video4linux2笔记

video4linux2笔记

1 主要使用的操作就是open, close, ioctl

2 Querying Capabilities

虽然这是个标准，但不是强制性的，因此不同的设备对功能的支持不同，所以地提供一个功能查询机制，而这个功能查询机制应该是必需的。All V4L2 drivers must support VIDIOC_QUERYCAP. Applications should always call this ioctl after opening the device.

3 video Inputs and Outputs

我们可以通过VIDIOC_ENUMINPUT and VIDIOC_ENUMOUTPUT 分别列举一个input或者output的信息，我们使用一个v4l2_input结构体来乘放查询结果，这个结构体中有一个index域用来指定你索要查询的是第几个input/ouput,如果你所查询的这个input是当前正在使用的，那么在v4l2_input还会包含一些当前的状态信息，如果所查询的input/output不存在，那么回返回EINVAL错误，所以，我们通过循环查找，直到返回错误来遍历所有的input/output. VIDIOC_G_INPUT and VIDIOC_G_OUTPUT 返回当前的video input和output的index.

Video standards

当然世界上现在有多个视频标准，如NTSC和PAL，他们又细分为好多种，那么我们的设备输入/输出究竟支持什么样的标准呢？我们的当前在使用的输入和输出正在使用的是哪个标准呢？我们怎么设置我们的某个输入输出使用的标准呢？这都是有方法的。

查询，我们的输入支持什么标准，首先就得找到当前的这个输入的index，然后查出它的属性，在其属性里面可以得到该输入所支持的标准，将它所支持的各个标准与所有的标准的信息进行比较，就可以获知所支持的各个标准的属性。一个输入所支持的标准应该是一个集合，而这个集合是用bit与的方 式使用一个64位数字表示的。因此我们所查到的是一个数字。

Example 1-5. Information about the current video standard

v4l2_std_id std_id; //这个就是个64bit得数
struct v4l2_standard standard;
//VIDIOC_G_STD就是获得当前输入使用的standard，不过这里只是得到了该标准的id即flag，还没有得到其具体的属性信息，具体的属性信息要通过列举操作来得到。
if (-1 == ioctl (fd, VIDIOC_G_STD, &std_id)) { //获得了当前输入使用的standard
/* Note when VIDIOC_ENUMSTD always returns EINVAL this
is no video device or it falls under the USB exception,
and VIDIOC_G_STD returning EINVAL is no error. */

perror (“VIDIOC_G_STD”);
exit (EXIT_FAILURE);
}

memset (&standard, 0, sizeof (standard));
standard.index = 0; //从第一个开始列举
//VIDIOC_ENUMSTD用来列举所支持的所有的video标准的信息，不过要先给standard结构的index域制定一个数值，所列举的标准的信息属性包含在standard里面，如果我们所列举的标准和std_id有共同的bit，那么就意味着这个标准就是当前输入所使用的标准，这样我们就得到了当前输入使用的标准的属性信息
while (0 == ioctl (fd, VIDIOC_ENUMSTD, &standard)) {
if (standard.id & std_id) {
printf (“Current video standard: %s/n”, standard.name);
exit (EXIT_SUCCESS);
}

standard.index++;
}

/* EINVAL indicates the end of the enumeration, which cannot be
empty unless this device falls under the USB exception. */

if (errno == EINVAL || standard.index == 0) {
perror (“VIDIOC_ENUMSTD”);
exit (EXIT_FAILURE);
}

Example 1-6. Listing the video standards supported by the current input

struct v4l2_input input;
struct v4l2_standard standard;

memset (&input, 0, sizeof (input));

