QUERYBUF

功能： 查询已经分配的V4L2的视频缓冲区的相关信息，包括视频缓冲区的使用状态、在内核空间的偏移地址、缓冲区长度等。在应用程序设计中通过调VIDIOC_QUERYBUF来获取内核空间的视频缓冲区信息，然后调用函数mmap把内核空间地址映射到用户空间，这样应用程序才能够访问位于内核空间的视频缓冲区。

参数说明：参数类型为V4L2缓冲区数据结构类型    struct v4l2_buffer  ；
 

返回值说明： 执行成功时，函数返回值为 0；struct v4l2_buffer结构体变量中保存了指令的缓冲区的相关信息；

一般情况下，应用程序中调用VIDIOC_QUERYBUF取得了内核缓冲区信息后，紧接着调用mmap函数把内核空间地址映射到用户空间，方便用户空间应用程序的访问。

使用举例：

-------------------------------------------------------------------------------------------------------

struct v4l2_buffer tV4L2buf; 

memset(&tV4L2buf, 0, sizeof(struct v4l2_buffer));

 

tV4L2buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; 

tV4L2buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP; 

tV4L2buf.index = i;  // 要获取内核视频缓冲区的信息编号

iret = ioctl(fd_usbcam, VIDIOC_QUERYBUF, &tV4L2buf);

// 把内核空间缓冲区映射到用户空间缓冲区

AppBufLength  = tV4L2buf.length;

AppBufStartAddr = mmap(NULL /* start anywhere */ , 

                       tV4L2buf.length, 

                       PROT_READ | PROT_WRITE /* access privilege */ , 

                       MAP_SHARED /* recommended */ , 

                       fd_usbcam, tV4L2buf.m.offset); 

-------------------------------------------------------------------------------------------------------

上述代码在通过调用VIDIOC_QUERYBUF取得内核空间的缓冲区信息后，接着调用mmap函数把内核空间缓冲区映射到用户空间；关于mmap函数的用法，请读者查询相关资料；

 

6． 控制命令VIDIOC_QBUF

功能： 投放一个空的视频缓冲区到视频缓冲区输入队列中 ；

参数说明：参数类型为V4L2缓冲区数据结构类型    struct v4l2_buffer ；

返回值说明： 执行成功时，函数返回值为 0；函数执行成功后，指令(指定)的视频缓冲区进入视频输入队列，在启动视频设备拍摄图像时，相应的视频数据被保存到视频输入队列相应的视频缓冲区中。

使用举例：

-------------------------------------------------------------------------------------------------------

struct v4l2_buffer tV4L2buf; 

memset(&tV4L2buf, 0, sizeof(struct v4l2_buffer));

 

tV4L2buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; 

tV4L2buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP; 

tV4L2buf.index = i; //指令（指定）要投放到视频输入队列中的内核空间视频缓冲区的编号；

 

iret = ioctl(fd_usbcam, VIDIOC_QBUF, &tV4L2buf);

----------------------------------------------------------------------------------------------------

7． 控制命令VIDIOC_STREAMON

功能： 启动视频采集命令，应用程序调用VIDIOC_STREAMON启动视频采集命令后，视频设备驱动程序开始采集视频数据，并把采集到的视频数据保存到视频驱动的视频缓冲区中。

参数说明：参数类型为V4L2的视频缓冲区类型 enum v4l2_buf_type ；

返回值说明： 执行成功时，函数返回值为 0；函数执行成功后，视频设备驱动程序开始采集视频数据，此时应用程序一般通过调用select函数来判断一帧视频数据是否采集完成，当视频设备驱动完成一帧视频数据采集并保存到视频缓冲区中时，select函数返回，应用程序接着可以读取视频数据；否则select函数阻塞直到视频数据采集完成。Select函数的使用请读者参考相关资料。
 

使用举例：

----------------------------------------------------------------------------------------------------------

enum v4l2_buf_type v4l2type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; 

fd_set    fds ; 

struct timeval   tv; 

iret = ioctl(fd_usbcam, VIDIOC_STREAMON, &v4l2type);

