V4L2超详细讲解.docx

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V4L2超详细讲解

本文内容主要来源于网络

1.定义

V4L2（VideoForLinuxTwo）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

intopen（constchar*device_name,intflags）;

#include

intclose（intfd）;

例：

intfd=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：

intioctl（intfd,intrequest,structv4l2_capability*argp）;

相关结构体：

structv4l2_capability

{

u8driver[16];//驱动名字

u8card[32];//设备名字

u8bus_info[32];//设备在系统中的位置

u32version;//驱动版本号

u32capabilities;//设备支持的操作

u32reserved[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

structv4l2_capabilitycap;

ioctl（fd,VIDIOC_QUERYCAP,&cap）;

printf（“DriverName:

%s\nCardName:

%s\nBusinfo:

%s\nDriverVersion:

%u.%u.%u\n”,cap.driver,cap.card,cap.bus_info,（cap.version>>16）&0XFF,（cap.version>>8）&0XFF,cap.version&0XFF）;

5.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。

相关函数：

intioctl（intfd,intrequest,structv4l2_fmtdesc*argp）;

intioctl（intfd,intrequest,structv4l2_format*argp）;

相关结构体：

v4l2_cropcap结构体用来设置摄像头的捕捉能力，在捕捉上视频时应先先设置

v4l2_cropcap的type域，再通过VIDIO_CROPCAP操作命令获取设备捕捉能力的参数，保存于v4l2_cropcap结构体中，包括bounds（最大捕捉方框的左上角坐标和宽高），defrect

（默认捕捉方框的左上角坐标和宽高）等。

样类型，如YUV4:

2:

2），然后通过VIDIO_S_FMT操作命令设置视频捕捉格式。

如下图所示：

5.1查询并显示所有支持的格式：

VIDIOC_ENUM_FMT

相关函数：

intioctl（intfd,intrequest,structv4l2_fmtdesc*argp）;

相关结构体：

structv4l2_fmtdesc

{

u32index;//要查询的格式序号，应用程序设置

enumv4l2_buf_typetype;//帧类型，应用程序设置

u32flags;//是否为压缩格式

u8description[32];//格式名称

u32pixelformat;//格式

u32reserved[4];//保留

};

例：

显示所有支持的格式

structv4l2_fmtdescfmtdesc;fmtdesc.index=0;fmtdesc.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;printf（"Supportformat:

\n"）;

while（ioctl（fd,VIDIOC_ENUM_FMT,&fmtdesc）!

=-1）

{

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

fmtdesc.index++;

}

5.2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

相关函数：

intioctl（intfd,intrequest,structv4l2_format*argp）;

相关结构体：

structv4l2_format

{

enumv4l2_buf_typetype;//帧类型，应用程序设置

unionfmt

{

structv4l2_pix_formatpix;//视频设备使用

structv4l2_windowwin;

structv4l2_vbi_formatvbi;

structv4l2_sliced_vbi_formatsliced;

u8raw_data[200];

};

};

structv4l2_pix_format

{

u32width;//帧宽，单位像素

u32height;//帧高，单位像素

u32pixelformat;//帧格式

enumv4l2_fieldfield;

u32bytesperline;

u32sizeimage;

enumv4l2_colorspacecolorspace;

u32priv;

};

例：

显示当前帧的相关信息

structv4l2_formatfmt;fmt.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;ioctl（fd,VIDIOC_G_FMT,&fmt）;

printf（“Currentdataformatinformation:

\n\twidth:

%d\n\theight:

%d\n”,

structv4l2_fmtdescfmtdesc;fmtdesc.index=0;fmtdesc.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;while（ioctl（fd,VIDIOC_ENUM_FMT,&fmtdesc）!

=-1）

{

if（fmtdesc.pixelformat

{

printf（“\tformat:

%s\n”,fmtdesc.description）;

break;

}

fmtdesc.index++;

}

例：

检查是否支持某种帧格式

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

printf（“notsupportformatRGB32!

\n”）;

6.图像的缩放VIDIOC_CROPCAP

相关函数：

intioctl（intfd,intrequest,structv4l2_cropcap*argp）;

intioctl（intfd,intrequest,structv4l2_crop*argp）;

intioctl（intfd,intrequest,conststructv4l2_crop*argp）;

相关结构体：

Cropping和scaling主要指的是图像的取景范围及图片的比例缩放的支持。

Crop就是把得到的数据作一定的裁剪和伸缩，裁剪可以只取样我们可以得到的图像大小的一部分，剪裁的主要参数是位置、长度、宽度。

而scale的设置是通过VIDIOC_G_FMT和VIDIOC_S_FMT来获得和设置当前的image的长度，宽度来实现的。

看下图

我们可以假设bounds是sensor最大能捕捉到的图像范围，而defrect是设备默认的最大取样范围，这个可以通过VIDIOC_CROPCAP的ioctl来获得设备的crap相关的属性v4l2_cropcap，其中的bounds就是这个bounds，其实就是上限。