//首先获得当前输入的index,注意只是index，要获得具体的信息，就的调用列举操作
if (-1 == ioctl (fd, VIDIOC_G_INPUT, &input.index)) {
perror (“VIDIOC_G_INPUT”);
exit (EXIT_FAILURE);
}
//调用列举操作，获得input.index对应的输入的具体信息
if (-1 == ioctl (fd, VIDIOC_ENUMINPUT, &input)) {
perror (“VIDIOC_ENUM_INPUT”);
exit (EXIT_FAILURE);
}

printf (“Current input %s supports:/n”, input.name);

memset (&standard, 0, sizeof (standard));
standard.index = 0;
//列举所有的所支持的standard，如果standard.id与当前input的input.std有共同的bit flag，意味着当前的输入支持这个standard,这样将所有驱动所支持的standard列举一个遍，就可以找到该输入所支持的所有standard了。
while (0 == ioctl (fd, VIDIOC_ENUMSTD, &standard)) {
if (standard.id & input.std)
printf (“%s/n”, standard.name);

standard.index++;
}

/* EINVAL indicates the end of the enumeration, which cannot be
empty unless this device falls under the USB exception. */

if (errno != EINVAL || standard.index == 0) {
perror (“VIDIOC_ENUMSTD”);
exit (EXIT_FAILURE);
}

Example 1-7. Selecting a new video standard

struct v4l2_input input;
v4l2_std_id std_id;

memset (&input, 0, sizeof (input));
//获得当前input的index
if (-1 == ioctl (fd, VIDIOC_G_INPUT, &input.index)) {
perror (“VIDIOC_G_INPUT”);
exit (EXIT_FAILURE);
}
//列举出下标为input.index的input的属性到input里
if (-1 == ioctl (fd, VIDIOC_ENUMINPUT, &input)) {
perror (“VIDIOC_ENUM_INPUT”);
exit (EXIT_FAILURE);
}
//如果该input所支持的标准里不包含V4L2_STD_PAL_BG，就退出
if (0 == (input.std & V4L2_STD_PAL_BG)) {
fprintf (stderr, “Oops. B/G PAL is not supported./n”);
exit (EXIT_FAILURE);
}

/* Note this is also supposed to work when only B
or G/PAL is supported. */

std_id = V4L2_STD_PAL_BG;
//如果当前input支持V4L2_STD_PAL_BG，就将其设置为V4L2_STD_PAL_BG
if (-1 == ioctl (fd, VIDIOC_S_STD, &std_id)) {
perror (“VIDIOC_S_STD”);
exit (EXIT_FAILURE);
}

1 User controlls其实就是一些用户可以用来进行设置的一些属性，如视频中的brightness等，video4linux就提取出了最常见的一些设 置，给他们分配了ID，这样大家对于这些常见的设置，就是用这些ID就可以了，可以察看当前设备对该设置的值，也可以给该设置新值，此外，由于某些设置包含很多子设置项，因此就又有了menu的含义，即对于一个具体的control，我们在列举他的属性时，发现其类型是包含了menu的，那么我们就可以以 这个control的id为参数，察看其menu及各自的值。当然用户可以由自定义的control以及extended control。 好像是Camera Control ID中就有可以设置focus聚焦的control id，这个可以看一看。

2 Data format 应用是可以和device针对通信的数据进行谈判的，即可以设置device所使用的数据的格式，可以获得设备所使用的数据的格式，也可以尝试一下某种格式的数据设备是否支持。使用 VIDIOC_G_FMT and VIDIOC_S_FMT ioctls，而VIDIOC_TRY_FMT 就是用来试一下某设置是否被设备支持，而且只是 测试，并不会起作用。我们还是可以用VIDIOC_ENUM_FMT来列举设备所支持的所有的image的格式的。关于数据格式，在video中就会涉及到image的格式，大小（宽度，高度），等信息。

3 crapping和scaling

就是把得到的数据作一定的剪裁，和伸缩，剪裁可以只取样我们可以得到的图像大小的一部分，剪裁的主要参数是位置和长度以及宽度，而scale的设置是通过VIDIOC_G_FMT and VIDIOC_S_FMT 来获得和设置当前的image的长度，宽度来实现的。

一般操作流程（视频设备）：

1. 打开设备文件。 int fd=open(”/dev/video0″,O_RDWR);

