原创 V4L2应用程序框架

2009-11-30 16:31 3124 6 6 分类: 软件与OS

V4L2V4L有较大的改动,并已成为2.6的标准接口,函盖video\dvb\FM...,多数驱动都在向V4l2迁移。更好地了解V4L2先从应用入手,然后再深入到内核中结合物理设备/接口的规范实现相应的驱动。本文先就V4L2在视频捕捉或camera方面的应用框架。<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />


V4L2采用流水线的方式,操作更简单直观,基本遵循打开视频设备、设置格式、处理数据、关闭设备,更多的具体操作通过ioctl函数来实现。


 


1.打开视频设备



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);



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。


 


2. 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:



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




在进行V4L2开发中,常用的命令标志符如下(some are optional)



    * VIDIOC_REQBUFS:分配内存


    * VIDIOC_QUERYBUF:把VIDIOC_REQBUFS中分配的数据缓存转换成物理地址


    * VIDIOC_QUERYCAP:查询驱动功能


    * VIDIOC_ENUM_FMT:获取当前驱动支持的视频格式


    * VIDIOC_S_FMT:设置当前驱动的频捕获格式


    * VIDIOC_G_FMT:读取当前驱动的频捕获格式


    * VIDIOC_TRY_FMT:验证当前驱动的显示格式


    * VIDIOC_CROPCAP:查询驱动的修剪能力


    * VIDIOC_S_CROP:设置视频信号的边框


    * VIDIOC_G_CROP:读取视频信号的边框


    * VIDIOC_QBUF:把数据从缓存中读取出来


    * VIDIOC_DQBUF:把数据放回缓存队列


    * VIDIOC_STREAMON:开始视频显示函数


    * VIDIOC_STREAMOFF:结束视频显示函数


    * VIDIOC_QUERYSTD:检查当前视频设备支持的标准,例如PALNTSC



2.1检查当前视频设备支持的标准



在亚洲,一般使用PAL720X576)制式的摄像头,而欧洲一般使用NTSC720X480),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:


        //……


}



2.2 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,结构如下:


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结构如下:


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YUV422还是RGB


    enum v4l2_field         field;


    __u32                   bytesperline;    


    __u32                   sizeimage;


    enum v4l2_colorspace    colorspace;


    __u32                   priv;       


};



2.3 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 结构如下:


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];


};



2.4 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;


    }


}



2.5 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readwrite方式;内存映射方式和用户指针模式。



readwrite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


2.6 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_DQBUFVIDIOC_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;


}


 



3. 关闭视频设备



使用close函数关闭一个视频设备



close(cameraFd)



如果使用mmap,最后还需要使用munmap方法。


 



本文来自CSDN博客,转载请标明出处:http://blog.csdn.net/tumblerman/archive/2009/04/18/4089786.aspx

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