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V4L2是V4L的升級(jí)版本，linux下視頻設(shè)備程序提供了一套接口規(guī)范。
常用的結(jié)構(gòu)體在內(nèi)核目錄include/linux/videodev2.h中定義
struct v4l2_requestbuffers //申請(qǐng)幀緩沖，對(duì)應(yīng)命令VIDIOC_REQBUFS
struct v4l2_capability //視頻設(shè)備的功能，對(duì)應(yīng)命令VIDIOC_QUERYCAP
struct v4l2_input //視頻輸入信息，對(duì)應(yīng)命令VIDIOC_ENUMINPUT
struct v4l2_standard //視頻的制式，比如PAL，NTSC，對(duì)應(yīng)命令VIDIOC_ENUMSTD
struct v4l2_format //幀的格式，對(duì)應(yīng)命令VIDIOC_G_FMT、VIDIOC_S_FMT等
struct v4l2_buffer //驅(qū)動(dòng)中的一幀圖像緩存，對(duì)應(yīng)命令VIDIOC_QUERYBUF
struct v4l2_crop //視頻信號(hào)矩形邊框
v4l2_std_id //視頻制式
V4L2采用流水線的方式，操作更簡(jiǎn)單直觀，基本遵循打開(kāi)視頻設(shè)備、設(shè)置格式、處理數(shù)據(jù)、關(guān)閉設(shè)備，更多的具體操作通過(guò)ioctl函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
1.打開(kāi)視頻設(shè)備
在V4L2中，視頻設(shè)備被看做一個(gè)文件。使用open函數(shù)打開(kāi)這個(gè)設(shè)備：
// 用非阻塞模式打開(kāi)攝像頭設(shè)備
int cameraFd;
cameraFd = open（“/dev/video0”， O_RDWR | O_NONBLOCK， 0）;
// 如果用阻塞模式打開(kāi)攝像頭設(shè)備，上述代碼變?yōu)椋?/p>
//cameraFd = open（“/dev/video0”， O_RDWR， 0）;
應(yīng)用程序能夠使用阻塞模式或非阻塞模式打開(kāi)視頻設(shè)備，如果使用非阻塞模式調(diào)用視頻設(shè)備，即使尚未捕獲到信息，驅(qū)動(dòng)依舊會(huì)把緩存（DQBUFF）里的東西返回給應(yīng)用程序。
2. 設(shè)定屬性及采集方式
打開(kāi)視頻設(shè)備后，可以設(shè)置該視頻設(shè)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函數(shù)來(lái)對(duì)設(shè)備的I/O通道進(jìn)行管理：
int ioctl （int __fd， unsigned long int __request， 。../*args*/） ;
在進(jìn)行V4L2開(kāi)發(fā)中，常用的命令標(biāo)志符如下（some are optional）：
? VIDIOC_REQBUFS：分配內(nèi)存
? VIDIOC_QUERYBUF：把VIDIOC_REQBUFS中分配的數(shù)據(jù)緩存轉(zhuǎn)換成物理地址
? VIDIOC_QUERYCAP：查詢驅(qū)動(dòng)功能
? VIDIOC_ENUM_FMT：獲取當(dāng)前驅(qū)動(dòng)支持的視頻格式
? VIDIOC_S_FMT：設(shè)置當(dāng)前驅(qū)動(dòng)的頻捕獲格式
? VIDIOC_G_FMT：讀取當(dāng)前驅(qū)動(dòng)的頻捕獲格式
? VIDIOC_TRY_FMT：驗(yàn)證當(dāng)前驅(qū)動(dòng)的顯示格式
? VIDIOC_CROPCAP：查詢驅(qū)動(dòng)的修剪能力
? VIDIOC_S_CROP：設(shè)置視頻信號(hào)的邊框
? VIDIOC_G_CROP：讀取視頻信號(hào)的邊框
? VIDIOC_QBUF：把數(shù)據(jù)從緩存中讀取出來(lái)
? VIDIOC_DQBUF：把數(shù)據(jù)放回緩存隊(duì)列
? VIDIOC_STREAMON：開(kāi)始視頻顯示函數(shù)
? VIDIOC_STREAMOFF：結(jié)束視頻顯示函數(shù)
? VIDIOC_QUERYSTD：檢查當(dāng)前視頻設(shè)備支持的標(biāo)準(zhǔn)，例如PAL或NTSC。
2.1檢查當(dāng)前視頻設(shè)備支持的標(biāo)準(zhǔn)
在亞洲，一般使用PAL（720X576）制式的攝像頭，而歐洲一般使用NTSC（720X480），使用VIDIOC_QUERYSTD來(lái)檢測(cè)：
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 設(shè)置視頻捕獲格式
