主要功能：使程序有發現設備的能力和操作設備.它主要是用過一系列的回調函數來實現這些功能.像設置高頻頭的頻率,幀頻,視頻壓縮格式和圖像像參數等等（在我寫的FM驅動中就主要是設置頻率，設置音量等）

可以支持多種設備,它可以有以下幾種接口:

　　1. 視頻採集接口(video capture interface):這種應用的設備可以是高頻頭或者攝像頭.V4L2的最初設計就是應用於這種功能的.

　　2. 視頻輸出接口(video output interface):可以驅動計算機的外圍視頻圖像設備--像可以輸出電視信號格式的設備.

　　3. 直接傳輸視頻接口(video overlay interface):它的主要工作是把從視頻採集設備採集過來的信號直接輸出到輸出設備之上,而不用經過系統的CPU.

　　4. 視頻間隔消隱信號接口(VBI interface):它可以使應用可以訪問傳輸消隱期的視頻信號.

　　5. 收音機接口(radio interface):可用來處理從AM或FM高頻頭設備接收來的音頻流.（由於只寫過FM的驅動所以下面着重講解這種應用.）

一，什麼是 video4linux
Video4linux（簡稱V4L),是linux中關於視頻設備的內核驅動,現在已有Video4linux2，還未加入linux內核，使用需自己下載補丁。在Linux中，視頻設備是設備文件，可以像訪問普通文件一樣對其進行讀寫，攝像頭在/dev/videoN下，N可能爲0，1，2，3... 一般0.

另，推薦一個用於播放從攝像頭採集到的raw數據的播放器RawPlayer，只需要把採集的數據保存到文件***.yuv就OK了。

二，V4L2採集視頻流程

1. 打開設備文件。 int fd=open(”/dev/video0″,O_RDWR);
2. 取得設備的capability，看看設備具有什麼功能，比如是否具有視頻輸入,或者音頻輸入輸出等。VIDIOC_QUERYCAP,struct v4l2_capability
3. 選擇視頻輸入，一個視頻設備可以有多個視頻輸入。VIDIOC_S_INPUT,struct v4l2_input
4. 設置視頻的制式和幀格式，制式包括PAL，NTSC，幀的格式個包括寬度和高度等。
VIDIOC_S_STD,VIDIOC_S_FMT,struct v4l2_std_id,struct v4l2_format
5. 向驅動申請幀緩衝，一般不超過5個。struct v4l2_requestbuffers
6. 將申請到的幀緩衝映射到用戶空間，這樣就可以直接操作採集到的幀了，而不必去複製。mmap
7. 將申請到的幀緩衝全部入隊列，以便存放採集到的數據.VIDIOC_QBUF,struct v4l2_buffer
8. 開始視頻的採集。VIDIOC_STREAMON
9. 出隊列以取得已採集數據的幀緩衝，取得原始採集數據。VIDIOC_DQBUF
10. 將緩衝重新入隊列尾,這樣可以循環採集。VIDIOC_QBUF
11. 停止視頻的採集。VIDIOC_STREAMOFF
12. 關閉視頻設備。close(fd);
三、常用的結構體(參見/usr/include/linux/videodev2.h)：

struct v4l2_requestbuffers reqbufs;//向驅動申請幀緩衝的請求，裏面包含申請的個數
struct v4l2_capability cap;//這個設備的功能，比如是否是視頻輸入設備
struct v4l2_input input; //視頻輸入
struct v4l2_standard std;//視頻的制式，比如PAL，NTSC
struct v4l2_format fmt;//幀的格式，比如寬度，高度等

struct v4l2_buffer buf;//代表驅動中的一幀
v4l2_std_id stdid;//視頻制式，例如：V4L2_STD_PAL_B
struct v4l2_queryctrl query;//查詢的控制
struct v4l2_control control;//具體控制的值

下面具體說明開發流程（網上找的啦，也在學習麼）

打開視頻設備

在V4L2中，視頻設備被看做一個文件。使用open函數打開這個設備：

// 用非阻塞模式打開攝像頭設備

int cameraFd;

cameraFd = open(“/dev/video0″, O_RDWR | O_NONBLOCK, 0);

