V4L2基础编程基于Linux系统

1、基本操作流程

打开设备－> 检查和设置设备属性－> 设置帧格式－> 设置一种输入输出方法（缓冲 区管理）－> 循环获取数据－> 关闭设备。

2、打开设备文件

#include <fcntl.h>
int open(const char *device_name, int flags);

例：

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);

注意：V4L2 的相关定义包含在头文件<linux/videodev2.h> 中

3.1、检查当前视频支持的标准

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:
		//……
	}

3.2、查看设备属性

相关函数：

int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_capability *argp);

例：显示设备信息

	struct v4l2_capability cap;
	ioctl(fd,VIDIOC_QUERYCAP,&cap);
	printf(“Driver Name:%s\nCard Name:%s\nBus info:%s\nDriver Version:%u.%u.%u\n”,cap.driver,cap.card,cap.bus        _info,(cap.version>>16)&0XFF, (cap.version>>8)&0XFF,cap.version&0XFF

3.3、查询并显示所有支持的格式：VIDIOC_ENUM_FMT

	struct v4l2_fmtdesc fmtdesc; 
	fmtdesc.index=0; 
	fmtdesc.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; 
	printf("Support format:\n");	
	while(ioctl(fd, VIDIOC_ENUM_FMT, &fmtdesc) != -1)
	{
		printf("\t%d.%s\n",fmtdesc.index+1,fmtdesc.description);
		fmtdesc.index++;
	}

3.4、图像的缩放 VIDIOC_CROPCAP

相关函数：

int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_cropcap *argp);
int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_crop *argp);
int ioctl(int fd, int request, const struct v4l2_crop *argp);

Cropping 和 scaling 主要指的是图像的取景范围及图片的比例缩放的支持。Crop 就 是把得到的数据作一定的裁剪和伸缩，裁剪可以只取样我们可以得到的图像大小的一部分， 剪裁的主要参数是位置、长度、宽度。而 scale 的设置是通过 VIDIOC_G_FMT 和 VIDIOC_S_FMT 来获得和设置当前的 image 的长度，宽度来实现的。看下图

我们可以假设 bounds 是 sensor 最大能捕捉到的图像范围，而 defrect 是设备默认 的最大取样范围，这个可以通过 VIDIOC_CROPCAP 的 ioctl 来获得设备的 crap 相关的属 性 v4l2_cropcap，其中的 bounds 就是这个 bounds，其实就是上限。每个设备都有个默 认的取样范围，就是 defrect，就是 default rect 的意思，它比 bounds 要小一些。这 个范围也是通过 VIDIOC_CROPCAP 的 ioctl 来获得的 v4l2_cropcap 结构中的 defrect 来表示的，我们可以通过 VIDIOC_G_CROP 和 VIDIOC_S_CROP 来获取和设置设备当前的 crop 设置。

设置设备捕捉能力的参数

int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_cropcap *argp);

设置窗口取景参数 VIDIOC_G_CROP 和 VIDIOC_S_CROP

int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_crop *argp);
int ioctl(int fd, int request, const struct v4l2_crop *argp);

3.5、video Inputs and Outputs

     VIDIOC_G_INPUT 和 VIDIOC_S_INPUT 用来查询和选则当前的 input，一个 video 设备 节点可能对应多个视频源，比如 saf7113 可以最多支持四路 cvbs 输入，如果上层想在四 个cvbs视频输入间切换，那么就要调用 ioctl(fd, VIDIOC_S_INPUT, &input) 来切换。VIDIOC_G_INPUT and VIDIOC_G_OUTPUT 返回当前的 video input和output的index.

int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_input *argp);

我们可以通过VIDIOC_ENUMINPUT and VIDIOC_ENUMOUTPUT 分别列举一个input或者 output的信息，我们使用一个v4l2_input结构体来存放查询结果，这个结构体中有一个 index域用来指定你索要查询的是第几个input/ouput,如果你所查询的这个input是当前正 在使用的，那么在v4l2_input还会包含一些当前的状态信息，如果所 查询的input/output 不存在，那么回返回EINVAL错误，所以，我们通过循环查找，直到返回错误来遍历所有的 input/output. VIDIOC_G_INPUT and VIDIOC_G_OUTPUT 返回当前的video input和output 的index.