當(dāng)檢測(cè)完視頻設(shè)備支持的標(biāo)準(zhǔn)后，還需要設(shè)定視頻捕獲格式，結(jié)構(gòu)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結(jié)構(gòu)如下：
struct v4l2_format {
enum v4l2_buf_type type; //數(shù)據(jù)流類型，必須永遠(yuǎn)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(shù)
__u32 height; // 高，必須是16的倍數(shù)
__u32 pixelformat; // 視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)類型，例如是YUV4：2：2還是RGB
enum v4l2_field field;
__u32 bytesperline;
__u32 sizeimage;
enum v4l2_colorspace colorspace;
__u32 priv;
};
2.3 分配內(nèi)存
接下來(lái)可以為視頻捕獲分配內(nèi)存：
struct v4l2_requestbuffers req;
req.count = BUFFER_COUNT;
req.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
req.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
if （ioctl（fd， VIDIOC_REQBUFS， &req） == -1） {
return -1;
}
v4l2_requestbuffers 結(jié)構(gòu)如下：
struct v4l2_requestbuffers {
u32 count;//緩存數(shù)量，也就是說(shuō)在緩存隊(duì)列里保持多少?gòu)堈掌?/p>
enum v4l2_buf_type type; //數(shù)據(jù)流類型，必須永遠(yuǎn)是V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE
enum v4l2_memory memory;//V4L2_MEMORY_MMAP或V4L2_MEMORY_USERPTR
u32 reserved［2］;
};
2.4 獲取并記錄緩存的物理空間
使用VIDIOC_REQBUFS，我們獲取了req.count個(gè)緩存，下一步通過(guò)調(diào)用VIDIOC_QUERYBUF命令來(lái)獲取這些緩存的地址，然后使用mmap函數(shù)轉(zhuǎn)換成應(yīng)用程序中的絕對(duì)地址，最后把這段緩存放入緩存隊(duì)列：
typedef struct VideoBuffer {
void *start;
size_t length;
} VideoBuffer;
v4l2_buffer 結(jié)構(gòu)如下：
struct v4l2_buffer {
__u32 index;
enum v4l2_buf_type type;
__u32 bytesused;
__u32 flags;
enum v4l2_field field;
struct timeval timestamp;
struct v4l2_timecode timecode;
__u32 sequence;
/* memory location */
enum v4l2_memory memory;
union {
__u32 offset;
unsigned long userptr;
} m;
__u32 length;
__u32 input;
__u32 reserved;
};
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;
// 讀取緩存
if （ioctl（fd， VIDIOC_QUERYBUF， &buf） == -1） {
return -1;
}
buffers［numBufs］.length = buf.length;
// 轉(zhuǎn)換成相對(duì)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;
}
// 放入緩存隊(duì)列
if （ioctl（fd， VIDIOC_QBUF， &buf） == -1） {
return -1;
}
}
2.5 視頻采集方式
操作系統(tǒng)一般把系統(tǒng)使用的內(nèi)存劃分成用戶空間和內(nèi)核空間，分別由應(yīng)用程序管理和操作系統(tǒng)管理。應(yīng)用程序可以直接訪問(wèn)內(nèi)存的地址，而內(nèi)核空間存放的是供內(nèi)核訪問(wèn)的代碼和數(shù)據(jù)，用戶不能直接訪問(wèn)。v4l2捕獲的數(shù)據(jù)，最初是存放在內(nèi)核空間的，這意味著用戶不能直接訪問(wèn)該段內(nèi)存，必須通過(guò)某些手段來(lái)轉(zhuǎn)換地址。