每个设备都有个默认的取样范围，就是defrect，就是defaultrect的意思，它比bounds要小一些。

这个范围也是通过VIDIOC_CROPCAP的ioctl来获得的v4l2_cropcap结构中的defrect来表示的，我们可以通过VIDIOC_G_CROP和VIDIOC_S_CROP来获取和设置设备当前的crop设置。

6.1设置设备捕捉能力的参数

相关函数：

intioctl（intfd,intrequest,structv4l2_cropcap*argp）;

相关结构体：

structv4l2_cropcap

{

enumv4l2_buf_typetype;//数据流的类型，应用程序设置

structv4l2_rectbounds;//这是camera的镜头能捕捉到的窗口大小的局限

structv4l2_rectdefrect;//定义默认窗口大小，包括起点位置及长,宽的大小，大小以像素为单位

structv4l2_fractpixelaspect;//定义了图片的宽高比

};

6.2设置窗口取景参数VIDIOC_G_CROP和VIDIOC_S_CROP

相关函数：

intioctl（intfd,intrequest,structv4l2_crop*argp）;

intioctl（intfd,intrequest,conststructv4l2_crop*argp）;

相关结构体：

structv4l2_crop

{

enumv4l2_buf_typetype;//应用程序设置

structv4l2_rectc;

}

7.videoInputsandOutputs

VIDIOC_G_INPUT和VIDIOC_S_INPUT用来查询和选则当前的input，一个video设备节点可能对应多个视频源，比如saf7113可以最多支持四路cvbs输入，如果上层想在四个cvbs视频输入间切换，那么就要调用ioctl（fd,VIDIOC_S_INPUT,&input）来切换。

VIDIOC_G_INPUTandVIDIOC_G_OUTPUT返回当前的videoinput和output的index.

相关函数：

intioctl（intfd,intrequest,structv4l2_input*argp）;

相关结构体：

structv4l2_input{

__u32index;/*Whichinput*/

__u8name[32];/*Label*/

__u32type;/*Typeofinput*/

__u32audioset;/*Associatedaudios（bitfield）*/

__u32tuner;/*Associatedtuner*/

v4l2_std_idstd;

__u32status;

__u32reserved[4];

};

我们可以通过VIDIOC_ENUMINPUTandVIDIOC_ENUMOUTPUT分别列举一个input或者output的信息，我们使用一个v4l2_input结构体来存放查询结果，这个结构体中有一个index域用来指定你索要查询的是第几个input/ouput,如果你所查询的这个input是当前正在使用的，那么在v4l2_input还会包含一些当前的状态信息，如果所查询的input/output不存在，那么回返回EINVAL错误，所以，我们通过循环查找，直到返回错误来遍历所有的input/output.VIDIOC_G_INPUTandVIDIOC_G_OUTPUT返回当前的videoinput和output的index.

例：

列举当前输入视频所支持的视频格式

structv4l2_inputinput;

structv4l2_standardstandard;

memset（&input,0,sizeof（input））;

//首先获得当前输入的index,注意只是index，要获得具体的信息，就的调用列举操作

if（-1==ioctl（fd,VIDIOC_G_INPUT,&input.index））{

perror（”VIDIOC_G_INPUT”）;

exit（EXIT_FAILURE）;

}

//调用列举操作，获得input.index对应的输入的具体信息

if（-1==ioctl（fd,VIDIOC_ENUMINPUT,&input））{

perror（”VIDIOC_ENUM_INPUT”）;

exit（EXIT_FAILURE）;

}

printf（”Currentinput%ssupports:

\n”,input.name）;memset（&standard,0,sizeof（standard））;standard.index=0;

//列举所有的所支持的standard，如果standard.id与当前input的input.std有共同的

bitflag，意味着当前的输入支持这个standard,这样将所有驱动所支持的standard列举一个

遍，就可以找到该输入所支持的所有standard了。

while（0==ioctl（fd,VIDIOC_ENUMSTD,&standard））{

if（standard.id&input.std）

printf（”%s\n”,standard.name）;

standard.index++;

}

/*EINVALindicatestheendoftheenumeration,whichcannotbeemptyunlessthisdevicefallsundertheUSBexception.*/

if（errno!