例： 列举当前输入视频所支持的视频格式

	struct v4l2_input input;
	struct v4l2_standard standard;
	memset (&input, 0, sizeof (input));
	//首先获得当前输入的 index,注意只是 index，要获得具体的信息，就的调用列举操作
	
	if (-1 == ioctl (fd, VIDIOC_G_INPUT, &input.index)) {
		perror (”VIDIOC_G_INPUT”);
		exit (EXIT_FAILURE);
	}

	//调用列举操作，获得 input.index 对应的输入的具体信息
	if (-1 == ioctl (fd, VIDIOC_ENUMINPUT, &input)) {
		perror (”VIDIOC_ENUM_INPUT”);
		exit (EXIT_FAILURE);
	}

3.6、Video standards

	v4l2_std_id std_id; //这个就是个64bit得数
	int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_standard *argp);

当然世界上现在有多个视频标准，如NTSC和PAL，他们又细分为好多种，那么我们的设 备输入/输出究竟支持什么样的标准呢？我们的当前在使用的输入和输出正在使用的是哪 个标准呢？我们怎么设置我们的某个输入输出使用的标准呢？这都是有方法的。

查询我们的输入支持什么标准，首先就得找到当前的这个输入的index，然后查出它的 属性，在其属性里面可以得到该输入所支持的标准，将它所支持的各个标准与所有的标准 的信息进行比较，就可以获知所支持的各个标准的属性。一个输入所支持的标准应该是一 个集合，而这个集合是用bit与的方式用一个64位数字表示。因此我们所查到的是一个数字。

Example： Information about the current video standard v4l2_std_id std_id; //这个就是个64bit得数

	struct v4l2_standard standard;
	// VIDIOC_G_STD就是获得当前输入使用的standard，不过这里只是得到了该标准的id
	// 即flag，还没有得到其具体的属性信息，具体的属性信息要通过列举操作来得到。
	if (-1 == ioctl (fd, VIDIOC_G_STD, &std_id)) { //获得了当前输入使用的standard
		perror (”VIDIOC_G_STD”);
		exit (EXIT_FAILURE);
	}
	memset (&standard, 0, sizeof (standard));
	standard.index = 0; //从第一个开始列举

	// VIDIOC_ENUMSTD用来列举所支持的所有的video标准的信息，不过要先给standard
	// 结构的index域制定一个数值，所列举的标 准的信息属性包含在standard里面，
	// 如果我们所列举的标准和std_id有共同的bit，那么就意味着这个标准就是当前输
	// 入所使用的标准，这样我们就得到了当前输入使用的标准的属性信息

	while (0 == ioctl (fd, VIDIOC_ENUMSTD, &standard)) {
		if (standard.id & std_id) {
			printf (”Current video standard: %s\n”, standard.name);
			exit (EXIT_SUCCESS);
		}

		standard.index++;
	}
	/* EINVAL indicates the end of the enumeration, which cannot be empty unless this device falls under the USB exception. */
	if (errno == EINVAL || standard.index == 0) {
		perror (”VIDIOC_ENUMSTD”);
		exit (EXIT_FAILURE);
	}

4、设置视频捕获格式与获取视频捕获格式

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 = 320;
	fmt.fmt.pix.height = 240;
	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;
	}

获取视频捕获格式

ioctl(fd, VIDIOC_G_FMT, &fmt);

5、向驱动申请帧缓冲，一般不超过5个

ioctl(fd,VIDIOC_REQBUFS,&req) 

例：
	struct v4l2_requestbuffers   req;
	memset(&req, 0, sizeof (req));
	req.count = 4;
	req.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
	req.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
	if (ioctl(fd,VIDIOC_REQBUFS,&req) == -1)
	{
		perror("VIDIOC_REQBUFS error \n");
		return -1;
	}

6、内存映射MMAP 及定义一个结构体来映射每个缓冲帧。 相关结构体：

相关函数：

#include <sys/mman.h>
void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset)

addr ：映射起始地址，一般为NULL ，让内核自动选择

length： 被映射内存块的长度

prot ：标志映射后能否被读写，其值为PROT_EXEC,PROT_READ,PROT_WRITE, PROT_NONE

flags： 确定此内存映射能否被其他进程共享，MAP_SHARED,MAP_PRIVATE

fd：有效的文件描述词

offset： 确定被映射的内存地址 返回成功映射后的地址，不成功返回MAP_FAILED ((void*)-1)

	int munmap(void *addr, size_t length);// 断开映射
	addr： 为映射后的地址，
	length ：为映射后的内存长度
	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;
		}
	}

7、开始视频的采集。

enum v4l2_buf_type type;
type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
if (ioctl (fd, VIDIOC_STREAMON, &type) < 0)
{
	printf("VIDIOC_STREAMON error\n");
	return -1;
}

8、处理采集数据

truct 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;
}

9、关闭设备

close(cameraFd)

10、解挂

还需要使用munmap方法。