linux uvc协议_linux使用UVC采集数据
V4L2是V4L的升級版本，linux下視頻設(shè)備程序提供了一套接口規(guī)范。
常用的結(jié)構(gòu)體在內(nèi)核目錄include/linux/videodev2.h中定義
struct v4l2_requestbuffers? //申請幀緩沖，對應(yīng)命令VIDIOC_REQBUFS
struct v4l2_capability????? //視頻設(shè)備的功能，對應(yīng)命令VIDIOC_QUERYCAP
struct v4l2_input?????????? //視頻輸入信息，對應(yīng)命令VIDIOC_ENUMINPUT
struct v4l2_standard??????? //視頻的制式，比如PAL，NTSC，對應(yīng)命令VIDIOC_ENUMSTD
struct v4l2_format????????? //幀的格式，對應(yīng)命令VIDIOC_G_FMT、VIDIOC_S_FMT等
struct v4l2_buffer????????? //驅(qū)動中的一幀圖像緩存，對應(yīng)命令VIDIOC_QUERYBUF
struct v4l2_crop??????????? //視頻信號矩形邊框
v4l2_std_id???????????????? //視頻制式
V4L2采用流水線的方式，操作更簡單直觀，基本遵循打開視頻設(shè)備、設(shè)置格式、處理數(shù)據(jù)、關(guān)閉設(shè)備，更多的具體操作通過ioctl函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。
1.打開視頻設(shè)備
在V4L2中，視頻設(shè)備被看做一個文件。使用open函數(shù)打開這個設(shè)備：
// 用非阻塞模式打開攝像頭設(shè)備
int cameraFd;
cameraFd = open("/dev/video0", O_RDWR | O_NONBLOCK, 0);
// 如果用阻塞模式打開攝像頭設(shè)備，上述代碼變?yōu)?#xff1a;
//cameraFd = open("/dev/video0", O_RDWR, 0);
應(yīng)用程序能夠使用阻塞模式或非阻塞模式打開視頻設(shè)備，如果使用非阻塞模式調(diào)用視頻設(shè)備，即使尚未捕獲到信息，驅(qū)動依舊會把緩存(DQBUFF)里的東西返回給應(yīng)用程序。
2. 設(shè)定屬性及采集方式
打開視頻設(shè)備后，可以設(shè)置該視頻設(shè)備的屬性，例如裁剪、縮放等。這一步是可選的。在Linux編程中，一般使用ioctl函數(shù)來對設(shè)備的I/O通道進(jìn)行管理：
int ioctl (int __fd, unsigned long int __request, .../*args*/) ;
在進(jìn)行V4L2開發(fā)中，常用的命令標(biāo)志符如下(some are optional)：
??? ?VIDIOC_REQBUFS：分配內(nèi)存
??? ?VIDIOC_QUERYBUF：把VIDIOC_REQBUFS中分配的數(shù)據(jù)緩存轉(zhuǎn)換成物理地址
??? ?VIDIOC_QUERYCAP：查詢驅(qū)動功能
??? ?VIDIOC_ENUM_FMT：獲取當(dāng)前驅(qū)動支持的視頻格式
??? ?VIDIOC_S_FMT：設(shè)置當(dāng)前驅(qū)動的頻捕獲格式
??? ?VIDIOC_G_FMT：讀取當(dāng)前驅(qū)動的頻捕獲格式
??? ?VIDIOC_TRY_FMT：驗(yàn)證當(dāng)前驅(qū)動的顯示格式
??? ?VIDIOC_CROPCAP：查詢驅(qū)動的修剪能力
??? ?VIDIOC_S_CROP：設(shè)置視頻信號的邊框
??? ?VIDIOC_G_CROP：讀取視頻信號的邊框
??? ?VIDIOC_QBUF：把數(shù)據(jù)從緩存中讀取出來
??? ?VIDIOC_DQBUF：把數(shù)據(jù)放回緩存隊列
??? ?VIDIOC_STREAMON：開始視頻顯示函數(shù)
??? ?VIDIOC_STREAMOFF：結(jié)束視頻顯示函數(shù)
??? ?VIDIOC_QUERYSTD：檢查當(dāng)前視頻設(shè)備支持的標(biāo)準(zhǔn)，例如PAL或NTSC。
2.1檢查當(dāng)前視頻設(shè)備支持的標(biāo)準(zhǔn)
在亞洲，一般使用PAL(720X576)制式的攝像頭，而歐洲一般使用NTSC(720X480)，使用VIDIOC_QUERYSTD來檢測：
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:
//……
}
2.2 設(shè)置視頻捕獲格式
當(dāng)檢測完視頻設(shè)備支持的標(biāo)準(zhǔn)后，還需要設(shè)定視頻捕獲格式，結(jié)構(gòu)如下：
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結(jié)構(gòu)如下：
struct v4l2_format {
enum v4l2_buf_type type; //數(shù)據(jù)流類型，必須永遠(yuǎn)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;????????? // 寬，必須是16的倍數(shù)
__u32?????????????????? height;???????? // 高，必須是16的倍數(shù)
__u32?????????????????? pixelformat;?? // 視頻數(shù)據(jù)存儲類型，例如是YUV4：2：2還是RGB
enum v4l2_field???????? field;
__u32?????????????????? bytesperline;
__u32?????????????????? sizeimage;
enum v4l2_colorspace??? colorspace;
__u32?????????????????? priv;
};
2.3 分配內(nèi)存
接下來可以為視頻捕獲分配內(nèi)存：
struct v4l2_requestbuffers? req;
