V4L2是V4L的升级版本,为linux下视频设备程序提供了一套接口规范。包括一套数据结构和底层V4L2驱动接口。
1、常用的结构体在内核目录include/linux/videodev2.h中定义
struct v4l2_requestbuffers //申请帧缓冲,对应命令VIDIOC_REQBUFS
struct v4l2_capability //视频设备的功能,对应命令VIDIOC_QUERYCAP struct v4l2_input //视频输入信息,对应命令VIDIOC_ENUMINPUT struct v4l2_standard //视频的制式,比如PAL,NTSC,对应命令VIDIOC_ENUMSTD struct v4l2_format //帧的格式,对应命令VIDIOC_G_FMT、VIDIOC_S_FMT等 struct v4l2_buffer //驱动中的一帧图像缓存,对应命令VIDIOC_QUERYBUF struct v4l2_crop //视频信号矩形边框 v4l2_std_id //视频制式2、常用的IOCTL接口命令也在include/linux/videodev2.h中定义
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 //设置视频信号的矩形边框 VIDIOC_G_CROP //读取视频信号的矩形边框 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。3、操作流程
V4L2提供了很多访问接口,你可以根据具体需要选择操作方法。需要注意的是,很少有驱动完全实现了所有的接口功能。所以在使用时需要参考驱动源码,或仔细阅读驱动提供者的使用说明。
下面列举出一种操作的流程,供参考。
(1)打开设备文件
int fd = open(Devicename,mode); Devicename:/dev/video0、/dev/video1 …… Mode:O_RDWR [| O_NONBLOCK]如果使用非阻塞模式调用视频设备,则当没有可用的视频数据时,不会阻塞,而立刻返回。
(2)取得设备的capability
struct v4l2_capability capability;
int ret = ioctl(fd, VIDIOC_QUERYCAP, &capability);看看设备具有什么功能,比如是否具有视频输入特性。
(3)选择视频输入
struct v4l2_input input;
……初始化input int ret = ioctl(fd, VIDIOC_QUERYCAP, &input);一个视频设备可以有多个视频输入。如果只有一路输入,这个功能可以没有。
(4)检测视频支持的制式
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: //…… }(5)设置视频捕获格式
struct v4l2_format fmt;
fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_OUTPUT; fmt.fmt.pix.pixelformat = V4L2_PIX_FMT_UYVY; fmt.fmt.pix.height = height; fmt.fmt.pix.width = width; fmt.fmt.pix.field = V4L2_FIELD_INTERLACED; ret = ioctl(fd, VIDIOC_S_FMT, &fmt); if(ret) { perror("VIDIOC_S_FMT\n"); close(fd); return -1; }(6)向驱动申请帧缓存
struct v4l2_requestbuffers req;
if (ioctl(fd, VIDIOC_REQBUFS, &req) == -1) { return -1; }v4l2_requestbuffers结构中定义了缓存的数量,驱动会据此申请对应数量的视频缓存。多个缓存可以用于建立FIFO,来提高视频采集的效率。
(7)获取每个缓存的信息,并mmap到用户空间
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++) {//映射所有的缓存
memset( &buf, 0, sizeof(buf) ); buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP; buf.index = numBufs; if (ioctl(fd, VIDIOC_QUERYBUF, &buf) == -1) {//获取到对应index的缓存信息,此处主要利用length信息及offset信息来完成后面的mmap操作。 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; }(8)开始采集视频
int buf_type= V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
int ret = ioctl(fd, VIDIOC_STREAMON, &buf_type);(9)取出FIFO缓存中已经采样的帧缓存
struct v4l2_buffer buf;
memset(&buf,0,sizeof(buf)); buf.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; buf.memory=V4L2_MEMORY_MMAP; buf.index=0;//此值由下面的ioctl返回 if (ioctl(fd, VIDIOC_DQBUF, &buf) == -1) { return -1; }根据返回的buf.index找到对应的mmap映射好的缓存,取出视频数据。
(10)将刚刚处理完的缓冲重新入队列尾,这样可以循环采集
if (ioctl(fd, VIDIOC_QBUF, &buf) == -1) {
return -1; }(11)停止视频的采集
int ret = ioctl(fd, VIDIOC_STREAMOFF, &buf_type);
(12)关闭视频设备
close(fd);
四、 V4L2驱动框架
上述流程的各个操作都需要有底层V4L2驱动的支持。内核中有一些非常完善的例子。
比如:linux-2.6.26内核目录/drivers/media/video//zc301/zc301_core.c 中的ZC301视频驱动代码。上面的V4L2操作流程涉及的功能在其中都有实现。
1、V4L2驱动注册、注销函数
Video核心层(drivers/media/video/videodev.c)提供了注册函数
int video_register_device(struct video_device *vfd, int type, int nr) video_device: 要构建的核心数据结构 Type: 表示设备类型,此设备号的基地址受此变量的影响 Nr: 如果end-base>nr>0 :次设备号=base(基准值,受type影响)+nr; 否则:系统自动分配合适的次设备号具体驱动只需要构建video_device结构,然后调用注册函数既可。
如:zc301_core.c中的
err = video_register_device(cam->v4l