// 如果用阻塞模式打開攝像頭設備，上述代碼變爲：

//cameraFd = open(”/dev/video0″, O_RDWR, 0);

關於阻塞模式和非阻塞模式

應用程序能夠使用阻塞模式或非阻塞模式打開視頻設備，如果使用非阻塞模式調用視頻設備，即使尚未捕獲到信息，驅動依舊會把緩存（DQBUFF）裏的東西返回給應用程序。

設定屬性及採集方式

打開視頻設備後，可以設置該視頻設備的屬性，例如裁剪、縮放等。這一步是可選的。在Linux編程中，一般使用 ioctl函數來對設備的I/O通道進行管理：

extern int ioctl (int __fd, unsigned long int __request, …) __THROW;

__fd：設備的ID，例如剛纔用open函數打開視頻通道後返回的cameraFd；

__request：具體的命令標誌符。

在進行V4L2開發中，一般會用到以下的命令標誌符：

VIDIOC_REQBUFS：分配內存
VIDIOC_QUERYBUF：把VIDIOC_REQBUFS中分配的數據緩存轉換成物理地址
VIDIOC_QUERYCAP：查詢驅動功能
VIDIOC_ENUM_FMT：獲取當前驅動支持的視頻格式
VIDIOC_S_FMT：設置當前驅動的頻捕獲格式
VIDIOC_G_FMT：讀取當前驅動的頻捕獲格式
VIDIOC_TRY_FMT：驗證當前驅動的顯示格式
VIDIOC_CROPCAP：查詢驅動的修剪能力
VIDIOC_S_CROP：設置視頻信號的邊框
VIDIOC_G_CROP：讀取視頻信號的邊框
VIDIOC_QBUF：把數據從緩存中讀取出來
VIDIOC_DQBUF：把數據放回緩存隊列
VIDIOC_STREAMON：開始視頻顯示函數
VIDIOC_STREAMOFF：結束視頻顯示函數
VIDIOC_QUERYSTD：檢查當前視頻設備支持的標準，例如PAL或NTSC。
這些IO調用，有些是必須的，有些是可選擇的。

檢查當前視頻設備支持的標準

在亞洲，一般使用PAL（720X576）制式的攝像頭，而歐洲一般使用NTSC（720X480），使用 VIDIOC_QUERYSTD來檢測：

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:

//……

}

設置視頻捕獲格式

當檢測完視頻設備支持的標準後，還需要設定視頻捕獲格式：

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結構體定義如下：

struct v4l2_format

{

enum v4l2_buf_type type; // 數據流類型，必須永遠是//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; // 寬，必須是16的倍數

__u32 height; // 高，必須是16的倍數

__u32 pixelformat; // 視頻數據存儲類型，例如是//YUV4：2：2還是RGB

enum v4l2_field field;

__u32 bytesperline;

__u32 sizeimage;

enum v4l2_colorspace colorspace;

__u32 priv;

};

分配內存

接下來可以爲視頻捕獲分配內存：

struct v4l2_requestbuffers req;

if (ioctl(fd, VIDIOC_REQBUFS, &req) == -1) {

return -1;

}

v4l2_requestbuffers定義如下：

struct v4l2_requestbuffers

{

__u32 count; // 緩存數量，也就是說在緩存隊列裏保持多少張照片

enum v4l2_buf_type type; // 數據流類型，必須永遠是V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE

enum v4l2_memory memory; // V4L2_MEMORY_MMAP 或 V4L2_MEMORY_USERPTR

__u32 reserved[2];

};

獲取並記錄緩存的物理空間

使用VIDIOC_REQBUFS，我們獲取了req.count個緩存，下一步通過調用 VIDIOC_QUERYBUF命令來獲取這些緩存的地址，然後使用mmap函數轉換成應用程序中的絕對地址，最後把這段緩存放入緩存隊列：

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;

// 讀取緩存

if (ioctl(fd, VIDIOC_QUERYBUF, &buf) == -1) {

return -1;

}

buffers[numBufs].length = buf.length;

// 轉換成相對地址

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;