 

FD_ZERO(&fds); 

FD_SET(fd_usbcam,  &fds); 

tv.tv_sec = 2;       /* Timeout. */ 

tv.tv_usec = 0; 

 

iret = select(fd_usbcam+ 1, &fds, NULL, NULL, &tv); 

----------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

8． 控制命令VIDIOC_DQBUF        //第二个D是删除的意思

功能： 从视频缓冲区的输出队列中取得一个已经保存有一帧视频数据的视频缓冲区；

参数说明：参数类型为V4L2缓冲区数据结构类型    struct v4l2_buffer ；

返回值说明： 执行成功时，函数返回值为 0；函数执行成功后，相应的内核视频缓冲区中保存有当前拍摄到的视频数据，应用程序可以通过访问用户空间来读取该视频数据。（前面已经通过调用函数mmap做了用户空间和内核空间的内存映射）.

使用举例：

----------------------------------------------------------------------------------------------------------

struct v4l2_buffer tV4L2buf; 

memset(&tV4L2buf, 0, sizeof(struct v4l2_buffer));

 

tV4L2buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; 

tV4L2buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP; 

 

iret = ioctl(fd_usbcam, VIDIOC_DQBUF, &tV4L2buf);

Sasoritattoo注释：VIDIOC_DQBUF命令结果 使从队列删除的缓冲帧信息 传给了此tVL2buf。V4L2_buffer结构体的作用就相当于申请的缓冲帧的代理，找缓冲帧的都要先问问它，通过它来联系缓冲帧，起了中间桥梁的作用。

----------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

9． 控制命令VIDIOC_STREAMOFF

功能： 停止视频采集命令，应用程序调用VIDIOC_ STREAMOFF停止视频采集命令后，视频设备驱动程序不在采集视频数据。

参数说明：参数类型为V4L2的视频缓冲区类型 enum v4l2_buf_type ；

返回值说明： 执行成功时，函数返回值为 0；函数执行成功后，视频设备停止采集视频数据。

使用举例：

----------------------------------------------------------------------------------------------------------

enum v4l2_buf_type  v4l2type; 

v4l2type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;  

iret = ioctl(fd_usbcam, VIDIOC_STREAMOFF, &v4l2type);

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

以上就是Linux 视频设备驱动V4L2最常用的控制命令使用说明，通过使用以上控制命令，可以完成一幅视频数据的采集过程。V4L2更多的控制命令使用说明请参考：http://v4l2spec.bytesex.org/spec/book1.htm

希望本文对大家理解linux下的视频驱动编程有所帮助。

本篇文章来源于 Linux公社网站(www.linuxidc.com)  原文链接：http://www.linuxidc.com/Linux/2011-03/33022p4.htm

 

 

 

V4L2应用程序框架

http://blog.csdn.net/ipromiseu/archive/2010/03/29/5428578.aspx

一.什么是video4linux
Video4linux2（简称V4L2),是linux中关于视频设备的内核驱动。

V4L2较V4L有较大的改动，并已成为2.6的标准接口，函盖video\dvb\FM...，多数驱动都在向V4l2迁移。更好地了解V4L2先从应用入手，然后再深入到内核中结合物理设备／接口的规范实现相应的驱动。V4L2采用流水线的方式，操作更简单直观，基本遵循打开视频设备、设置格式、处理数据、关闭设备，更多的具体操作通过ioctl函数来实现。

在Linux中，视频设备是设备文件，可以像访问普通文件一样对其进行读写，摄像头在/dev/video0下。

二、一般操作流程（视频设备）：
1. 打开设备文件。 int fd=open(”/dev/video0″,O_RDWR);
2. 取得设备的capability，看看设备具有什么功能，比如是否具有视频输入,或者音频输入输出等。VIDIOC_QUERYCAP,struct v4l2_capability
3. 选择视频输入，一个视频设备可以有多个视频输入。VIDIOC_S_INPUT,struct v4l2_input
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，一般不超过5个。struct v4l2_requestbuffers
6. 将申请到的帧缓冲映射到用户空间，这样就可以直接操作采集到的帧了，而不必去复制。mmap
7. 将申请到的帧缓冲全部入队列，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. 将缓冲重新入队列尾,这样可以循环采集。VIDIOC_QBUF
11. 停止视频的采集。VIDIOC_STREAMOFF
12. 关闭视频设备。close(fd);
三、常用的结构体(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，比如是否是视频输入设备
struct v4l2_input input; //视频输入
struct v4l2_standard std;//视频的制式，比如PAL，NTSC
struct v4l2_format fmt;//帧的格式，比如宽度，高度等