一共有三種視頻采集方式：使用read/write方式；內(nèi)存映射方式和用戶指針模式。
read、write方式，在用戶空間和內(nèi)核空間不斷拷貝數(shù)據(jù)，占用了大量用戶內(nèi)存空間，效率不高。
內(nèi)存映射方式：把設(shè)備里的內(nèi)存映射到應(yīng)用程序中的內(nèi)存控件，直接處理設(shè)備內(nèi)存，這是一種有效的方式。上面的mmap函數(shù)就是使用這種方式。
用戶指針模式：內(nèi)存片段由應(yīng)用程序自己分配。這點(diǎn)需要在v4l2_requestbuffers里將memory字段設(shè)置成V4L2_MEMORY_USERPTR。
2.6 處理采集數(shù)據(jù)
V4L2有一個(gè)數(shù)據(jù)緩存，存放req.count數(shù)量的緩存數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)緩存采用FIFO的方式，當(dāng)應(yīng)用程序調(diào)用緩存數(shù)據(jù)時(shí)，緩存隊(duì)列將最先采集到的視頻數(shù)據(jù)緩存送出，并重新采集一張視頻數(shù)據(jù)。這個(gè)過(guò)程需要用到兩個(gè)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;
//讀取緩存
if （ioctl（cameraFd， VIDIOC_DQBUF， &buf） == -1）
{
return -1;
}
//…………視頻處理算法
//重新放入緩存隊(duì)列
if （ioctl（cameraFd， VIDIOC_QBUF， &buf） == -1） {
return -1;
}
3. 關(guān)閉視頻設(shè)備
使用close函數(shù)關(guān)閉一個(gè)視頻設(shè)備
close（cameraFd）
如果使用mmap，最后還需要使用munmap方法。
下面是damo程序（經(jīng)過(guò)實(shí)際驗(yàn)證，修改了網(wǎng)上的例程的錯(cuò)誤）
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define CAMERA_DEVICE “/dev/video0”
#define CAPTURE_FILE “frame.jpg”
#define VIDEO_WIDTH 640
#define VIDEO_HEIGHT 480
#define VIDEO_FORMAT V4L2_PIX_FMT_YUYV
#define BUFFER_COUNT 4
typedef struct VideoBuffer {
void *start;
size_t length;
} VideoBuffer;
int main（）
{
int i， ret;
// 打開(kāi)設(shè)備
int fd;
fd = open（CAMERA_DEVICE， O_RDWR， 0）;
if （fd 《 0） {
printf（“Open %s failed\n”， CAMERA_DEVICE）;
return -1;
}
// 獲取驅(qū)動(dòng)信息
struct v4l2_capability cap;
ret = ioctl（fd， VIDIOC_QUERYCAP， &cap）;
if （ret 《 0） {
printf（“VIDIOC_QUERYCAP failed （%d）\n”， ret）;
return ret;
}
// Print capability infomations
printf（“Capability Informations：\n”）;
printf（“ driver： %s\n”， cap.driver）;
printf（“ card： %s\n”， cap.card）;
printf（“ bus_info： %s\n”， cap.bus_info）;
printf（“ version： %08X\n”， cap.version）;
printf（“ capabilities： %08X\n”， cap.capabilities）;
// 設(shè)置視頻格式
struct v4l2_format fmt;
memset（&fmt， 0， sizeof（fmt））;
fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
fmt.fmt.pix.width = VIDEO_WIDTH;
fmt.fmt.pix.height = VIDEO_HEIGHT;
fmt.fmt.pix.pixelformat = V4L2_PIX_FMT_YUYV;
fmt.fmt.pix.field = V4L2_FIELD_INTERLACED;
ret = ioctl（fd， VIDIOC_S_FMT， &fmt）;
if （ret 《 0） {
printf（“VIDIOC_S_FMT failed （%d）\n”， ret）;
return ret;
}
// 獲取視頻格式
ret = ioctl（fd， VIDIOC_G_FMT， &fmt）;
if （ret 《 0） {
