V4L2 Video Capture - 01

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本文介绍通过Linux V4L2接口进行视频采集的过程，包括打开视频设备、设定视频格式与属性、分配内存、处理采集数据等步骤。重点讲解了ioctl命令的具体应用及不同采集方式的特点。

http://my.oschina.net/tufu/blog/174134

1.打开视频设备
int cameraFd = open("/dev/video0", O_RDWR | O_NONBLOCK, 0);
2.设定视频设备属性及采集方式
int ioctl(int __fd, unsigned long int __request, .../*args*/);
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 获取当前驱动的视频捕获格式
VIDIOC_S_FMT 设置当前驱动的视频捕获格式
VIDIOC_G_FMT 读取当前驱动的视频捕获格式
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 PAL/NTSC

1) 检查当前视频设备支持的标准
     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:
       //
   }

2)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;
   }

   struct v4l2_format{
       enum v4l2_buf_type type; // 数据流类型 V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE
       union {
           struct v4l2_pix_format pix;
           struct v4l2_window win;
           struct v4l2_vbi_format vbi;
           __u8 raw_data[200];
       }
   };

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

   struct v4l2_requestbuffers{
       __u32 count;
       enum v4l2_buf_type type;
       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_QUERYBUF 获取缓存地址
   mmap 函数转换成应用程序中的绝对地址
   将缓存放入缓存队列
   typedef struct VideoBuffer{
       void *start;
       size_t length;
   } VideoBuffer;
   VideoBuffer *buffers = calloc(req.count, sizeof(VideoBuffer));
   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;
       }
   }

5)采集方式
    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。

6)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;
   }