基于Linux视频驱动接口V4L2视频采集编程

Linux系统中，视频设备被当作一个设备文件来看待，设备文件存放在/dev目录下，完整路径的设备文件名为：/dev/video0.视频采集基本步骤流程如下：打开视频设备，设置视频设备属性及采集方式、视频数据处理，关闭视频设备，如下图所示：一、打开视频设备打开视频设备非常简单，在V4L2中，视频设备被看做一个文件。使用open函数打开这个设备：1.用非阻塞模式打开摄像头设备intcameraFd;cameraFd=open(/dev/video0,O_RDWR|O_NONBLOCK);2.如果用阻塞模式打开摄像头设备，上述代码变为：cameraFd=open(/dev/video0,O_RDWR);关于阻塞模式和非阻塞模式应用程序能够使用阻塞模式或非阻塞模式打开视频设备，如果使用非阻塞模式调用视频设备，即使尚未捕获到信息，驱动依旧会把缓存（DQBUFF）里的东西返回给应用程序。二、Linux视频设备驱动常用控制命令使用说明设置视频设备属性通过ioctl来进行设置，ioctl有三个参数，分别是fd,cmd,和parameter,表示设备描述符，控制命令和控制命令参数。Linux视频设备驱动接口V4L2支持的常用控制命令如下：1．控制命令VIDIOC_ENUM_FMT功能：获取当前视频设备支持的视频格式。参数说明：参数类型为V4L2的视频格式描述符类型structv4l2_fmtdesc返回值说明：执行成功时，函数返回值为0；structv4l2_fmtdesc结构体中的.pixelformat和.description成员返回当前视频设备所支持的视频格式；使用举例：-------------------------------------------------------------------------------------------------structv4l2_fmtdescfmt;memset(&fmt,0,sizeof(fmt));fmt.index=0;fmt.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;while((ret=ioctl(dev,VIDIOC_ENUM_FMT,&fmt))==0){fmt.index++;printf({pixelformat=''%c%c%c%c'',description=''%s''}\n,fmt.pixelformat&0xFF,(fmt.pixelformat8)&0xFF,(fmt.pixelformat16)&0xFF,(fmt.pixelformat24)&0xFF,fmt.description);}---------------------------------------------------------------------------------------------------------------2．控制命令VIDIOC_QUERYCAP功能：查询视频设备的功能；参数说明：参数类型为V4L2的能力描述类型structv4l2_capability；返回值说明：执行成功时，函数返回值为0；函数执行成功后，structv4l2_capability结构体变量中的返回当前视频设备所支持的功能；例如支持视频捕获功能V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE、V4L2_CAP_STREAMING等。使用举例：-----------------------------------------------------------------------------------------------------------structv4l2_capabilitycap;iret=ioctl(fd_usbcam,VIDIOC_QUERYCAP,&cap);if(iret0){printf(getvidieocapabilityerror,errorcode:%d\n,errno);return;}----------------------------------------------------------------------------------------------------------执行完VIDIOC_QUERYCAP命令后，cap变量中包含了该视频设备的能力信息，程序中通过检查cap中的设备能力信息来判断设备是否支持某项功能。3．控制命令VIDIOC_S_FMT功能：设置视频设备的视频数据格式，例如设置视频图像数据的长、宽，图像格式（JPEG、YUYV格式）；参数说明：参数类型为V4L2的视频数据格式类型structv4l2_format；返回值说明：执行成功时，函数返回值为0；使用举例：----------------------------------------------------------------------------------------------------------structv4l2_formattv4l2_format;tv4l2_format.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;tv4l2_format.fmt.pix.width=img_width;tv4l2_format.fmt.pix.height=img_height;tv4l2_format.fmt.pix.pixelformat=V4L2_PIX_FMT_YUV420;tv4l2_format.fmt.pix.field=V4L2_FIELD_INTERLACED;iret=ioctl(fd_usbcam,VIDIOC_S_FMT,&tv4l2_format);-----------------------------------------------------------------------------------------------------------注意：如果该视频设备驱动不支持你所设定的图像格式，视频驱动会重新修改structv4l2_format结构体变量的值为该视频设备所支持的图像格式，所以在程序设计中，设定完所有的视频格式后，要获取实际的视频格式，要重新读取structv4l2_format结构体变量。