}

// 放入緩存隊列

if (ioctl(fd, VIDIOC_QBUF, &buf) == -1) {

return -1;

}

四，關於視頻採集方式

操作系統一般把系統使用的內存劃分成用戶空間和內核空間，分別由應用程序管理和操作系統管理。應用程序可以直接訪問內存的地址，而內核空間存放的是供內核訪問的代碼和數據，用戶不能直接訪問。v4l2捕獲的數據，最初是存放在內核空間的，這意味着用戶不能直接訪問該段內存，必須通過某些手段來轉換地址。

一共有三種視頻採集方式：使用read、write方式；內存映射方式和用戶指針模式。

read、write方式:在用戶空間和內核空間不斷拷貝數據，佔用了大量用戶內存空間，效率不高。

內存映射方式：把設備裏的內存映射到應用程序中的內存控件，直接處理設備內存，這是一種有效的方式。上面的mmap 函數就是使用這種方式。

用戶指針模式：內存片段由應用程序自己分配。這點需要在v4l2_requestbuffers裏將memory字段設置成V4L2_MEMORY_USERPTR。

處理採集數據

V4L2有一個數據緩存，存放req.count數量的緩存數據。數據緩存採用FIFO的方式，當應用程序調用緩存數據時，緩存隊列將最先採集到的視頻數據緩存送出，並重新採集一張視頻數據。這個過程需要用到兩個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;

//讀取緩存

if (ioctl(cameraFd, VIDIOC_DQBUF, &buf) == -1)

{

return -1;

}

//…………視頻處理算法

//重新放入緩存隊列

if (ioctl(cameraFd, VIDIOC_QBUF, &buf) == -1) {

return -1;

}

關閉視頻設備

使用close函數關閉一個視頻設備

close(cameraFd)

V4L2較V4L有較大的改動，並已成爲2.6的標準接口，函蓋video\dvb\FM...，多數驅動都在向V4l2遷移。更好地瞭解V4L2先從應用入手，然後再深入到內核中結合物理設備／接口的規範實現相應的驅動。本文先就V4L2在視頻捕捉或camera方面的應用框架。

V4L2採用流水線的方式，操作更簡單直觀，基本遵循打開視頻設備、設置格式、處理數據、關閉設備，更多的具體操作通過ioctl函數來實現。

1.打開視頻設備

在V4L2中，視頻設備被看做一個文件。使用open函數打開這個設備：

// 用非阻塞模式打開攝像頭設備
int cameraFd;
cameraFd = open("/dev/video0", O_RDWR | O_NONBLOCK, 0);
// 如果用阻塞模式打開攝像頭設備，上述代碼變爲：
//cameraFd = open("/dev/video0", O_RDWR, 0);

2. 設定屬性及採集方式

打開視頻設備後，可以設置該視頻設備的屬性，例如裁剪、縮放等。這一步是可選的。在Linux編程中，一般使用ioctl函數來對設備的I/O通道進行管理：

 int ioctl (int __fd, unsigned long int __request, .../*args*/) ;

在進行V4L2開發中，常用的命令標誌符如下(some are optional)：

VIDIOC_REQBUFS：分配內存
VIDIOC_QUERYBUF：把VIDIOC_REQBUFS中分配的數據緩存轉換成物理地址
VIDIOC_QUERYCAP：查詢驅動功能
VIDIOC_ENUM_FMT：獲取當前驅動支持的視頻格式
VIDIOC_S_FMT：設置當前驅動的頻捕獲格式
VIDIOC_G_FMT：讀取當前驅動的頻捕獲格式
VIDIOC_TRY_FMT：驗證當前驅動的顯示格式
VIDIOC_CROPCAP：查詢驅動的修剪能力
VIDIOC_S_CROP：設置視頻信號的邊框
VIDIOC_G_CROP：讀取視頻信號的邊框
VIDIOC_QBUF：把數據從緩存中讀取出來
VIDIOC_DQBUF：把數據放回緩存隊列
VIDIOC_STREAMON：開始視頻顯示函數
VIDIOC_STREAMOFF：結束視頻顯示函數
VIDIOC_QUERYSTD：檢查當前視頻設備支持的標準，例如PAL或NTSC。

