摄像头应用编程（一）：使用v4l2-ctl、media-ctl采集摄像头数据

Cohen0415(全网同名)

已于 2025-03-05 15:47:05 修改

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分类专栏：嵌入式Linux应用 V4L2应用编程文章标签： v4l2-ctl media-ctl uvc mipi摄像头

于 2025-02-26 09:49:26 首次发布

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V4L2应用编程

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1、前言

本文将介绍如何使用v4l2-ctl、media-ctl工具采集UCV摄像头数据和MIPI摄像头数据。

2、v4l2-utils

v4l2-utils是一个用于 Linux 系统的工具包，包含一系列与 Video4Linux2 (V4L2) 框架相关的实用程序和库。它旨在帮助开发者、系统管理员和用户进行 V4L2 设备的管理、测试、配置和诊断。

2.1、主要组成部分

v4l2-ctl：

用于操作和管理 V4L2 设备节点（如 /dev/videoX）。
支持设置设备的格式（分辨率、像素格式等）、请求和管理缓冲区、控制视频流的启动和停止。

media-ctl：

专注于管理媒体设备的拓扑结构，操作实体（entity）、接口（pad）和链接（link）。
可以设置或查询设备之间的链接状态，定义数据流的路径。

开发库：

包括 libv4l2 等库，提供对 V4L2 设备的编程支持。

3、采集UCV摄像头数据

UVC（USB Video Class）摄像头是一种遵循USB视频类标准的摄像头设备，广泛应用于多种场景，具有即插即用、高兼容性和无需额外驱动程序的特点。

对于USB摄像头来说，可以直接使用v4l2-ctl工具来采集数据。

3.1、查看USB摄像头节点

v4l2-ctl --list-devices

/dev/video*：视频捕获设备节点
/dev/media1：media子系统设备节点

3.2、查看摄像头支持的图像格式和分辨率

v4l2-ctl -d /dev/video10 --list-formats-ext

支持MJPG和YUYV两种图像格式。

3.3、设置图像格式和分辨率

v4l2-ctl -d /dev/video0 --set-fmt-video=width=640,height=480,pixelformat=MJPG
v4l2-ctl -d /dev/video0 --set-parm=30

width, height：分辨率
pixelformat：图像格式

3.4、确认图像格式和分辨率

v4l2-ctl -d /dev/video10 --get-fmt-video

3.5、采集一帧图像

# 采集一帧图像
v4l2-ctl --verbose -d /dev/video10 --stream-mmap=4 --stream-skip=3 --stream-count=1 --stream-to=./01.jpg --stream-poll

# 采集一帧图像，同时指定图像格式和分辨率
v4l2-ctl --verbose -d /dev/video10 --set-fmt-video=width=640,height=480,pixelformat=MJPG --stream-mmap=4 --stream-skip=3 --stream-count=1 --stream-to=./01.jpg --stream-poll

4、采集MIPI摄像头数据

在Linux中，MIPI摄像头的通路相对复杂，因为MIPI摄像头涉及到传感器Sensor、硬件接口、ISP等多个模块。

对于内核中的MIPI摄像头驱动框架来说，引入了media子系统来管理各个entity。在应用层，可以使用media-ctl工具来操作和查询媒体控制器的拓扑结构，包括实体（entities）、接口（pads）和链接（links）。

下面以RK3566和MIPI OV8858摄像头举例。

4.1、查看MIPI摄像头的media节点

v4l2-ctl --list-devices

4.2、查看媒体控制器的拓扑结构

4.2.1、命令行查看拓扑结构

media-ctl -p -d /dev/media0

-p：打印媒体控制器的拓扑结构，包括实体、接口和链接。
-d /dev/media0：指定媒体控制器的设备节点为 /dev/media0。

Media controller API version 5.10.198

Media device information
------------------------
driver          rkisp-vir0
model           rkisp0
serial
bus info
hw revision     0x0
driver version  5.10.198

Device topology
- entity 1: rkisp-isp-subdev (4 pads, 8 links)
            type V4L2 subdev subtype Unknown flags 0
            device node name /dev/v4l-subdev0
        pad0: Sink
                [fmt:SBGGR10_1X10/3264x2448 field:none
                 crop.bounds:(0,0)/3264x2448
                 crop:(0,0)/3264x2448]
                <- "rkisp-csi-subdev":1 [ENABLED]
                <- "rkisp_rawrd0_m":0 []
                <- "rkisp_rawrd2_s":0 []
        pad1: Sink
                <- "rkisp-input-params":0 [ENABLED]
        pad2: Source
                [fmt:YUYV8_2X8/3264x2448 field:none colorspace:smpte170m quantization:full-range
                 crop.bounds:(0,0)/3264x2448
                 crop:(0,0)/3264x2448]
                -> "rkisp_mainpath":0 [ENABLED]
                -> "rkisp_selfpath":0 [ENABLED]
                -> "rkisp_iqtool":0 [ENABLED]
        pad3: Source
                -> "rkisp-statistics":0 [ENABLED]

- entity 6: rkisp-csi-subdev (6 pads, 5 links)
            type V4L2 subdev subtype Unknown flags 0
            device node name /dev/v4l-subdev1
        pad0: Sink
                [fmt:SBGGR10_1X10/3264x2448 field:none]
                <- "rockchip-csi2-dphy1":1 [ENABLED]
        pad1: Source
                [fmt:SBGGR10_1X10/3264x2448 field:none]
                -> "rkisp-isp-subdev":0 [ENABLED]
        pad2: Source
                -> "rkisp_rawwr0":0 [ENABLED]
        pad3: Source
        pad4: Source
                -> "rkisp_rawwr2":0 [ENABLED]
        pad5: Source
                -> "rkisp_rawwr3":0 [ENABLED]

