1.video4linux基础相关
1.1 v4l的介绍与一些基础知识的介绍
I.首先说明一下video4linux(v4l)。
它是一些视频系统,视频软件,音频软件的基础,经常使用在需要采集图像的场合,如视频监控,webcam,可视电话,经常应用在embedded linux中是linux嵌入式开发中经常使用的系统接口。它是linux内核提供给用户空间的编程接口,各种的视频和音频设备开发相应的驱动程序后,就可以通过v4l提供的系统API来控制视频和音频设备,也就是说v4l分为两层,底层为音视频设备在内核中的驱动,上层为系统提供的API,而对于我们来说需要的就是使用这些系统的API。
II.Linux系统中的文件操作
有关Linux系统中的文件操作不属于本文的内容。但是还是要了解相关系统调用的作用和使用方法。其中包括open(),read(),close(),ioctl(),mmap()。详细的使用不作说明。在Linux系统中各种设备(当然包括视频设备)也都是用文件的形式来使用的。他们存在与dev目录下,所以本质上说,在Linux中各种外设的使用(如果它们已经正确的被驱动),与文件操作本质上是没有什么区别的。
1.2 建立一套简单的v4l函数库
这一节将一边介绍v4l的使用方法,一边建立一套简单的函数,应该说是一套很基本的函数,它完成很基本的够能但足够展示如何使用v4l。这些函数可以用来被其他程序使用,封装基本的v4l功能。本文只介绍一些和摄像头相关的编程方法,并且是最基础和最简单的,所以一些内容并没有介绍,一些与其他视频设备(如视频采集卡)和音频设备有关的内容也没有介绍,本人也不是很理解这方面的内容。
这里先给出接下来将要开发出来函数的一个总览。
相关结构体和函数的定义我们就放到一个名为v4l.h的文件中,相关函数的编写就放在一个名为v4l.c的文件中把。
对于这个函数库共有如下的定义(也就是大体v4l.h中的内容):
#ifndef _V4L_H_
#define _V4L_H_
#include <sys/types.h>
#include <linux/videodev.h> //使用v4l必须包含的头文件
这个头文件可以在/usr/include/linux下找到,里面包含了对v4l各种结构的定义,以及各种ioctl的使用方法,所以在下文中有关v4l的相关结构体并不做详细的介绍,可以参看此文件就会得到你想要的内容。
下面是定义的结构体,和相关函数,突然给出这么多的代码很唐突,不过随着一点点解释条理就会很清晰了。
struct _v4l_struct
{
int fd;//保存打开视频文件的设备描述符
struct video_capability capability;//该结构及下面的结构为v4l所定义可在上述头文件中找到
struct video_picture picture;
struct video_mmap mmap;
struct video_mbuf mbuf;
unsigned char *map;//用于指向图像数据的指针
int frame_current;
int frame_using[VIDEO_MAXFRAME];//这两个变量用于双缓冲在后面介绍。
};
typedef struct _v4l_struct v4l_device;
//上面的定义的结构体,有的文中章有定义channel的变量,但对于摄像头来说设置这个变量意义不大通常只有一个channel,本文不是为了写出一个大而全且成熟的函数库,只是为了介绍如何使用v4l,再加上本人水平也有限,能够给读者一个路线我就很知足了,所以并没有设置这个变量同时与channel相关的函数也没有给出。
extern int v4l_open(char *, v4l_device *);
extern int v4l_close(v4l_device *);
extern int v4l_get_capability(v4l_device *);
extern int v4l_get_picture(v4l_device *);
extern int v4l_get_mbuf(v4l_device *);
extern int v4l_set_picture(v4l_device *, int, int, int, int, int,);
extern int v4l_grab_picture(v4l_device *, unsigned int);
extern int v4l_mmap_init(v4l_device *);
extern int v4l_grab_init(v4l_device *, int, int);
extern int v4l_grab_frame(v4l_device *, int);
extern int v4l_grab_sync(v4l_device *);
上述函数会在下文中逐渐完成,功能也会逐渐介绍,虽然现在看起来没什么感觉只能从函数名上依稀体会它的功能,或许看起来很烦,不过看完下文就会好了。
前面已经说过使用v4l视频编程的流程和对文件操作并没有什么本质的不同,大概的流程如下:
1.打开视频设备(通常是/dev/video0)
2.获得设备信息。
3.根据需要更改设备的相关设置。
4.获得采集到的图像数据(在这里v4l提供了两种方式,直接通过打开的设备读取数据,使用mmap内存映射的方式获取数据)。
5.对采集到的数据进行操作(如显示到屏幕,图像处理,存储成图片文件)。
6.关闭视频设备。
知道了流程之后,我们就需要根据流程完成相应的函数。
那么我们首先完成第1步打开视频设备,需要完成int v4l_open(char *, v4l_device *);
具体的函数如下
#define DEFAULT_DEVICE “/dev/video0”
