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。本文先就V4L2在视频捕捉或camera方面的应用框架。
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。
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。
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