2.1檢查當前視頻設備支持的標準

在亞洲，一般使用PAL（720X576）制式的攝像頭，而歐洲一般使用NTSC（720X480），使用VIDIOC_QUERYSTD來檢測：

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 設置視頻捕獲格式

當檢測完視頻設備支持的標準後，還需要設定視頻捕獲格式，結構如下：

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結構如下：
struct v4l2_format
{
    enum v4l2_buf_type type;    // 數據流類型，必須永遠是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;         // 寬，必須是16的倍數
    __u32                   height;        // 高，必須是16的倍數
    __u32                   pixelformat;   // 視頻數據存儲類型，例如是YUV4：2：2還是RGB
    enum v4l2_field         field;
    __u32                   bytesperline;    
    __u32                   sizeimage;
    enum v4l2_colorspace    colorspace;
    __u32                   priv;       
};

2.3 分配內存

接下來可以爲視頻捕獲分配內存：

struct v4l2_requestbuffers  req;
if (ioctl(fd, VIDIOC_REQBUFS, &req) == -1) {
  return -1;
}
v4l2_requestbuffers　結構如下：
struct v4l2_requestbuffers
{
    __u32               count;  // 緩存數量，也就是說在緩存隊列裏保持多少張照片
    enum v4l2_buf_type  type;   // 數據流類型，必須永遠是V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE 
    enum v4l2_memory    memory; // V4L2_MEMORY_MMAP 或 V4L2_MEMORY_USERPTR
    __u32               reserved[2];
};

2.4 獲取並記錄緩存的物理空間

使用VIDIOC_REQBUFS，我們獲取了req.count個緩存，下一步通過調用VIDIOC_QUERYBUF命令來獲取這些緩存的地址，然後使用mmap函數轉換成應用程序中的絕對地址，最後把這段緩存放入緩存隊列：

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;
    // 讀取緩存
    if (ioctl(fd, VIDIOC_QUERYBUF, &buf) == -1) {
        return -1;
    }
    buffers[numBufs].length = buf.length;
    // 轉換成相對地址
    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;
    }
    // 放入緩存隊列
    if (ioctl(fd, VIDIOC_QBUF, &buf) == -1) {
        return -1;
    }
}

2.5 視頻採集方式

一共有三種視頻採集方式：使用read、write方式；內存映射方式和用戶指針模式。

read、write方式，在用戶空間和內核空間不斷拷貝數據，佔用了大量用戶內存空間，效率不高。

內存映射方式：把設備裏的內存映射到應用程序中的內存控件，直接處理設備內存，這是一種有效的方式。上面的mmap函數就是使用這種方式。

用戶指針模式：內存片段由應用程序自己分配。這點需要在v4l2_requestbuffers裏將memory字段設置成V4L2_MEMORY_USERPTR。

2.6 處理採集數據

V4L2 有一個數據緩存，存放req.count數量的緩存數據。數據緩存採用FIFO的方式，當應用程序調用緩存數據時，緩存隊列將最先採集到的視頻數據緩存送出，並重新採集一張視頻數據。這個過程需要用到兩個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;
//讀取緩存
if (ioctl(cameraFd, VIDIOC_DQBUF, &buf) == -1)
{
    return -1;
}
//…………視頻處理算法
//重新放入緩存隊列
if (ioctl(cameraFd, VIDIOC_QBUF, &buf) == -1) {
    return -1;
}

3. 關閉視頻設備

使用close函數關閉一個視頻設備

close(cameraFd)

如果使用mmap,最後還需要使用munmap方法。

V4L2(video 4 linux 2)視頻採集接口使用說明

1.打開視頻設備

2. 設定屬性及採集方式

2.1檢查當前視頻設備支持的標準

2.2 設置視頻捕獲格式

2.4 獲取並記錄緩存的物理空間

2.5 視頻採集方式

2.6 處理採集數據

3. 關閉視頻設備

new/delete 和malloc/free 的區別

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V4L2攝像頭獲取單幅圖片測試程序（MMAP模式）

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