- entity 13: rkisp_mainpath (1 pad, 1 link)
             type Node subtype V4L flags 0
             device node name /dev/video0
        pad0: Sink
                <- "rkisp-isp-subdev":2 [ENABLED]

- entity 19: rkisp_selfpath (1 pad, 1 link)
             type Node subtype V4L flags 0
             device node name /dev/video1
        pad0: Sink
                <- "rkisp-isp-subdev":2 [ENABLED]

- entity 25: rkisp_rawwr0 (1 pad, 1 link)
             type Node subtype V4L flags 0
             device node name /dev/video2
        pad0: Sink
                <- "rkisp-csi-subdev":2 [ENABLED]

- entity 31: rkisp_rawwr2 (1 pad, 1 link)
             type Node subtype V4L flags 0
             device node name /dev/video3
        pad0: Sink
                <- "rkisp-csi-subdev":4 [ENABLED]

- entity 37: rkisp_rawwr3 (1 pad, 1 link)
             type Node subtype V4L flags 0
             device node name /dev/video4
        pad0: Sink
                <- "rkisp-csi-subdev":5 [ENABLED]

- entity 43: rkisp_iqtool (1 pad, 1 link)
             type Node subtype V4L flags 0
             device node name /dev/video5
        pad0: Sink
                <- "rkisp-isp-subdev":2 [ENABLED]

- entity 49: rkisp_rawrd0_m (1 pad, 1 link)
             type Node subtype V4L flags 0
             device node name /dev/video6
        pad0: Source
                -> "rkisp-isp-subdev":0 []

- entity 55: rkisp_rawrd2_s (1 pad, 1 link)
             type Node subtype V4L flags 0
             device node name /dev/video7
        pad0: Source
                -> "rkisp-isp-subdev":0 []

- entity 61: rkisp-statistics (1 pad, 1 link)
             type Node subtype V4L flags 0
             device node name /dev/video8
        pad0: Sink
                <- "rkisp-isp-subdev":3 [ENABLED]

- entity 67: rkisp-input-params (1 pad, 1 link)
             type Node subtype V4L flags 0
             device node name /dev/video9
        pad0: Source
                -> "rkisp-isp-subdev":1 [ENABLED]

- entity 73: rockchip-csi2-dphy1 (2 pads, 2 links)
             type V4L2 subdev subtype Unknown flags 0
             device node name /dev/v4l-subdev2
        pad0: Sink
                [fmt:SBGGR10_1X10/3264x2448@10000/230000 field:none]
                <- "m00_b_ov8858 1-0036":0 [ENABLED]
        pad1: Source
                -> "rkisp-csi-subdev":0 [ENABLED]

- entity 76: m00_b_ov8858 1-0036 (1 pad, 1 link)
             type V4L2 subdev subtype Sensor flags 0
             device node name /dev/v4l-subdev3
        pad0: Source
                [fmt:SBGGR10_1X10/3264x2448@10000/230000 field:none]
                -> "rockchip-csi2-dphy1":0 [ENABLED]

以entity 76为例：

- entity 76: m00_b_ov8858 1-0036 (1 pad, 1 link)
             type V4L2 subdev subtype Sensor flags 0
             device node name /dev/v4l-subdev3
        pad0: Source
                [fmt:SBGGR10_1X10/3264x2448@10000/230000 field:none]
                -> "rockchip-csi2-dphy1":0 [ENABLED]

entity 76：代表一个实体，实体名为：m00_b_ov8858 1-0036。该实体有1个pad，1个link。
pad0: Source：pad代表端口，Source表明该端口为输出端口，如果是Sink则表明为输入端口。
-> "rockchip-csi2-dphy1":0：该端口连接至实体“rockchip-csi2-dphy1”的pad0。

4.2.2、生成拓扑图

将拓扑结构以Graphviz的.dot格式输出到文件media0.dot：

media-ctl -d /dev/media0 --print-dot > media0.dot

安装Graphviz工具：

sudo apt install graphviz

使用Graphviz将.dot文件转换为PNG图片：

dot -Tpng media0.dot -o media0.png

4.3、配置链路

4.3.1、使能或关闭Sensor连接

关闭摄像头连接：

media-ctl -l '"m00_b_ov8858 1-0036":0 -> "rockchip-csi2-dphy1":0 [0]'

-l：启用或禁用链接。
[0]：0关闭，1使能。

使能摄像头连接：

media-ctl -l '"m00_b_ov8858 1-0036":0 -> "rockchip-csi2-dphy1":0 [1]'

4.3.2、设置路由

命令格式如下，这里暂不需要所以不演示：

media-ctl -r '"<source_entity>":<source_pad> -> "<sink_entity>":<sink_pad> [enable]'

4.4、video节点确认

MIPI摄像头对应的video节点为：video0、video1。

知道video节点后，剩下的操作都和操作UVC摄像头一样。

4.5、查看摄像头支持的图像格式和分辨率

v4l2-ctl -d /dev/video0 --list-formats-ext

4.6、采集一帧图像

v4l2-ctl --verbose -d /dev/video0 --set-fmt-video=width=640,height=480,pixelformat=NV21 --stream-mmap=4 --stream-skip=3 --stream-count=1 --stream-to=./video0.yuv --stream-poll