2. 取得设备的capability，看看设备具有什么功能，比如是否具有视频输入,或者音频输入输出等。VIDIOC_QUERYCAP,struct v4l2_capability

3. 选择视频输入，一个视频设备可以有多个视频输入。VIDIOC_S_INPUT,struct v4l2_input

4. 设置视频的制式和帧格式，制式包括PAL，NTSC，帧的格式个包括宽度和高度等。

VIDIOC_S_STD,VIDIOC_S_FMT,struct v4l2_std_id,struct v4l2_format

5. 向驱动申请帧缓冲，一般不超过5个。struct v4l2_requestbuffers

6. 将申请到的帧缓冲映射到用户空间，这样就可以直接操作采集到的帧了，而不必去复制。mmap

7. 将申请到的帧缓冲全部入队列，以便存放采集到的数据.VIDIOC_QBUF,struct v4l2_buffer

8. 开始视频的采集。VIDIOC_STREAMON

9. 出队列以取得已采集数据的帧缓冲，取得原始采集数据。VIDIOC_DQBUF

10. 将缓冲重新入队列尾,这样可以循环采集。VIDIOC_QBUF

11. 停止视频的采集。VIDIOC_STREAMOFF

12. 关闭视频设备。close(fd);

常用的结构体(参见/usr/include/linux/videodev2.h)：

struct v4l2_requestbuffers reqbufs;//向驱动申请帧缓冲的请求，里面包含申请的个数

struct v4l2_capability cap;//这个设备的功能，比如是否是视频输入设备

struct v4l2_input input; //视频输入

struct v4l2_standard std;//视频的制式，比如PAL，NTSC

struct v4l2_format fmt;//帧的格式，比如宽度，高度等

struct v4l2_buffer buf;//代表驱动中的一帧

v4l2_std_id stdid;//视频制式，例如：V4L2_STD_PAL_B

struct v4l2_queryctrl query;//查询的控制

struct v4l2_control control;//具体控制的值

视频采集的基本流程

一般的，视频采集都有如下流程：

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);

关于阻塞模式和非阻塞模式

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。

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：

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

__fd：设备的ID，例如刚才用open函数打开视频通道后返回的cameraFd；

__request：具体的命令标志符。

在进行V4L2开发中，一般会用到以下的命令标志符：

1. VIDIOC_REQBUFS：分配内存
2. VIDIOC_QUERYBUF：把VIDIOC_REQBUFS中分配的数据缓存转换成物理地址
3. VIDIOC_QUERYCAP：查询驱动功能
4. VIDIOC_ENUM_FMT：获取当前驱动支持的视频格式
5. VIDIOC_S_FMT：设置当前驱动的频捕获格式
6. VIDIOC_G_FMT：读取当前驱动的频捕获格式
7. VIDIOC_TRY_FMT：验证当前驱动的显示格式
8. VIDIOC_CROPCAP：查询驱动的修剪能力
9. VIDIOC_S_CROP：设置视频信号的边框
10. VIDIOC_G_CROP：读取视频信号的边框
11. VIDIOC_QBUF：把数据从缓存中读取出来
12. VIDIOC_DQBUF：把数据放回缓存队列
13. VIDIOC_STREAMON：开始视频显示函数
14. VIDIOC_STREAMOFF：结束视频显示函数
15. VIDIOC_QUERYSTD：检查当前视频设备支持的标准，例如PAL或NTSC。

这些IO调用，有些是必须的，有些是可选择的。

检查当前视频设备支持的标准

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:
        //……
}

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：

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结构体定义如下：

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;      
};

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定义如下：

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];
};

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;
    }
}

关于视频采集方式

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。

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;
}

关闭视频设备

使用close函数关闭一个视频设备

close(cameraFd)

最后

以上就是孝顺皮卡丘为你收集整理的video4linux2笔记的全部内容，希望文章能够帮你解决video4linux2笔记所遇到的程序开发问题。

如果觉得靠谱客网站的内容还不错，欢迎将靠谱客网站推荐给程序员好友。