printf（“VIDIOC_G_FMT failed （%d）\n”， ret）;
return ret;
}
// Print Stream Format
printf（“Stream Format Informations：\n”）;
printf（“ type： %d\n”， fmt.type）;
printf（“ width： %d\n”， fmt.fmt.pix.width）;
printf（“ height： %d\n”， fmt.fmt.pix.height）;
char fmtstr［8］;
memset（fmtstr， 0， 8）;
memcpy（fmtstr， &fmt.fmt.pix.pixelformat， 4）;
printf（“ pixelformat： %s\n”， fmtstr）;
printf（“ field： %d\n”， fmt.fmt.pix.field）;
printf（“ bytesperline： %d\n”， fmt.fmt.pix.bytesperline）;
printf（“ sizeimage： %d\n”， fmt.fmt.pix.sizeimage）;
printf（“ colorspace： %d\n”， fmt.fmt.pix.colorspace）;
printf（“ priv： %d\n”， fmt.fmt.pix.priv）;
printf（“ raw_date： %s\n”， fmt.fmt.raw_data）;
// 請(qǐng)求分配內(nèi)存
struct v4l2_requestbuffers reqbuf;
reqbuf.count = BUFFER_COUNT;
reqbuf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
reqbuf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
ret = ioctl（fd ， VIDIOC_REQBUFS， &reqbuf）;
if（ret 《 0） {
printf（“VIDIOC_REQBUFS failed （%d）\n”， ret）;
return ret;
}
// 獲取空間
VideoBuffer* buffers = calloc（ reqbuf.count， sizeof（*buffers） ）;
struct v4l2_buffer buf;
for （i = 0; i 《 reqbuf.count; i++）
{
buf.index = i;
buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
ret = ioctl（fd ， VIDIOC_QUERYBUF， &buf）;
if（ret 《 0） {
printf（“VIDIOC_QUERYBUF （%d） failed （%d）\n”， i， ret）;
return ret;
}
// mmap buffer
framebuf［i］.length = buf.length;
framebuf［i］.start = （char *） mmap（0， buf.length， PROT_READ|PROT_WRITE， MAP_SHARED， fd， buf.m.offset）;
if （framebuf［i］.start == MAP_FAILED） {
printf（“mmap （%d） failed： %s\n”， i， strerror（errno））;
return -1;
}
// Queen buffer
ret = ioctl（fd ， VIDIOC_QBUF， &buf）;
if （ret 《 0） {
printf（“VIDIOC_QBUF （%d） failed （%d）\n”， i， ret）;
return -1;
}
printf（“Frame buffer %d： address=0x%x， length=%d\n”， i， （unsigned int）framebuf［i］.start， framebuf［i］.length）;
}
// 開(kāi)始錄制
enum v4l2_buf_type type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
ret = ioctl（fd， VIDIOC_STREAMON， &type）;
if （ret 《 0） {
printf（“VIDIOC_STREAMON failed （%d）\n”， ret）;
return ret;
}
// Get frame
ret = ioctl（fd， VIDIOC_DQBUF， &buf）;
if （ret 《 0） {
printf（“VIDIOC_DQBUF failed （%d）\n”， ret）;
return ret;
}
// Process the frame
FILE *fp = fopen（CAPTURE_FILE， “wb”）;
if （fp 《 0） {
printf（“open frame data file failed\n”）;
return -1;
}
fwrite（framebuf［buf.index］.start， 1， buf.length， fp）;
