V4L2

V4L2

V4L2是Video for linux2的簡稱,為linux中關於視頻設備的核心驅動。在Linux中，視頻設備是設備檔案，可以像訪問普通檔案一樣對其進行讀寫，攝像頭在/dev/video0下。

V4L2在設計時，是要支持很多廣泛的設備的，它們之中只有一部分在本質上是真正的視頻設備。

基本介紹

  • 中文名：linux視頻設備驅動
  • 外文名：video for linux 2
  • 縮寫：V4L2
  • 創建時間：1998年
  • 創建者：Bill Dirks
介紹,主要功能,編程,採集方式,操作流程,

介紹

V4L2有一段歷史了。大約在1998的秋天，它的光芒第一次出現在Bill Dirks 的眼中。經過長足的發展，它於2002年11 月，發布2.5.46 時，融入了核心主幹之中。然而直到今天，仍有一部分核心驅動不支持新的API，這種新舊API 的轉換工作仍在進行。同時，V4L2 API也在發展，並在2.6.18 版本中進行了一些重大的改變。支持V4L2的套用依舊相對較少。V4L2在設計時，是要支持很多廣泛的設備的，它們之中只有一部分在本質上是真正的視頻設備：
可以支持多種設備,它可以有以下幾種接口:
1. 視頻採集接口(video capture interface):這種套用的設備可以是高頻頭或者攝像頭.V4L2的最初設計就是套用於這種功能的.
2. 視頻輸出接口(video output interface):可以驅動計算機的外圍視頻圖像設備--像可以輸出電視信號格式的設備.
3. 直接傳輸視頻接口(video overlay interface):它的主要工作是把從視頻採集設備採集過來的信號直接輸出到輸出設備之上,而不用經過系統的CPU.
4. 視頻間隔消隱信號接口(VBI interface):它可以使套用可以訪問傳輸消隱期的視頻信號.
5. 收音機接口(radio interface):可用來處理從AM或FM高頻頭設備接收來的音頻流.

主要功能

使程式有發現設備和操作設備的能力.它主要是用一系列的回調函式來實現這些功能。像設定攝像頭的頻率、幀頻、視頻壓縮格式和圖像參數等等。當然也可以用於其他多媒體的開發，如音頻等。
但是此框架只能運行在Linux作業系統之上。

編程

v4L2是針對uvc免驅usb設備的編程框架，主要用於採集usb攝像頭等，編程模式如下：
編程編程

採集方式

打開視頻設備後，可以設定該視頻設備的屬性，例如裁剪、縮放等。這一步是可選的。在Linux編程中，一般使用ioctl函式來對設備的I/O通道進行管理：
extern int ioctl (int __fd, unsigned long int __request, …) __THROW;
__fd：設備的ID，例如剛才用open函式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：分配記憶體
VIDIOC_QUERYBUF：把VIDIOC_REQBUFS中分配的數據快取轉換成物理地址
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：設定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：設定視頻信號的框線
VIDIOC_G_CROP：讀取視頻信號的框線
VIDIOC_QBUF：把數據放回快取佇列
VIDIOC_DQBUF：把數據從快取中讀取出來
VIDIOC_STREAMON：開始視頻顯示函式
VIDIOC_STREAMOFF：結束視頻顯示函式
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。

