在DM6446平臺，我們在GPP端一般使用MontaVista操作系統來進行程序控制。MontaVista作爲一種嵌入式的Linux，和桌 面Linux類似，同樣使用視頻驅動V4L2（Video For Linux Two）來進行視頻採集、輸出。本文就V4L2的使用方式做簡易說明。
視頻採集的基本流程
一般的，視頻採集都有如下流程：
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;
}
}
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 )
還需要使用munmap方法。
小結和參考文獻
在MontaVista裏，使用V4L2驅動來操作視頻輸入、輸出。V4L2採用流水線的方式，打開視頻設備、設置格式、處理數據、關閉設備。具體操作和ioctl函數有關。
另外，要在MontaVista中使用V4L2驅動，還需要修改一下系統目錄。
進入MontaVista安裝目錄下的pro/devkit/lsp/ti-davinci_evm-arm_v5t_le/linux-2.6.10_mvl401/include目錄，建立一個名爲asm的快捷方式指向asm-arm文件夾：
進入asm-arm文件夾，建立一個快捷方式指向arch-davinci目錄：
參考文獻：LSP 1.20 DaVinci Linux V4L2 Display Driver User’s Guide