V4L2 編程
1. 定義
V4L2(Video For Linux Two) 是內核提供給應用程序訪問音、視頻驅動的統一接口。
2. 工作流程：
打開設備－> 檢查和設置設備屬性－> 設置幀格式－> 設置一種輸入輸出方法（緩衝區管理）－> 循環獲取數據－> 關閉設備。
3. 設備的打開和關閉：
#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);// 打開設備
close(fd);// 關閉設備
注意：V4L2 的相關定義包含在頭文件<linux/videodev2.h> 中.
4. 查詢設備屬性： VIDIOC_QUERYCAP
相關函數：
int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_capability *argp);
相關結構體：
struct v4l2_capability
{
__u8 driver[16]; // 驅動名字
__u8 card[32]; // 設備名字
__u8 bus_info[32]; // 設備在系統中的位置
__u32 version; // 驅動版本號
__u32 capabilities; // 設備支持的操作
__u32 reserved[4]; // 保留字段
};
capabilities 常用值:
V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE // 是否支持圖像獲取
例：顯示設備信息
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. 幀格式：
VIDIOC_ENUM_FMT // 顯示所有支持的格式
int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_fmtdesc *argp);
struct v4l2_fmtdesc
{
__u32 index; // 要查詢的格式序號，應用程序設置
enum v4l2_buf_type type; // 幀類型，應用程序設置
__u32 flags; // 是否爲壓縮格式
__u8 description[32]; // 格式名稱
__u32 pixelformat; // 格式
__u32 reserved[4]; // 保留
};
例：顯示所有支持的格式
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++;
}
// 查看或設置當前格式
VIDIOC_G_FMT, VIDIOC_S_FMT
// 檢查是否支持某種格式
VIDIOC_TRY_FMT
int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_format *argp);
struct v4l2_format
{
enum v4l2_buf_type type;// 幀類型，應用程序設置
union fmt
{
struct v4l2_pix_format pix;// 視頻設備使用
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; // 幀寬，單位像素
__u32 height; // 幀高，單位像素
__u32 pixelformat; // 幀格式
enum v4l2_field field;
__u32 bytesperline;
__u32 sizeimage;
enum v4l2_colorspace colorspace;
__u32 priv;
};
例：顯示當前幀的相關信息
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：檢查是否支持某種幀格式
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. 圖像的縮放
VIDIOC_CROPCAP
int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_cropcap *argp);
struct v4l2_cropcap
{
enum v4l2_buf_type type;// 應用程序設置
struct v4l2_rect bounds;// 最大邊界
struct v4l2_rect defrect;// 默認值
struct v4l2_fract pixelaspect;
};
// 設置縮放
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;// 應用程序設置
struct v4l2_rect c;
}
7. 申請和管理緩衝區，應用程序和設備有三種交換數據的方法，直接 read/write ，內存映射 (memory mapping) ，用戶指針。這裏只討論 memory mapping.
// 向設備申請緩衝區
VIDIOC_REQBUFS
int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_requestbuffers *argp);
struct v4l2_requestbuffers
{
__u32 count; // 緩衝區內緩衝幀的數目
enum v4l2_buf_type type; // 緩衝幀數據格式
enum v4l2_memory memory; // 區別是內存映射還是用戶指針方式
__u32 reserved[2];
};
enum v4l2_memoy {V4L2_MEMORY_MMAP,V4L2_MEMORY_USERPTR};
//count,type,memory 都要應用程序設置
例：申請一個擁有四個緩衝幀的緩衝區
struct v4l2_requestbuffers req;
req.count=4;
req.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
req.memory=V4L2_MEMORY_MMAP;
ioctl(fd,VIDIOC_REQBUFS,&req);
獲取緩衝幀的地址，長度：
VIDIOC_QUERYBUF
int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_buffer *argp);
struct v4l2_buffer
{
__u32 index; //buffer 序號
enum v4l2_buf_type type; //buffer 類型
__u32 byteused; //buffer 中已使用的字節數
__u32 flags; // 區分是MMAP 還是USERPTR
enum v4l2_field field;
struct timeval timestamp;// 獲取第一個字節時的系統時間
struct v4l2_timecode timecode;
__u32 sequence; // 隊列中的序號
enum v4l2_memory memory;//IO 方式，被應用程序設置
union m
{
__u32 offset;// 緩衝幀地址，只對MMAP 有效
unsigned long userptr;
};
__u32 length;// 緩衝幀長度
__u32 input;
__u32 reserved;
};
MMAP ，定義一個結構體來映射每個緩衝幀。
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，一般爲NULL ，讓內核自動選擇
//length 被映射內存塊的長度
//prot 標誌映射後能否被讀寫，其值爲PROT_EXEC,PROT_READ,PROT_WRITE, PROT_NONE
//flags 確定此內存映射能否被其他進程共享，MAP_SHARED,MAP_PRIVATE
//fd,offset, 確定被映射的內存地址
返回成功映射後的地址，不成功返回MAP_FAILED ((void*)-1);
int munmap(void *addr, size_t length);// 斷開映射
//addr 爲映射後的地址，length 爲映射後的內存長度
例：將四個已申請到的緩衝幀映射到應用程序，用buffers 指針記錄。
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;
// 查詢序號爲n_buffers 的緩衝區，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;
// 映射內存
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. 緩衝區處理好之後，就可以開始獲取數據了
// 啓動/ 停止數據流
VIDIOC_STREAMON,VIDIOC_STREAMOFF
int ioctl(int fd, int request, const int *argp);
//argp 爲流類型指針，如V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE.
在開始之前，還應當把緩衝幀放入緩衝隊列：
VIDIOC_QBUF// 把幀放入隊列
VIDIOC_DQBUF// 從隊列中取出幀
int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_buffer *argp);
例：把四個緩衝幀放入隊列，並啓動數據流
unsigned int i;
enum v4l2_buf_type type;
// 將緩衝幀放入隊列
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);
// 這有個問題，這些buf 看起來和前面申請的buf 沒什麼關係，爲什麼呢?
例：獲取一幀並處理
struct v4l2_buffer buf;
CLEAR (buf);
buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
// 從緩衝區取出一個緩衝幀
ioctl (fd, VIDIOC_DQBUF, &buf);
// 圖像處理
process_image (buffers[buf.index].start);
// 將取出的緩衝幀放回緩衝區
ioctl (fd, VIDIOC_QBUF, &buf);