4．控制命令VIDIOC_REQBUFS功能：请求V4L2驱动分配视频缓冲区（申请V4L2视频驱动分配内存），V4L2是视频设备的驱动层，位于内核空间，所以通过VIDIOC_REQBUFS控制命令字申请的内存位于内核空间，应用程序不能直接访问，需要通过调用mmap内存映射函数把内核空间内存映射到用户空间后，应用程序通过访问用户空间地址来访问内核空间。参数说明：参数类型为V4L2的申请缓冲区数据结构体类型structv4l2_requestbuffers；返回值说明：执行成功时，函数返回值为0；V4L2驱动层分配好了视频缓冲区；使用举例：-----------------------------------------------------------------------------------------------------------structv4l2_requestbufferstV4L2_reqbuf;memset(&tV4L2_reqbuf,0,sizeof(structv4l2_requestbuffers));tV4L2_reqbuf.count=1;//申请缓冲区的个数tV4L2_reqbuf.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;tV4L2_reqbuf.memory=V4L2_MEMORY_MMAP;iret=ioctl(fd_usbcam,VIDIOC_REQBUFS,&tV4L2_reqbuf);--------------------------------------------------------------------------------------------------------------注意：VIDIOC_REQBUFS会修改tV4L2_reqbuf的count值，tV4L2_reqbuf的count值返回实际申请成功的视频缓冲区数目；5．控制命令VIDIOC_QUERYBUF功能：查询已经分配的V4L2的视频缓冲区的相关信息，包括视频缓冲区的使用状态、在内核空间的偏移地址、缓冲区长度等。在应用程序设计中通过调VIDIOC_QUERYBUF来获取内核空间的视频缓冲区信息，然后调用函数mmap把内核空间地址映射到用户空间，这样应用程序才能够访问位于内核空间的视频缓冲区。参数说明：参数类型为V4L2缓冲区数据结构类型structv4l2_buffer；返回值说明：执行成功时，函数返回值为0；structv4l2_buffer结构体变量中保存了指令的缓冲区的相关信息；一般情况下，应用程序中调用VIDIOC_QUERYBUF取得了内核缓冲区信息后，紧接着调用mmap函数把内核空间地址映射到用户空间，方便用户空间应用程序的访问。使用举例：----------------------------------------------------------------------------------------------------------------structv4l2_buffertV4L2buf;memset(&tV4L2buf,0,sizeof(structv4l2_buffer));tV4L2buf.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;tV4L2buf.memory=V4L2_MEMORY_MMAP;tV4L2buf.index=i;//要获取内核视频缓冲区的信息编号iret=ioctl(fd_usbcam,VIDIOC_QUERYBUF,&tV4L2buf);//把内核空间缓冲区映射到用户空间缓冲区AppBufLength=tV4L2buf.length;AppBufStartAddr=mmap(NULL/*startanywhere*/,tV4L2buf.length,PROT_READ|PROT_WRITE/*accessprivilege*/,MAP_SHARED/*recommended*/,fd_usbcam,tV4L2buf.m.offset);------------------------------------------------------------------------------------------------------------------上述代码在通过调用VIDIOC_QUERYBUF取得内核空间的缓冲区信息后，接着调用mmap函数把内核空间缓冲区映射到用户空间；关于mmap函数的用法，请读者查询相关资料；6．控制命令VIDIOC_QBUF功能：投放一个空的视频缓冲区到视频缓冲区输入队列中；参数说明：参数类型为V4L2缓冲区数据结构类型structv4l2_buffer；返回值说明：执行成功时，函数返回值为0；函数执行成功后，指令的视频缓冲区进入视频输入队列，在启动视频设备拍摄图像时，相应的视频数据被保存到视频输入队列相应的视频缓冲区中。使用举例：-------------------------------------------------------------------------------------------------------------structv4l2_buffertV4L2buf;memset(&tV4L2buf,0,sizeof(structv4l2_buffer));tV4L2buf.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;tV4L2buf.memory=V4L2_MEMORY_MMAP