struct v4l2_buffer buf;//代表驱动中的一帧
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

四、细节

1.打开视频设备
在V4L2中，视频设备被看做一个文件。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);// 如果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);应用程序能够使用阻塞模式或非阻塞模式打开视频设备，如果使用非阻塞模式调用视频设备，即使尚未捕获到信息，驱动依旧会把缓存（DQBUFF）里的东西返回给应用程序。

2. 设定属性及采集方式
打开视频设备后，可以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，一般使用ioctl函数来对设备的I/O通道进行管理：

int ioctl (int __fd, unsigned long int __request, .../*args*/) ;在进行V4L2开发中，常用的命令标志符如下(some are optional)：

VIDIOC_REQBUFS：分配内存
VIDIOC_QUERYBUF：把VIDIOC_REQBUFS中分配的数据缓存转换成物理地址
VIDIOC_QUERYCAP：查询驱动功能
VIDIOC_ENUM_FMT：获取当前驱动支持的视频格式
VIDIOC_S_FMT：设置当前驱动的频捕获格式
VIDIOC_G_FMT：读取当前驱动的频捕获格式
VIDIOC_TRY_FMT：验证当前驱动的显示格式
VIDIOC_CROPCAP：查询驱动的修剪能力
VIDIOC_S_CROP：设置视频信号的边框
VIDIOC_G_CROP：读取视频信号的边框
VIDIOC_QBUF：把数据从缓存中读取出来
VIDIOC_DQBUF：把数据放回缓存队列
VIDIOC_STREAMON：开始视频显示函数
VIDIOC_STREAMOFF：结束视频显示函数
VIDIOC_QUERYSTD：检查当前视频设备支持的标准，例如PAL或NTSC。
2.1检查当前视频设备支持的标准
在亚洲，一般使用PAL（720X576）制式的摄像头，而欧洲一般使用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:        //……}2.2 设置视频捕获格式
当检测完视频设备支持的标准后，还需要设定视频捕获格式，结构如下：

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结构如下：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还是RGB    enum v4l2_field         field;    __u32                   bytesperline;        __u32                   sizeimage;    enum v4l2_colorspace    colorspace;    __u32                   priv;       };2.3 分配内存接下来可以为视频捕获分配内存：

struct v4l2_requestbuffers  req;if (ioctl(fd, VIDIOC_REQBUFS, &req) == -1) {  return -1;}v4l2_requestbuffers　结构如下：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];};2.4 获取并记录缓存的物理空间
使用VIDIOC_REQBUFS，我们获取了req.count个缓存，下一步通过调用VIDIOC_QUERYBUF命令来获取这些缓存的地址，然后使用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;    }}2.5 视频采集方式
操作系统一般把系统使用的内存划分成用户空间和内核空间，分别由应用程序管理和操作系统管理。应用程序可以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，必须通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：内存片段由应用程序自己分配。这点需要在v4l2_requestbuffers里将memory字段设置成V4L2_MEMORY_USERPTR。

2.6 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，缓存队列将最先采集到的视频数据缓存送出，并重新采集一张视频数据。这个过程需要用到两个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//重新放入缓存队列if (ioctl(cameraFd, VIDIOC_QBUF, &buf) == -1) {    return -1;}3. 关闭视频设备
使用close函数关闭一个视频设备

close(cameraFd)如果使用mmap,最后还需要使用munmap方法。

本文来自CSDN博客，转载请标明出处：http://blog.csdn.net/ipromiseu/archive/2010/03/29/5428578.aspx