=EINVAL||standard.index==0）{

perror（”VIDIOC_ENUMSTD”）;

exit（EXIT_FAILURE）;

}

8.Videostandards

相关函数：

v4l2_std_idstd_id;//这个就是个64bit得数

intioctl（intfd,intrequest,structv4l2_standard*argp）;

相关结构体：

typedefu64v4l2_std_id;

structv4l2_standard{

u32index;

v4l2_std_idid;

u8name[24];

structv4l2_fractframeperiod;/*Frames,notfields*/

u32framelines;

u32reserved[4];

};

当然世界上现在有多个视频标准，如NTSC和PAL，他们又细分为好多种，那么我们的设备输入/输出究竟支持什么样的标准呢？

我们的当前在使用的输入和输出正在使用的是哪个标准呢？

我们怎么设置我们的某个输入输出使用的标准呢？

这都是有方法的。

查询我们的输入支持什么标准，首先就得找到当前的这个输入的index，然后查出它的属性，在其属性里面可以得到该输入所支持的标准，将它所支持的各个标准与所有的标准的信息进行比较，就可以获知所支持的各个标准的属性。

一个输入所支持的标准应该是一个集合，而这个集合是用bit与的方式用一个64位数字表示。

因此我们所查到的是一个数字。

Example：

Informationaboutthecurrentvideostandardv4l2_std_idstd_id;//这个就是个64bit得数

structv4l2_standardstandard;

//VIDIOC_G_STD就是获得当前输入使用的standard，不过这里只是得到了该标准的id

//即flag，还没有得到其具体的属性信息，具体的属性信息要通过列举操作来得到。

if（-1==ioctl（fd,VIDIOC_G_STD,&std_id））{//获得了当前输入使用的standard

//NotewhenVIDIOC_ENUMSTDalwaysreturnsEINVALthisisnovideodevice

//oritfallsundertheUSBexception,andVIDIOC_G_STDreturningEINVAL

//isnoerror.

perror（”VIDIOC_G_STD”）;

exit（EXIT_FAILURE）;

}

memset（&standard,0,sizeof（standard））;

standard.index=0;//从第一个开始列举

//VIDIOC_ENUMSTD用来列举所支持的所有的video标准的信息，不过要先给standard

//结构的index域制定一个数值，所列举的标准的信息属性包含在standard里面，

//如果我们所列举的标准和std_id有共同的bit，那么就意味着这个标准就是当前输

//入所使用的标准，这样我们就得到了当前输入使用的标准的属性信息

while（0==ioctl（fd,VIDIOC_ENUMSTD,&standard））{

if（standard.id&std_id）{

printf（”Currentvideostandard:

%s\n”,standard.name）;

exit（EXIT_SUCCESS）;

}

standard.index++;

}

/*EINVALindicatestheendoftheenumeration,whichcannotbeemptyunlessthisdevicefallsundertheUSBexception.*/

if（errno==EINVAL||standard.index==0）{

perror（”VIDIOC_ENUMSTD”）;

exit（EXIT_FAILURE）;

}

9.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（memorymapping）

和用户指针。

这里只讨论内存映射（memorymapping）。

9.1向设备申请缓冲区VIDIOC_REQBUFS

相关函数：

intioctl（intfd,intrequest,structv4l2_requestbuffers*argp）;

相关结构体：

structv4l2_requestbuffers

{

u32count;//缓冲区内缓冲帧的数目

enumv4l2_buf_typetype;//缓冲帧数据格式

enumv4l2_memorymemory;//区别是内存映射还是用户指针方式

u32reserved[2];

};

注：

enumv4l2_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

structv4l2_requestbuffersreq;

req.count=4;req.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

req.memory=V4L2_MEMORY_MMAP;

ioctl（fd,VIDIOC_REQBUFS,&req）;

9.2获取缓冲帧的地址，长度：

VIDIOC_QUERYBUF

相关函数：

intioctl（intfd,intrequest,structv4l2_buffer*argp）;

相关结构体：

structv4l2_buffer

{

u32index;//buffer序号

enumv4l2_buf_typetype;//buffer类型

u32byteused;//buffer中已使用的字节数

u32flags;//区分是MMAP还是USERPTR

enumv4l2_fieldfield;

structtimevaltimestamp;//获取第一个字节时的系统时间

structv4l2_timecodetimecode;

u32sequence;//队列中的序号

enumv4l2_memorymemory;//IO方式，被应用程序设置

unionm

{

u32offset;//缓冲帧地址，只对MMAP有效

unsignedlonguserptr;

};

u32length;//缓冲帧长度

u32input;

u32reserved;

};

9.3内存映射MMAP及定义一个结构体来映射每个缓冲帧。

相关结构体：

structbuffer

{

void*start;

unsignedintlength;

}*buffers;

相关函数：

#include

void*mmap（void*addr,size_tlength,intprot,intflags,intfd,off_toffset）

//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）

相关函数：

intmunmap（void*addr,size_tlength）;//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）{

//映射

fprintf（stderr,"Outofmemory/n"）;

exit（EXIT_FAILURE）;

}

for（unsignedintn_buffers=0;n_buffers

{

structv4l2_bufferbuf;

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

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

exit（-1）;

}

10.缓冲区处理好之后，就可以开始获取数据了

10.1启动或停止数据流VIDIOC_STREAMON，VIDIOC_STREAMOFF

intioctl（intfd,intrequest,constint*argp）;

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

10.2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

intioctl（intfd,intrequest,structv4l2_buffer*argp）;

例：

把四个缓冲帧放入队列，并启动