req.count? = BUFFER_COUNT;
req.type?? = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
req.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
if (ioctl(fd, VIDIOC_REQBUFS, &req) == -1) {
return -1;
}
v4l2_requestbuffers 結(jié)構(gòu)如下：
struct v4l2_requestbuffers {
u32??????????????? count;//緩存數(shù)量,也就是說在緩存隊列里保持多少張照片
enum v4l2_buf_type type; //數(shù)據(jù)流類型,必須永遠(yuǎn)是V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE
enum v4l2_memory?? memory;//V4L2_MEMORY_MMAP或V4L2_MEMORY_USERPTR
u32??????????????? reserved[2];
};
2.4 獲取并記錄緩存的物理空間
使用VIDIOC_REQBUFS，我們獲取了req.count個緩存，下一步通過調(diào)用VIDIOC_QUERYBUF命令來獲取這些緩存的地址，然后使用mmap函數(shù)轉(zhuǎn)換成應(yīng)用程序中的絕對地址，最后把這段緩存放入緩存隊列：
typedef struct VideoBuffer {
void?? *start;
size_t? length;
} VideoBuffer;
v4l2_buffer???? 結(jié)構(gòu)如下：
struct v4l2_buffer {
__u32???????????????? index;
enum v4l2_buf_type??? type;
__u32???????????????? bytesused;
__u32???????????????? flags;
enum v4l2_field?????? field;
struct timeval??????? timestamp;
struct v4l2_timecode? timecode;
__u32???????????????? sequence;
/* memory location */
enum v4l2_memory????? memory;
union {
__u32??????????? offset;
unsigned long? userptr;
} m;
__u32?????????????????? length;
__u32?????????????????? input;
__u32?????????????????? reserved;
};
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;
// 讀取緩存
if (ioctl(fd, VIDIOC_QUERYBUF, &buf) == -1) {
return -1;
}
buffers[numBufs].length = buf.length;
// 轉(zhuǎn)換成相對地址
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;
}
// 放入緩存隊列
if (ioctl(fd, VIDIOC_QBUF, &buf) == -1) {
return -1;
}
}
2.5 視頻采集方式
操作系統(tǒng)一般把系統(tǒng)使用的內(nèi)存劃分成用戶空間和內(nèi)核空間，分別由應(yīng)用程序管理和操作系統(tǒng)管理。應(yīng)用程序可以直接訪問內(nèi)存的地址，而內(nèi)核空間存放的是供內(nèi)核訪問的代碼和數(shù)據(jù)，用戶不能直接訪問。v4l2捕獲的數(shù)據(jù)，最初是存放在內(nèi)核空間的，這意味著用戶不能直接訪問該段內(nèi)存，必須通過某些手段來轉(zhuǎn)換地址。
一共有三種視頻采集方式：使用read/write方式；內(nèi)存映射方式和用戶指針模式。
read、write方式，在用戶空間和內(nèi)核空間不斷拷貝數(shù)據(jù)，占用了大量用戶內(nèi)存空間，效率不高。
內(nèi)存映射方式：把設(shè)備里的內(nèi)存映射到應(yīng)用程序中的內(nèi)存控件，直接處理設(shè)備內(nèi)存，這是一種有效的方式。上面的mmap函數(shù)就是使用這種方式。
用戶指針模式：內(nèi)存片段由應(yīng)用程序自己分配。這點(diǎn)需要在v4l2_requestbuffers里將memory字段設(shè)置成V4L2_MEMORY_USERPTR。
2.6 處理采集數(shù)據(jù)
V4L2有一個數(shù)據(jù)緩存，存放req.count數(shù)量的緩存數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)緩存采用FIFO的方式，當(dāng)應(yīng)用程序調(diào)用緩存數(shù)據(jù)時，緩存隊列將最先采集到的視頻數(shù)據(jù)緩存送出，并重新采集一張視頻數(shù)據(jù)。這個過程需要用到兩個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;
//讀取緩存
if (ioctl(cameraFd, VIDIOC_DQBUF, &buf) == -1)
{
return -1;
}
//…………視頻處理算法
//重新放入緩存隊列
if (ioctl(cameraFd, VIDIOC_QBUF, &buf) == -1) {
return -1;
}
3. 關(guān)閉視頻設(shè)備
使用close函數(shù)關(guān)閉一個視頻設(shè)備
close(cameraFd)
如果使用mmap,最后還需要使用munmap方法。
下面是damo程序(經(jīng)過實(shí)際驗(yàn)證，修改了網(wǎng)上的例程的錯誤)
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define CAMERA_DEVICE "/dev/video0"
#define CAPTURE_FILE "frame.jpg"
#define VIDEO_WIDTH 640