int v4l_open(char *dev , v4l_device *vd)
{
if(!dev)dev= DEFAULT_DEVICE;
if((vd-fd=open(dev,O_RDWR))<0){perror(“v4l_open:”);return -1;}
if(v4l_get_capability(vd))return -1;
if(v4l_get_picture(vd))return -1;//这两个函数就是即将要完成的获取设备信息的函数
return 0
}
同样对于第6步也十分简单,就是int v4l_close(v4l_device *);的作用。
函数如下:
int v4l_close(v4l_device *vd)
{close(vd->fd);return 0;}
现在我们完成第2步中获得设备信息的任务,下面先给出函数在对函数作出相应的说明。
int v4l_get_capability(v4l_device *vd)
{
if (ioctl(vd->fd, VIDIOCGCAP, &(vd->capability)) < 0) {
perror("v4l_get_capability:");
return -1;
}
return 0;
}
int v4l_get_picture(v4l_device *vd)
{
if (ioctl(vd->fd, VIDIOCGPICT, &(vd->picture)) < 0) {
perror("v4l_get_picture:");
return -1;
}
return 0;
}
对于以上两个函数我们不熟悉的地方可有vd->capability和vd->picture两个结构体,和这两个函数中最主要的语句ioctl。对于ioctl的行为它是由驱动程序提供和定义的,在这里当然是由v4l所定义的,其中宏VIDIOCGCAP和VIDIOCGPICT的分别表示获得视频设备的capability和picture。对于其他的宏功能定义可以在你的Linux系统中的/usr/include/linux/videodev.h中找到,这个头文件也包含了capability和picture的定义。例如:
struct video_capability
{
char name[32];
int type;
int channels; /* Num channels */
int audios; /* Num audio devices */
int maxwidth; /* Supported width */
int maxheight; /* And height */
int minwidth; /* Supported width */
int minheight; /* And height */
};capability结构它包括了视频设备的名称,频道数,音频设备数,支持的最大最小宽度和高度等信息。
struct video_picture
{
__u16 brightness;
__u16 hue;
__u16 colour;
__u16 contrast;
__u16 whiteness; /* Black and white only */
__u16 depth; /* Capture depth */
__u16 palette; /* Palette in use */
}picture结构包括了亮度,对比度,色深,调色板等等信息。头文件里还列出了palette相关的值,这里并没有给出。
了解了以上也就了解了这两个简单函数的作用,现在我们已经获取到了相关视频设备的capabilty和picture属性。
这里直接给出另外一个函数
int v4l_get_mbuf(v4l_device *vd)
{
if (ioctl(vd->fd, VIDIOCGMBU
F
,&(vd->mbuf)) < 0) {
perror("v4l_get_mbuf:");
return -1;
}
return 0;
}
对于结构体video_mbuf在v4l中的定义如下,video_mbuf结构体是为了服务使用mmap内存映射来获取图像的方法而设置的结构体,通过这个结构体可以获得摄像头设备存储图像的内存大小。具体的定义如下,各变量的使用也会在下文详细说明。
struct video_mbuf
{
int size; 可映射的摄像头内存大小
int frames; 摄像头可同时存储的帧数
int offsets[VIDEO_MAX_FRAME];每一帧图像的偏移量
};
下面完成第3步按照需要更改设备的相应设置,事实上可以更改的设置很多,本文以更改picture属性为例说明更改属性的一般方法。
那么我们就完成extern int v4l_set_picture(v4l_device *, int, int, int, int, int,);这个函数吧
int v4l_set_picture(v4l_device *vd,int br,int hue,int col,int cont,int white)
{
if(br) vd->picture.brightnesss=br;
if(hue) vd->picture.hue=hue;
if(col) vd->picture.color=col;
if(cont) vd->picture.contrast=cont;
if(white) vd->picture.whiteness=white;
if(ioctl(vd->fd,VIDIOCSPICT,&(vd->picture))<0)
{perror("v4l_set_picture: ");return -1;}
return 0;
}
上述函数就是更改picture相关属性的例子,其核心还是v4l给我们提供的ioctl的相关调用,通过这个函数可以修改如亮度,对比度等相关的值。