v4l2视频编程资料1

http://www.isongzi.com/2009/02/23/v4l2/

前言：目前正在忙于ARM平台的Linux应用程序的开发（其实是刚刚起步学习啦）。底层的东西不用考虑了，开发板子提供了NAND Bootloader，和Linux 2.6的源码，而且都编译好了。自己编译的bootloader可以用，但是Linux编译后，文件很大，暂且就用人家编译的系统，先专心写应用程序
吧。。

正文：要做的任务是，把一块板子上的摄像头采集的图像和声卡采集的声音（貌似很啰嗦哈）通过TCP/IP协议传输到另一块板子上。第一步，先把视频获取并且在本地LCD上显示。看了板子提供的文档，视频传输需要用V4L2的API。

一.什么是video4linux

Video4linux2（简称V4L2),是linux中关于视频设备的内核驱动。在Linux中，视频设备是设备文件，可以像访问普通文件一样对其进行读写，摄像头在/dev/video0下。

二、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);

三、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

下面具体说明开发流程（网上找的啦，也在学习么）

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：

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
在亚洲，一般使用PAL（720X576）制式的摄像头，而欧洲一般使用NTSC（720X480），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)
还需要使用munmap方法。