图像获取-------V4L2驱动编程解析

(1)打开视屏设备
    在V4L2中，视频设备被看做一个文件。使用open()函数打开设备。

    1.用非阻塞模式打开摄像头设备，其形式入下：

int camerafd;
cameraFd = open("/dev/video0", O_RDWR | O_NONBLOCK, 0);

    2.使用阻塞模打开摄像头设备，其形式以下：

cameraFd = open("/dev/video0", O_RDWR, 0);

应用程序可以使用阻塞和非阻塞模式打开视频设备。若是使用非阻塞模式调用视频设备，即便还没有捕获到信息，驱动依旧会把缓存(DQBUFF)中的数据返回给应用程序。
(2)设备属性及采集方式
    打开视频设备后，能够设置该视频设备的属性，如进行裁剪、缩放等。这一步是可选的。在Linux编程中，ioctl是input/output control 的缩写。ioctl()函数的功能是经过打开的文件描述符对各类文件尤为是字符设备文件进行控制，完成特定的I/O操做。通常使用ioctl()函数来对设备的I/O通道进行管理，其格式以下：

int ioctl(int fd, unsigned long int request, .../*args*/);

在进行V4L2开发时，经常使用的命令标识符以下(部分是可选的)。

VIDIOC_REQBUFS：分配内存
VIDIOC_QUERYBUF：把VIDIOC_REQBUF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：设置当前视频捕捉格式
VIDIOC_G_FMT：获取当前视频的捕捉格式
VIDIOC_TRY_FMT：验证当前驱动的显示格式
VIDIOC_CROPCAP：查询驱动的修剪功能
VIDIOC_S_CROP：设置视频信号的边框
VIDIOC_G_CROP：读取视频信号的边框
VIDIOC_QBUF：把数据从缓存中取出来
VIDIOC_DQBUF：把数据放回缓存队列
VIDIOC_QUERYSTD：检查当前视频设备支持的标准
VIDIOC_STREAMON：开始视频显示函数
VIDIOC_STREAMOFF：结束视频显示函数
    1.检查当前视频设备支持的标准
    在亚洲，通常使用PAL(720 * 576)制式的摄像头，而欧洲通常使用NTSC(720*480)，使用VIDIOC_QUERYSTD来检测：

v4l2_std_id std;
do
{
    ret = ioctl(fd, VIDIO_QUERYSTD, &std);
}while(ret==-1 && errno==EAGAIN);
switch(std)
{
    case V4L2_STD_NTSC:
    .
    .
    .
    case V4L2_STD_PAL:
    ...
}

    2.设置视频捕获格式
    当检测完视频设备支持的标准后，还须要设定视频捕获的格式，结构以下：

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结构以下：

struct v4l2_format
{
    enum v4l2_buf_type type;    // 数据流类型，必须永远是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;            // 宽，必须是16的倍数
    __u32 height;           // 高，必须是16的倍数
    __u32 pixelformat;      // 视频数据存储类型，如YUV(4:2:2)求RGB
    enum v4l2_field field;
    __u32 bytesperline;
    __u32 sizeimage;
    enum v4l2_colorspace colorspace;
    __u32 priv;
};

    3.分配内存
    接下来能够为视频捕获分配内存

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

    v4l2_requestbuffers结构以下：

struct v4l2_requestbuffers
{
    __u32 count;                //缓存数量，也就是说在缓存队列中能保存多少张图片
    enum v4l2_buf_type type;    //数据流类型，必须永远是V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE
    enum v4l2_memory memory;    //V4L2_MEMORY_MMAP 或 V4L2_MEMORY_USERPTR
    __u32 reserved[2];
};

    4.获取并记录缓存的物理空间
    使用VIDIOC_REQBUFS可得到req.count个缓存。下一步经过调用VIDICO_QUERYBUF来获取这些缓存的地址(内核地址),而后使用mmap()函数将其转换成应用程序中的绝对地址(用户地址)，以下图因此，最后把这段缓存放入缓存队列：

                             
                                          经过VIDIOC_QUERYBUF将内核地址转换为用户地址
 

typedef struct VideoBuffer
{
    void *start;
    size_t length;
};

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;
    //读取缓存
    if (ioctl(fd, VIDIOC_QUERYBUF, &buf) == -1)
    {
        return -1;
    }

    buffers[numBufs].length = buf.length;
    //转换成相对地址
    buffers[numBufs].start = mmap(NULL, buf.length, PORT_READ|PORT_WRITE,
                                            MAP_SHARED, fd, buf.m.offset);
    if (buffers[numBufs].start == MAP_FAILED)
    {
        return -1;
    }
    //放入缓存队列
    if (ioctl(fd, VIDICO_QBUF,&buf) == -1)
    {
        return -1;
    }
}

    5.视频采集方式
    操做系统通常把系统使用的内存划分红用户空间和内核空间，分别由应用程序管理和操做系统共管理。应用程序能够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捕获的数据最初存放在内核空间，这意味着用户不能直接访问该段内存，必须经过某些手段来转换地址。
    共有三种视频采集方式：使用read/write方式、内存映射方式和用户指针模式。

• read/write方式：在用户空间和内核空间不断的复制数据，占用大量用户内存空间，效率不高。
• 内存映射方式：把设备中的内存映射到应用程序中的内存空间，直接处理设备内存，这是一种有效的方式。上面的mmap()函数使用的就是这种方式。
• 用户指针模式：内存片断由应用程序本身分配。这须要在v4l2_requestbuffers中将memory字段设置为V4L2_MEMORY_USERPTR。

    6.处理采集数据
    V4L2有一个数据缓存，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，缓存队列将最早采集到的视频数据缓存送出，并从新采集一段视频数据。这个过程要用到两个ioctl命令，VIDICO_DQBUF和VIDICO_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;

//读取缓存
if (ioctl(camerafd, VIDICO_DQBUF, &buf) == -1)
{
    return -1;
}
//视频处理算法
//从新放入缓存队列
if (ioctl(camerafd, VIDICO_QBUF, &buf) == -1)
{
    return -1;
}

(3)关闭视频设备
    使用close()函数关闭视频设备：

close(cameraFd);

大致流程：