Linux V4L2 摄像头视频采

opendocu

贡献于2014-06-20

字数:4995 关键词: 多媒体处理

Linux V4L2 摄像头视频采集 2011-01-05 17:34 一,什么是 video4linux Video4linux(简称V4L),是linux中关于视频设备的内核驱动,现在已有Video4linux2,还未加入linux内核,使用需自己下载补丁。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/videoN下,N可能为0,1,2,3... 一般0. 另,推荐一个用于播放从摄像头采集到的raw数据的播放器RawPlayer,只需要把采集的数据保存到文件***.yuv就OK了。 二,V4L2采集视频流程 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;     } } 四,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

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