#define VIDEO_HEIGHT 480
#define VIDEO_FORMAT V4L2_PIX_FMT_YUYV
#define BUFFER_COUNT 4
typedef struct VideoBuffer {
void?? *start;
size_t? length;
} VideoBuffer;
int main()
{
int i, ret;
// 打開設(shè)備
int fd;
fd = open(CAMERA_DEVICE, O_RDWR, 0);
if (fd < 0) {
printf("Open %s failed\n", CAMERA_DEVICE);
return -1;
}
// 獲取驅(qū)動信息
struct v4l2_capability cap;
ret = ioctl(fd, VIDIOC_QUERYCAP, &cap);
if (ret < 0) {
printf("VIDIOC_QUERYCAP failed (%d)\n", ret);
return ret;
}
// Print capability infomations
printf("Capability Informations:\n");
printf(" driver: %s\n", cap.driver);
printf(" card: %s\n", cap.card);
printf(" bus_info: %s\n", cap.bus_info);
printf(" version: %08X\n", cap.version);
printf(" capabilities: %08X\n", cap.capabilities);
// 設(shè)置視頻格式
struct v4l2_format fmt;
memset(&fmt, 0, sizeof(fmt));
fmt.type??????????????? = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
fmt.fmt.pix.width?????? = VIDEO_WIDTH;
fmt.fmt.pix.height????? = VIDEO_HEIGHT;
fmt.fmt.pix.pixelformat = V4L2_PIX_FMT_YUYV;
fmt.fmt.pix.field?????? = V4L2_FIELD_INTERLACED;
ret = ioctl(fd, VIDIOC_S_FMT, &fmt);
if (ret < 0) {
printf("VIDIOC_S_FMT failed (%d)\n", ret);
return ret;
}
// 獲取視頻格式
ret = ioctl(fd, VIDIOC_G_FMT, &fmt);
if (ret < 0) {
printf("VIDIOC_G_FMT failed (%d)\n", ret);
return ret;
}
// Print Stream Format
printf("Stream Format Informations:\n");
printf(" type: %d\n", fmt.type);
printf(" width: %d\n", fmt.fmt.pix.width);
printf(" height: %d\n", fmt.fmt.pix.height);
char fmtstr[8];
memset(fmtstr, 0, 8);
memcpy(fmtstr, &fmt.fmt.pix.pixelformat, 4);
printf(" pixelformat: %s\n", fmtstr);
printf(" field: %d\n", fmt.fmt.pix.field);
printf(" bytesperline: %d\n", fmt.fmt.pix.bytesperline);
printf(" sizeimage: %d\n", fmt.fmt.pix.sizeimage);
printf(" colorspace: %d\n", fmt.fmt.pix.colorspace);
printf(" priv: %d\n", fmt.fmt.pix.priv);
printf(" raw_date: %s\n", fmt.fmt.raw_data);
// 請求分配內(nèi)存
struct v4l2_requestbuffers reqbuf;
reqbuf.count = BUFFER_COUNT;
reqbuf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
reqbuf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
ret = ioctl(fd , VIDIOC_REQBUFS, &reqbuf);
if(ret < 0) {
printf("VIDIOC_REQBUFS failed (%d)\n", ret);
return ret;
}
// 獲取空間
VideoBuffer*? buffers = calloc( reqbuf.count, sizeof(*buffers) );
struct v4l2_buffer buf;
for (i = 0; i < reqbuf.count; i++)
{
buf.index = i;
buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
ret = ioctl(fd , VIDIOC_QUERYBUF, &buf);
if(ret < 0) {
printf("VIDIOC_QUERYBUF (%d) failed (%d)\n", i, ret);
return ret;
}
// mmap buffer
framebuf[i].length = buf.length;
framebuf[i].start = (char *) mmap(0, buf.length, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, buf.m.offset);
if (framebuf[i].start == MAP_FAILED) {
printf("mmap (%d) failed: %s\n", i, strerror(errno));
return -1;
}
// Queen buffer
ret = ioctl(fd , VIDIOC_QBUF, &buf);
