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关于Linux的视频编程  

2009-11-03 15:38:44|  分类: linux驱动 |  标签: |举报 |字号 订阅

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前言:目前正在忙于ARM平台的Linux应用程序的开发(其实是刚刚起步学习啦)。底层的东西不用考虑了,开发板子提供了NAND Bootloader,和Linux 2.6的源码,而且都编译好了。自己编译的bootloader可以用,但是Linux编译后,文件很大,暂且就用人家编译的系统,先专心写应用程序吧。。

正文:要做的任务是,把一块板子上的摄像头采集的图像和声卡采集的声音(貌似很啰嗦哈)通过TCP/IP协议传输到另一块板子上。第一步,先把视频获取并且在本地LCD上显示。看了板子提供的文档,视频传输需要用V4L2的API。

一.什么是video4linux

Video4linux2(简称V4L2),是linux中关于视频设备的内核驱动。在Linux中,视频设备是设备文件,可以像访问普通文件一样对其进行读写,摄像头在/dev/video0下。

二、一般操作流程(视频设备):

1. 打开设备文件。 int fd=open(”/dev/video0″,O_RDWR);

2. 取得设备的capability,看看设备具有什么功能,比如是否具有视频输入,或者音频输入输出等。VIDIOC_QUERYCAP,struct v4l2_capability

3. 选择视频输入,一个视频设备可以有多个视频输入。VIDIOC_S_INPUT,struct v4l2_input

4. 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。

VIDIOC_S_STD,VIDIOC_S_FMT,struct v4l2_std_id,struct v4l2_format

5. 向驱动申请帧缓冲,一般不超过5个。struct v4l2_requestbuffers

6. 将申请到的帧缓冲映射到用户空间,这样就可以直接操作采集到的帧了,而不必去复制。mmap

7. 将申请到的帧缓冲全部入队列,以便存放采集到的数据.VIDIOC_QBUF,struct v4l2_buffer

8. 开始视频的采集。VIDIOC_STREAMON

9. 出队列以取得已采集数据的帧缓冲,取得原始采集数据。VIDIOC_DQBUF

10. 将缓冲重新入队列尾,这样可以循环采集。VIDIOC_QBUF

11. 停止视频的采集。VIDIOC_STREAMOFF

12. 关闭视频设备。close(fd);

三、常用的结构体(参见/usr/include/linux/videodev2.h):

struct v4l2_requestbuffers reqbufs;//向驱动申请帧缓冲的请求,里面包含申请的个数

struct v4l2_capability cap;//这个设备的功能,比如是否是视频输入设备

struct v4l2_input input; //视频输入

struct v4l2_standard std;//视频的制式,比如PAL,NTSC

struct v4l2_format fmt;//帧的格式,比如宽度,高度等

struct v4l2_buffer buf;//代表驱动中的一帧

v4l2_std_id stdid;//视频制式,例如:V4L2_STD_PAL_B

struct v4l2_queryctrl query;//查询的控制

struct v4l2_control control;//具体控制的值

下面具体说明开发流程(网上找的啦,也在学习么)

打开视频设备

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:

// 用非阻塞模式打开摄像头设备

int cameraFd;

cameraFd = open(“/dev/video0″, O_RDWR | O_NONBLOCK, 0);

// 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, 0);

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。

设定属性及采集方式

打开视频设备后,可以设置该视频设备的属性,例如裁剪、缩放等。这一步是可选的。在Linux编程中,一般使用ioctl函数来对设备的I/O通道进行管理:

extern int ioctl (int __fd, unsigned long int __request, …) __THROW;

__fd:设备的ID,例如刚才用open函数打开视频通道后返回的cameraFd;

__request:具体的命令标志符。

在进行V4L2开发中,一般会用到以下的命令标志符:

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:设置视频信号的边框

VIDIOC_G_CROP:读取视频信号的边框

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。

这些IO调用,有些是必须的,有些是可选择的。

检查当前视频设备支持的标准

在亚洲,一般使用PAL(720X576)制式的摄像头,而欧洲一般使用NTSC(720X480),使用VIDIOC_QUERYSTD来检测:

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:

        //……

}

设置视频捕获格式

当检测完视频设备支持的标准后,还需要设定视频捕获格式:

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结构体定义如下:

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,例如是//YUV4:2:2还是RGB

    enum v4l2_field         field;

    __u32                   bytesperline;   

    __u32                   sizeimage;

    enum v4l2_colorspace    colorspace;

    __u32                   priv;      

};

分配内存

接下来可以为视频捕获分配内存:

struct v4l2_requestbuffers  req;

if (ioctl(fd, VIDIOC_REQBUFS, &req) == -1) {

  return -1;

}

v4l2_requestbuffers定义如下:

struct v4l2_requestbuffers

{

    __u32               count;  // 缓存数量,也就是说在缓存队列里保持多少张照片

    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];

};

获取并记录缓存的物理空间

使用VIDIOC_REQBUFS,我们获取了req.count个缓存,下一步通过调用VIDIOC_QUERYBUF命令来获取这些缓存的地址,然后使用mmap函数转换成应用程序中的绝对地址,最后把这段缓存放入缓存队列:

<!--[if !supportLineBreakNewLine]-->

<!--[endif]-->

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++) {

    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,

        PROT_READ | PROT_WRITE,

        MAP_SHARED,

        fd, buf.m.offset);

 

    if (buffers[numBufs].start == MAP_FAILED) {

        return -1;

    }

 

    // 放入缓存队列

    if (ioctl(fd, VIDIOC_QBUF, &buf) == -1) {

        return -1;

    }

}

关于视频采集方式

操作系统一般把系统使用的内存划分成用户空间和内核空间,分别由应用程序管理和操作系统管理。应用程序可以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,最初是存放在内核空间的,这意味着用户不能直接访问该段内存,必须通过某些手段来转换地 址。

一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拷贝数据,占用了大量用户内存空间,效率不高。

内存映射方式:把设备里的内存映射到应用程序中的内存控件,直接处理设备内存,这是一种有效的方式。上面的mmap函数就是使用这种方式。

用户指针模式:内存片段由应用程序自己分配。这点需要在v4l2_requestbuffers里将memory字段设置成V4L2_MEMORY_USERPTR。

处理采集数据

V4L2有一个数据缓存,存放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,缓存队列将最先采集到的 视频数据缓存送出,并重新采集一张视频数据。这个过程需要用到两个ioctl命令,VIDIOC_DQBUF和VIDIOC_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, VIDIOC_DQBUF, &buf) == -1)

{

    return -1;

}

//…………视频处理算法

//重新放入缓存队列

if (ioctl(cameraFd, VIDIOC_QBUF, &buf) == -1) {

     return -1;

}

关闭视频设备

使用close函数关闭一个视频设备

close(cameraFd)

还需要使用munmap方法。

 

[引用自http://www.isongzi.com/2009/02/23/%E5%85%B3%E4%BA%8Elinux%E7%9A%84%E8%A7%86%E9%A2%91%E7%BC%96%E7%A8%8B/]

 

本文来自CSDN博客,转载请标明出处:http://blog.csdn.net/Veini/archive/2009/03/03/3951254.aspx

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