V4L2 编程

V4L2 编程 1. 定义 V4L2(Video For Linux Two) 是内核提供给应用程序访问音、视频驱动的统一接口。 2. 工作流程： 打开设备－ 检查和设置设备属性－ 设置帧式－ 设置一种输入输出方法（缓冲区管理）－ 循环获取数据－ 关闭设备。 3. 设备的打开和关闭： #inc

V4L2 编程 


1. 定义 

V4L2(Video For Linux Two) 是内核提供给应用程序访问音、视频驱动的统一接口。


2. 工作流程： 

打开设备－> 检查和设置设备属性－> 设置帧格式－> 设置一种输入输出方法（缓冲区管理）－> 循环获取数据－> 关闭设备。

3. 设备的打开和关闭： 


#include  

int open(const char *device_name, int flags); 


#include  

int close(int fd); 

例： 

int fd=open(“/dev/video0”,O_RDWR);// 打开设备

close(fd);// 关闭设备

注意：V4L2 的相关定义包含在头文件 中. 


4. 查询设备属性： VIDIOC_QUERYCAP 

相关函数：

int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_capability *argp); 

相关结构体：

struct v4l2_capability 
{ 

__u8 driver[16]; // 驱动名字

__u8 card[32]; // 设备名字

__u8 bus_info[32]; // 设备在系统中的位置

__u32 version; // 驱动版本号

__u32 capabilities; // 设备支持的操作

__u32 reserved[4]; // 保留字段

}; 

capabilities 常用值: 

V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE // 是否支持图像获取

例：显示设备信息 

struct v4l2_capability cap; 

ioctl(fd,VIDIOC_QUERYCAP,&cap); 

printf(“Driver Name:%s/nCard Name:%s/nBus info:%s/nDriver Version:%u.%u.%u/n”,cap.driver,cap.card,cap.bus_info,(cap.version>>16)&0XFF, (cap.version>>8)&0XFF,cap.version&OXFF); 


5. 帧格式： 

VIDIOC_ENUM_FMT // 显示所有支持的格式

int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_fmtdesc *argp); 

struct v4l2_fmtdesc 
{ 

__u32 index; // 要查询的格式序号，应用程序设置

enum v4l2_buf_type type; // 帧类型，应用程序设置

__u32 flags; // 是否为压缩格式

__u8 description[32]; // 格式名称

__u32 pixelformat; // 格式

__u32 reserved[4]; // 保留

}; 

例：显示所有支持的格式 

struct v4l2_fmtdesc fmtdesc; 

fmtdesc.index=0; 

fmtdesc.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; 

printf("Support format:/n"); 

while(ioctl(fd,VIDIOC_ENUM_FMT,&fmtdesc)!=-1) 
{ 

printf("/t%d.%s/n",fmtdesc.index+1,fmtdesc.description); 

fmtdesc.index++; 

} 

// 查看或设置当前格式

VIDIOC_G_FMT, VIDIOC_S_FMT 

// 检查是否支持某种格式

VIDIOC_TRY_FMT 

int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_format *argp); 

struct v4l2_format 
{ 
enum v4l2_buf_type type;// 帧类型，应用程序设置

union fmt 
{ 

struct v4l2_pix_format pix;// 视频设备使用

struct v4l2_window win; 

struct v4l2_vbi_format vbi; 

struct v4l2_sliced_vbi_format sliced; 

__u8 raw_data[200]; 

}; 

}; 

struct v4l2_pix_format 
{ 

__u32 width; // 帧宽，单位像素

__u32 height; // 帧高，单位像素

__u32 pixelformat; // 帧格式

enum v4l2_field field; 

__u32 bytesperline; 

__u32 sizeimage; 

enum v4l2_colorspace colorspace; 

__u32 priv; 

}; 

例：显示当前帧的相关信息 

struct v4l2_format fmt; 

fmt.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; 

ioctl(fd,VIDIOC_G_FMT,&fmt); 

printf(“Current data format information:/n/twidth:%d/n/theight:%d/n”,fmt.fmt.width,fmt.fmt.height); 

struct v4l2_fmtdesc fmtdesc; 

fmtdesc.index=0; 

fmtdesc.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; 

while(ioctl(fd,VIDIOC_ENUM_FMT,&fmtdesc)!=-1) 
{ 

if(fmtdesc.pixelformat & fmt.fmt.pixelformat) 
{ 

printf(“/tformat:%s/n”,fmtdesc.description); 

break; 

} 
fmtdesc.index++; 

} 

例：检查是否支持某种帧格式 

struct v4l2_format fmt; 

fmt.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; 

fmt.fmt.pix.pixelformat=V4L2_PIX_FMT_RGB32; 

if(ioctl(fd,VIDIOC_TRY_FMT,&fmt)==-1) 

if(errno==EINVAL) 

printf(“not support format RGB32!/n”); 

6. 图像的缩放 

VIDIOC_CROPCAP 

int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_cropcap *argp); 

struct v4l2_cropcap 
{ 

enum v4l2_buf_type type;// 应用程序设置

struct v4l2_rect bounds;// 最大边界

struct v4l2_rect defrect;// 默认值

struct v4l2_fract pixelaspect; 

}; 

// 设置缩放

VIDIOC_G_CROP,VIDIOC_S_CROP 

int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_crop *argp); 

int ioctl(int fd, int request, const struct v4l2_crop *argp); 

struct v4l2_crop 
{ 

enum v4l2_buf_type type;// 应用程序设置

struct v4l2_rect c; 

} ;

7. 申请和管理缓冲区，应用程序和设备有三种交换数据的方法，直接 read/write ，内存映射 (memory mapping) ，用户指针。这里只讨论 memory mapping. 

