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关于Linux的视频编程(v4l2编程)

jackyhwei 发布于 2010-01-26 10:07 点击:次 
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。
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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V4L2API

.什么是video4linux
Video4linux2(简称V4L2),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PALNTSC,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PALNTSC
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

V4L2中,视频设备被看做一个文件。使用open函数打开这个设备:

  1. // 用非阻塞模式打开摄像头设备  
  2. int cameraFd;  
  3. cameraFd = open(“/dev/video0″, O_RDWR | O_NONBLOCK, 0);  
  4. // 如果用阻塞模式打开摄像头设备,上述代码变为:  
  5. //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PALNTSC

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PAL720X576)制式的摄像头,而欧洲一般使用NTSC720X480),使用VIDIOC_QUERYSTD来检测:

  1. v4l2_std_id std;  
  2. do {  
  3. ret = ioctl(fd, VIDIOC_QUERYSTD, &std);  
  4. while (ret == -1 && errno == EAGAIN);  
  5. switch (std) {  
  6. case V4L2_STD_NTSC:  
  7. //……  
  8. case V4L2_STD_PAL:  
  9. //……  

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:

  1. struct v4l2_format    fmt;  
  2. memset ( &fmt, 0, sizeof(fmt) );  
  3. fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;  
  4. fmt.fmt.pix.width = 720;  
  5. fmt.fmt.pix.height = 576;  
  6. fmt.fmt.pix.pixelformat = V4L2_PIX_FMT_YUYV;  
  7. fmt.fmt.pix.field = V4L2_FIELD_INTERLACED;  
  8. if (ioctl(fd, VIDIOC_S_FMT, &fmt) == -1) {  
  9. return -1;  

v4l2_format结构体定义如下:

  1. struct v4l2_format  
  2. {  
  3. enum v4l2_buf_type type;//数据流类型,必须永远是V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE   
  4. union 
  5. {  
  6. struct v4l2_pix_format    pix;   
  7. struct v4l2_window        win;   
  8. struct v4l2_vbi_format    vbi;   
  9. __u8    raw_data[200];   
  10. } fmt;  
  11. };  
  12.  
  13. struct v4l2_pix_format  
  14. {  
  15. __u32                   width;   // 宽,必须是16的倍数  
  16. __u32                   height;  // 高,必须是16的倍数  
  17. __u32                   pixelformat;//视频数据存储类型,如YUV422,RGB  
  18. enum v4l2_field         field;  
  19. __u32                   bytesperline;   
  20. __u32                   sizeimage;  
  21. enum v4l2_colorspace    colorspace;  
  22. __u32                   priv;   
  23. }; 

分配内存

接下来可以为视频捕获分配内存:

  1. struct v4l2_requestbuffers  req;  
  2. if (ioctl(fd, VIDIOC_REQBUFS, &req) == -1) {  
  3. return -1;  

v4l2_requestbuffers定义如下:

  1. struct v4l2_requestbuffers  
  2. {  
  3. __u32 count;  //缓存数量,也就是说在缓存队列里保持多少张照片  
  4. enum v4l2_buf_type type;// 数据流类型,必须永远是V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE   
  5. enum v4l2_memory   memory; // V4L2_MEMORY_MMAP 或 V4L2_MEMORY_USERPTR  
  6. __u32              reserved[2];  
  7. }; 

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:

  1. typedef struct VideoBuffer {  
  2. void *start;  
  3. size_t  length;  
  4. } VideoBuffer;  
  5.  
  6.  
  7. VideoBuffer*          buffers = calloc( req.count, sizeof(*buffers) );  
  8. struct v4l2_buffer    buf;  
  9.  
  10. for (numBufs = 0; numBufs < req.count; numBufs++) {  
  11. memset( &buf, 0, sizeof(buf) );  
  12. buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;  
  13. buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;  
  14. buf.index = numBufs;  
  15. // 读取缓存  
  16.  
  17. if (ioctl(fd, VIDIOC_QUERYBUF, &buf) == -1) {  
  18. return -1;  
  19. }  
  20.  
  21. buffers[numBufs].length = buf.length;  
  22.  
  23. // 转换成相对地址  
  24. buffers[numBufs].start = mmap(NULL, buf.length,  
  25. PROT_READ | PROT_WRITE,  
  26. MAP_SHARED,  
  27. fd, buf.m.offset);  
  28.  
  29. if (buffers[numBufs].start == MAP_FAILED) {  
  30. return -1;  
  31. }  
  32.  
  33. // 放入缓存队列  
  34. if (ioctl(fd, VIDIOC_QBUF, &buf) == -1) {  
  35. return -1;  
  36. }  

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

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

  1. struct v4l2_buffer buf;  
  2. memset(&buf,0,sizeof(buf));  
  3. buf.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;  
  4. buf.memory=V4L2_MEMORY_MMAP;  
  5. buf.index=0;  
  6.  
  7. //读取缓存  
  8. if (ioctl(cameraFd, VIDIOC_DQBUF, &buf) == -1)  
  9. {  
  10. return -1;  
  11. }  
  12.  
  13. //…………视频处理算法  
  14. //重新放入缓存队列  
  15. if (ioctl(cameraFd, VIDIOC_QBUF, &buf) == -1) {  
  16. 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。

 

 

附录:标准的V4l2API

http://v4l.videotechnology.com/dwg/v4l2.pdf

(jacky)
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本文出处:未知 作者:jacky
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