操作流程

1. 打開設備檔案。
int fd=open(”/dev/video0″,O_RDWR);
2. 取得設備的capability，看看設備具有什麼功能，比如是否具有視頻輸入,或者音頻輸入輸出等。VIDIOC_QUERYCAP,struct v4l2_capability
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:
//……
}
3. 選擇視頻輸入，一個視頻設備可以有多個視頻輸入。VIDIOC_S_INPUT,struct v4l2_input(可不要)
4. 設定視頻的制式和幀格式，制式包括PAL，NTSC，幀的格式個包括寬度和高度等。
VIDIOC_S_STD,VIDIOC_S_FMT,struct v4l2_std_id,struct v4l2_format
struct v4l2_format fmt;
/*
v4l2_format 結構如下：
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YUV 4 ：2 ：2 還是RGB
enum v4l2_field field;
__u32 bytesperline;
__u32 sizeimage;
enum v4l2_colorspace colorspace;
__u32 priv;
};
*/
樣例：
memset ( &fmt, 0, sizeof(fmt) );
fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
fmt.fmt.pix.width = 320;
fmt.fmt.pix.height = 240;
fmt.fmt.pix.pixelformat = V4L2_PIX_FMT_JPEG;
if (ioctl(fd, VIDIOC_S_FMT, &fmt) < 0）
{
printf("set format failed\n");
//return 0;
}
5. 向驅動申請幀緩衝，一般不超過5個。struct v4l2_requestbuffers
struct v4l2_requestbuffers
{
__u32 count; // 快取數量，也就是說在快取佇列里保持多少張照片
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];
};
樣例：
struct v4l2_requestbuffers req;
memset(&req, 0, sizeof (req));
req.count = 4;
req.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
req.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
if (ioctl(fd,VIDIOC_REQBUFS,&req) == -1)
{
perror("VIDIOC_REQBUFS error \n");
//return -1;
}
6.申請物理記憶體
將申請到的幀緩衝映射到用戶空間，這樣就可以直接操作採集到的幀了，而不必去複製。將申請到的幀緩衝全部入佇列，以便存放採集到的數據.VIDIOC_QBUF,struct v4l2_buffer
VideoBuffer* buffers = calloc( req.count, sizeof(VideoBuffer) );
printf("sizeof(VideoBuffer) is %d\n",sizeof(VideoBuffer));
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;
if (ioctl(fd, VIDIOC_QUERYBUF, &buf) < 0)
{
printf("VIDIOC_QUERYBUF error\n");
//return -1;
}
printf("buf len is %d\n",sizeof(buf));
//記憶體映射
buffers[numBufs].length = buf.length;
buffers[numBufs].offset = (size_t) buf.m.offset;
buffers[numBufs].start = mmap (NULL, buf.length,PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, buf.m.offset);
printf("buffers.length = %d,buffers.offset = %d ,buffers.start[0] = %d\n",buffers[numBufs].length,buffers[numBufs].offset,buffers[numBufs].start[0]);
printf("buf2 len is %d\n",sizeof(buffers[numBufs].start));
if (buffers[numBufs].start == MAP_FAILED)
{
perror("buffers error\n");
//return -1;
}
if (ioctl (fd, VIDIOC_QBUF, &buf) < 0)
{
printf("VIDIOC_QBUF error\n");
//return -1;
}
}
7. 開始視頻的採集。
enum v4l2_buf_type type;
type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
if (ioctl (fd, VIDIOC_STREAMON, &type) < 0)
{
printf("VIDIOC_STREAMON error\n");
// return -1;
}
8. 出佇列以取得已採集數據的幀緩衝，取得原始採集數據。VIDIOC_DQBUF, 將緩衝重新入佇列尾,這樣可以循環採集。VIDIOC_QBUF
if (ioctl(fd, VIDIOC_DQBUF, &buf) < 0)
{
perror("VIDIOC_DQBUF failed.\n");
//return -1;
}
buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
unsigned char *ptcur = buffers[numBufs].start;
DEBUG("buf.bytesused = %d \n",buf.bytesused);
int i1;
for(i1=0; i1<buf.bytesused; i1++)
{
if((buffers[numBufs].start[i1] == 0x000000FF) && (buffers[numBufs].start[i1+1] == 0x000000C4))
{
DEBUG("huffman table finded! \nbuf.bytesused = %d\nFFC4 = %d \n",buf.bytesused,i1);
break;
}
}
if(i1 == buf.bytesused)printf("huffman table don't exist! \n");
int i;
for(i=0; i<buf.bytesused; i++)
{
if((buffers[numBufs].start[i] == 0x000000FF) && (buffers[numBufs].start[i+1] == 0x000000D8)) break;
ptcur++;
}
DEBUG("i=%d,FF=%02x,D8=%02x\n",i,buffers[numBufs].start[i],buffers[numBufs].start[i+1]);
int imagesize =buf.bytesused - i;
DEBUG("buf.bytesused = %d \n",buf.bytesused);
DEBUG ("imagesize = %d \n",imagesize);
9. 停止視頻的採集。VIDIOC_STREAMOFF
10. 關閉視頻設備。close(fd);

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