// 向设备申请缓冲区

VIDIOC_REQBUFS 

int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_requestbuffers *argp); 

struct v4l2_requestbuffers 
{ 

__u32 count; // 缓冲区内缓冲帧的数目

enum v4l2_buf_type type; // 缓冲帧数据格式

enum v4l2_memory memory; // 区别是内存映射还是用户指针方式

__u32 reserved[2]; 

}; 

enum v4l2_memoy {V4L2_MEMORY_MMAP,V4L2_MEMORY_USERPTR}; 

//count,type,memory 都要应用程序设置

例：申请一个拥有四个缓冲帧的缓冲区 

struct v4l2_requestbuffers req; 

req.count=4; 

req.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; 

req.memory=V4L2_MEMORY_MMAP; 

ioctl(fd,VIDIOC_REQBUFS,&req); 


获取缓冲帧的地址，长度：

VIDIOC_QUERYBUF 

int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_buffer *argp); 

struct v4l2_buffer 

{ 

__u32 index; //buffer 序号 

enum v4l2_buf_type type; //buffer 类型

__u32 byteused; //buffer 中已使用的字节数

__u32 flags; // 区分是MMAP 还是USERPTR 

enum v4l2_field field; 

struct timeval timestamp;// 获取第一个字节时的系统时间

struct v4l2_timecode timecode; 

__u32 sequence; // 队列中的序号

enum v4l2_memory memory;//IO 方式，被应用程序设置

union m 
{ 
__u32 offset;// 缓冲帧地址，只对MMAP 有效

unsigned long userptr; 

}; 

__u32 length;// 缓冲帧长度

__u32 input; 

__u32 reserved; 

}; 

MMAP ，定义一个结构体来映射每个缓冲帧。

Struct buffer 
{ 

void* start; 

unsigned int length; 

}*buffers; 


#include  

void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset); 

//addr 映射起始地址，一般为NULL ，让内核自动选择

//length 被映射内存块的长度

//prot 标志映射后能否被读写，其值为PROT_EXEC,PROT_READ,PROT_WRITE, PROT_NONE 

//flags 确定此内存映射能否被其他进程共享，MAP_SHARED,MAP_PRIVATE 

//fd,offset, 确定被映射的内存地址

返回成功映射后的地址，不成功返回MAP_FAILED ((void*)-1); 

int munmap(void *addr, size_t length);// 断开映射

//addr 为映射后的地址，length 为映射后的内存长度
 
例：将四个已申请到的缓冲帧映射到应用程序，用buffers 指针记录。 

buffers = (buffer*)calloc (req.count, sizeof (*buffers)); 

if (!buffers) { 

fprintf (stderr, "Out of memory/n"); 

exit (EXIT_FAILURE); 

} 
// 映射

for (unsigned int n_buffers = 0; n_buffers
struct v4l2_buffer buf; 

memset(&buf,0,sizeof(buf)); 

buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; 

buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP; 

buf.index = n_buffers; 

// 查询序号为n_buffers 的缓冲区，得到其起始物理地址和大小

if (-1 == ioctl (fd, VIDIOC_QUERYBUF, &buf)) 

exit(-1); 

buffers[n_buffers].length = buf.length; 

// 映射内存

buffers[n_buffers].start =mmap (NULL,buf.length,PROT_READ | PROT_WRITE ,MAP_SHARED,fd, buf.m.offset); 

if (MAP_FAILED == buffers[n_buffers].start) 

exit(-1); 

} 

8. 缓冲区处理好之后，就可以开始获取数据了 

// 启动/ 停止数据流

VIDIOC_STREAMON,VIDIOC_STREAMOFF 

int ioctl(int fd, int request, const int *argp); 

//argp 为流类型指针，如V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE. 

在开始之前，还应当把缓冲帧放入缓冲队列：

VIDIOC_QBUF// 把帧放入队列

VIDIOC_DQBUF// 从队列中取出帧

int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_buffer *argp); 

例：把四个缓冲帧放入队列，并启动数据流 

unsigned int i; 

enum v4l2_buf_type type; 

// 将缓冲帧放入队列

for (i = 0; i { 

struct v4l2_buffer buf; 

buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; 

buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP; 

buf.index = i; 

ioctl (fd, VIDIOC_QBUF, &buf); 

} 

type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; 

ioctl (fd, VIDIOC_STREAMON, &type); 

// 这有个问题，这些buf 看起来和前面申请的buf 没什么关系，为什么呢? 


例：获取一帧并处理 

struct v4l2_buffer buf; 

CLEAR (buf); 

buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; 

buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP; 

// 从缓冲区取出一个缓冲帧

ioctl (fd, VIDIOC_DQBUF, &buf); 

// 图像处理

process_image (buffers[buf.index].start); 

// 将取出的缓冲帧放回缓冲区

ioctl (fd, VIDIOC_QBUF, &buf);