fclose（fp）;
printf（“Capture one frame saved in %s\n”， CAPTURE_FILE）;
// Re-queen buffer
ret = ioctl（fd， VIDIOC_QBUF， &buf）;
if （ret 《 0） {
printf（“VIDIOC_QBUF failed （%d）\n”， ret）;
return ret;
}
// Release the resource
for （i=0; i《 4; i++）
{
munmap（framebuf［i］.start， framebuf［i］.length）;
}
close（fd）;
printf（“Camera test Done.\n”）;
return 0;
}
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附件：
void *mmap（void *start， size_t length， int prot， int flags， int fd， off_t offset）;
int munmap（void *start， size_t length）;
參數(shù)說(shuō)明：
——start：映射區(qū)的開(kāi)始地址。
——length：映射區(qū)的長(zhǎng)度。
——prot：期望的內(nèi)存保護(hù)標(biāo)志，不能與文件的打開(kāi)模式?jīng)_突。是以下的某個(gè)值，可以通過(guò)or運(yùn)算合理地組合在一起
—PROT_EXEC //頁(yè)內(nèi)容可以被執(zhí)行
—PROT_READ //頁(yè)內(nèi)容可以被讀取
—PROT_WRITE //頁(yè)可以被寫(xiě)入
—PROT_NONE //頁(yè)不可訪問(wèn)
——flags：指定映射對(duì)象的類型，映射選項(xiàng)和映射頁(yè)是否可以共享。它的值可以是一個(gè)或者多個(gè)以下位的組合體
—MAP_FIXED //使用指定的映射起始地址，如果由start和len參數(shù)指定的內(nèi)存區(qū)重疊于現(xiàn)存的映射空間，重疊部分將會(huì)被丟棄。如果指定的起始地址不可用，操作將會(huì)失敗。并且起始地址必須落在頁(yè)的邊界上。
—MAP_SHARED //與其它所有映射這個(gè)對(duì)象的進(jìn)程共享映射空間。對(duì)共享區(qū)的寫(xiě)入，相當(dāng)于輸出到文件。直到msync（）或者munmap（）被調(diào)用，文件實(shí)際上不會(huì)被更新。
—MAP_PRIVATE //建立一個(gè)寫(xiě)入時(shí)拷貝的私有映射。內(nèi)存區(qū)域的寫(xiě)入不會(huì)影響到原文件。這個(gè)標(biāo)志和以上標(biāo)志是互斥的，只能使用其中一個(gè)。
—MAP_DENYWRITE //這個(gè)標(biāo)志被忽略。
—MAP_EXECUTABLE //同上
—MAP_NORESERVE //不要為這個(gè)映射保留交換空間。當(dāng)交換空間被保留，對(duì)映射區(qū)修改的可能會(huì)得到保證。當(dāng)交換空間不被保留，同時(shí)內(nèi)存不足，對(duì)映射區(qū)的修改會(huì)引起段違例信號(hào)。
—MAP_LOCKED //鎖定映射區(qū)的頁(yè)面，從而防止頁(yè)面被交換出內(nèi)存。
—MAP_GROWSDOWN //用于堆棧，告訴內(nèi)核VM系統(tǒng)，映射區(qū)可以向下擴(kuò)展。
—MAP_ANONYMOUS //匿名映射，映射區(qū)不與任何文件關(guān)聯(lián)。
—MAP_ANON //MAP_ANONYMOUS的別稱，不再被使用。
—MAP_FILE //兼容標(biāo)志，被忽略。
—MAP_32BIT //將映射區(qū)放在進(jìn)程地址空間的低2GB，MAP_FIXED指定時(shí)會(huì)被忽略。當(dāng)前這個(gè)標(biāo)志只在x86-64平臺(tái)上得到支持。
—MAP_POPULATE //為文件映射通過(guò)預(yù)讀的方式準(zhǔn)備好頁(yè)表。隨后對(duì)映射區(qū)的訪問(wèn)不會(huì)被頁(yè)違例阻塞。
—MAP_NONBLOCK //僅和MAP_POPULATE一起使用時(shí)才有意義。不執(zhí)行預(yù)讀，只為已存在于內(nèi)存中的頁(yè)面建立頁(yè)表入口。
——fd：有效的文件描述詞。如果MAP_ANONYMOUS被設(shè)定，為了兼容問(wèn)題，其值應(yīng)為-1。
——offset：被映射對(duì)象內(nèi)容的起點(diǎn)。
返回值：
成功執(zhí)行時(shí)，mmap（）返回被映射區(qū)的指針，munmap（）返回0。
失敗時(shí)，mmap（）返回MAP_FAILED［其值為（void *）-1］，munmap返回-1。errno被設(shè)為以下的某個(gè)值。
工商網(wǎng)監(jiān)
評(píng)論