if (ret < 0) {
printf("VIDIOC_QBUF (%d) failed (%d)\n", i, ret);
return -1;
}
printf("Frame buffer %d: address=0x%x, length=%d\n", i, (unsigned int)framebuf[i].start, framebuf[i].length);
}
// 開始錄制
enum v4l2_buf_type type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
ret = ioctl(fd, VIDIOC_STREAMON, &type);
if (ret < 0) {
printf("VIDIOC_STREAMON failed (%d)\n", ret);
return ret;
}
// Get frame
ret = ioctl(fd, VIDIOC_DQBUF, &buf);
if (ret < 0) {
printf("VIDIOC_DQBUF failed (%d)\n", ret);
return ret;
}
// Process the frame
FILE *fp = fopen(CAPTURE_FILE, "wb");
if (fp < 0) {
printf("open frame data file failed\n");
return -1;
}
fwrite(framebuf[buf.index].start, 1, buf.length, fp);
fclose(fp);
printf("Capture one frame saved in %s\n", CAPTURE_FILE);
// Re-queen buffer
ret = ioctl(fd, VIDIOC_QBUF, &buf);
if (ret < 0) {
printf("VIDIOC_QBUF failed (%d)\n", ret);
return ret;
}
// Release the resource
for (i=0; i< 4; i++)
{
munmap(framebuf[i].start, framebuf[i].length);
}
close(fd);
printf("Camera test Done.\n");
return 0;
}
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------
附件：
void *mmap(void *start, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
int munmap(void *start, size_t length);
參數(shù)說明：
——start：映射區(qū)的開始地址。
——length：映射區(qū)的長度。
——prot：期望的內(nèi)存保護(hù)標(biāo)志，不能與文件的打開模式?jīng)_突。是以下的某個值，可以通過or運(yùn)算合理地組合在一起
—PROT_EXEC //頁內(nèi)容可以被執(zhí)行
—PROT_READ //頁內(nèi)容可以被讀取
—PROT_WRITE //頁可以被寫入
—PROT_NONE //頁不可訪問
——flags：指定映射對象的類型，映射選項和映射頁是否可以共享。它的值可以是一個或者多個以下位的組合體
—MAP_FIXED //使用指定的映射起始地址，如果由start和len參數(shù)指定的內(nèi)存區(qū)重疊于現(xiàn)存的映射空間，重疊部分將會被丟棄。如果指定的起始地址不可用，操作將會失敗。并且起始地址必須落在頁的邊界上。
—MAP_SHARED //與其它所有映射這個對象的進(jìn)程共享映射空間。對共享區(qū)的寫入，相當(dāng)于輸出到文件。直到msync()或者munmap()被調(diào)用，文件實(shí)際上不會被更新。
—MAP_PRIVATE //建立一個寫入時拷貝的私有映射。內(nèi)存區(qū)域的寫入不會影響到原文件。這個標(biāo)志和以上標(biāo)志是互斥的，只能使用其中一個。
—MAP_DENYWRITE //這個標(biāo)志被忽略。
—MAP_EXECUTABLE //同上
—MAP_NORESERVE //不要為這個映射保留交換空間。當(dāng)交換空間被保留，對映射區(qū)修改的可能會得到保證。當(dāng)交換空間不被保留，同時內(nèi)存不足，對映射區(qū)的修改會引起段違例信號。
—MAP_LOCKED //鎖定映射區(qū)的頁面，從而防止頁面被交換出內(nèi)存。
—MAP_GROWSDOWN //用于堆棧，告訴內(nèi)核VM系統(tǒng)，映射區(qū)可以向下擴(kuò)展。
—MAP_ANONYMOUS //匿名映射，映射區(qū)不與任何文件關(guān)聯(lián)。
—MAP_ANON //MAP_ANONYMOUS的別稱，不再被使用。
—MAP_FILE //兼容標(biāo)志，被忽略。
—MAP_32BIT //將映射區(qū)放在進(jìn)程地址空間的低2GB，MAP_FIXED指定時會被忽略。當(dāng)前這個標(biāo)志只在x86-64平臺上得到支持。
—MAP_POPULATE //為文件映射通過預(yù)讀的方式準(zhǔn)備好頁表。隨后對映射區(qū)的訪問不會被頁違例阻塞。
—MAP_NONBLOCK //僅和MAP_POPULATE一起使用時才有意義。不執(zhí)行預(yù)讀，只為已存在于內(nèi)存中的頁面建立頁表入口。
——fd：有效的文件描述詞。如果MAP_ANONYMOUS被設(shè)定，為了兼容問題，其值應(yīng)為-1。
——offset：被映射對象內(nèi)容的起點(diǎn)。
返回值：
成功執(zhí)行時，mmap()返回被映射區(qū)的指針，munmap()返回0。
失敗時，mmap()返回MAP_FAILED[其值為(void *)-1]，munmap返回-1。errno被設(shè)為以下的某個值。
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的linux uvc协议_linux使用UVC采集数据的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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