Linux下使用各種設(shè)備是一件令人興奮的事情。在Unix的世界里，用戶(hù)與硬件打交待總是簡(jiǎn)單的。最近筆者在Linux下搞了攝像頭的開(kāi)發(fā)，有一點(diǎn)感想發(fā)于此處。

Linux中操作一個(gè)設(shè)備一般都是打開(kāi)（open），讀取（read）和關(guān)閉（close）。使用Read的大多是一些字符型設(shè)備，然而對(duì)于顯示屏 或者攝像頭這種字符設(shè)備而已，挨個(gè)字的讀寫(xiě)將使得系統(tǒng)調(diào)用變得頻繁，眾所周之，系統(tǒng)調(diào)用對(duì)于系統(tǒng)而已是個(gè)不小的開(kāi)銷(xiāo)。于是有內(nèi)存映射(mmap)等物，本 例中將講述在Linux下開(kāi)發(fā)攝像頭的一般過(guò)程以及使用Qt進(jìn)行界面開(kāi)發(fā)的實(shí)例。

使用mmap方式獲取攝像頭數(shù)據(jù)的方式過(guò)程一般為：

打開(kāi)設(shè)備 -> 獲取設(shè)備的信息 -> 請(qǐng)求設(shè)備的緩沖區(qū) -> 獲得緩沖區(qū)的開(kāi)始地址及大小 -> 使用mmap獲得進(jìn)程地址空間的緩沖區(qū)起始地址 -> 讀取緩沖區(qū)。

?

Mmap就是所謂內(nèi)存映射。很多設(shè)備帶有自己的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，或者驅(qū)動(dòng)本身在內(nèi)核空間中維護(hù)一片內(nèi)存區(qū)域，為了讓用戶(hù)空間程序安全地訪問(wèn)，內(nèi)核往往要 從設(shè)備內(nèi)存或者內(nèi)核空間內(nèi)存復(fù)制數(shù)據(jù)到用戶(hù)空間。這樣一來(lái)便多了復(fù)制內(nèi)存這個(gè)環(huán)節(jié)，浪費(fèi)了時(shí)間。因此mmap就將目標(biāo)存儲(chǔ)區(qū)域映射到一個(gè)用戶(hù)空間的一片內(nèi) 存，這樣用戶(hù)進(jìn)程訪問(wèn)這片內(nèi)存時(shí)，內(nèi)核將自動(dòng)轉(zhuǎn)換為訪問(wèn)這個(gè)目標(biāo)存儲(chǔ)區(qū)。這種轉(zhuǎn)換往往是地址的線性變化而已（很多設(shè)備的存儲(chǔ)空間在所謂外圍總線地址空間 （X86）或者總的地址空間（ARM）上都是連續(xù)的），所以不必?fù)?dān)心其轉(zhuǎn)換的效率。

現(xiàn)在開(kāi)始敘述Video4Linux2的使用。

  1 /* 打開(kāi)設(shè)備并進(jìn)行錯(cuò)誤檢查 */
  2 
  3 int fd = open ("/dev/video",O_RDONLY);
  4 
  5 if (fd==-1){
  6 
  7 perror ("Can't open device");
  8 
  9 return -1;
 10 
 11 }
 12 
 13  
 14 
 15 /* 查詢(xún)?cè)O(shè)備的輸出格式 */
 16 
 17 struct v4l2_format format;
 18 
 19 memset (&format,0,sizoef(format));
 20 
 21 format.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
 22 
 23 if (-1==ioctl(fd,VIDIOC_G_FMT,&format)){
 24 
 25 perror ("While getting format");
 26 
 27 return -2;
 28 
 29 }
 30 
 31  
 32 
 33 /* 
 34 
 35  * 這里要將struct v4l2_format結(jié)構(gòu)體置零，然后將
 36 
 37  * format.type設(shè)定為V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE，
 38 
 39  * 這樣在進(jìn)行 VIDIOC_G_FMT 的ioctl時(shí)，驅(qū)動(dòng)就會(huì)知
 40 
 41  * 道是在捕獲視頻的情形下獲取格式的內(nèi)容。
 42 
 43  * 成功返回后，format就含有捕獲視頻的尺寸大小及格
 44 
 45  * 式。格式存儲(chǔ)在 format.fmt.pix.pixelformat這個(gè)32
 46 
 47  * 位的無(wú)符號(hào)整數(shù)中，共四個(gè)字節(jié)，以小頭序存儲(chǔ)。這里
 48 
 49  * 介紹一種獲取的方法。
 50 
 51  */
 52 
 53  
 54 
 55 char code[5];
 56 
 57 unsigned int i;
 58 
 59 for (i=0;i<4;i++) {
 60 
 61 code[i] = (format.fmt.pix.pixelformat & (0xff<<i*8))>>i*8;
 62 
 63 }
 64 
 65 code[4]=0;
 66 
 67  
 68 
 69 /* 現(xiàn)在的code是一個(gè)以/0結(jié)束的字符串。很多攝像頭都是以格式MJPG輸出視頻的。
 70 
 71  * MJPG是Motion JPEG的縮寫(xiě)，其實(shí)就是一些沒(méi)填霍夫曼表的JPEG圖片。
 72 
 73  */
 74 
 75  
 76 
 77 /* 請(qǐng)求一定數(shù)量的緩沖區(qū)。
 78 
 79  * 但是不一定能請(qǐng)求到那么多。據(jù)體還得看返回的數(shù)量
 80 
 81  */ 
 82 
 83 struct v4l2_requestbuffers req;
 84 
 85 memset (&req,0,sizeof(req));
 86 
 87 req.count = 10;
 88 
 89 req.type    = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
 90 
 91 req.memory  = V4L2_MEMORY_MMAP;
 92 
 93 if (-1==ioctl(fd,VIDIOC_REQBUFS,&req)){
 94 
 95 perror ("While requesting buffers");
 96 
 97 return -3;
 98 
 99 }
100 
101 if (req.count < 5){
102 
103 fprintf (stderr, "Can't get enough buffers!/n");
104 
105 return -4;
106 
107 }
108 
109  
110 
111 /* 這里請(qǐng)求了10塊緩存區(qū)，并將其類(lèi)型設(shè)為MMAP型。 */
112 
113  
114 
115 /* 獲取緩沖區(qū)的信息 
116 
117  * 在操作之前，我們必須要能記錄下我們
118 
119  * 申請(qǐng)的緩存區(qū)，并在最后使用munmap釋放它們
120 
121  * 這里使用結(jié)構(gòu)體
122 
123  * struct buffer {
124 
125  *      void * start; 
126 
127  *   ssize_t length;
128 
129  * } 以及buffer數(shù)量
130 
131  * static int nbuffer
132 
133  * 來(lái)表示
134 
135  */
136 
137 struct buffer * buffers = (struct buffer *)malloc (nbuffer*sizeof(*buffers));
138 
139 if (!buffers){
140 
141 perror ("Can't allocate memory for buffers!");
142 
143 return -4;
144 
145 }
146 
147  
148 
149 struct v4l2_buffer buf;
150 
151 for (nbuffer=0;nbuffer<req.count;++nbuffer) {
152 
153 memset (&buf,0,sizeof(buf));
154 
155 buf.type= V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
156 
157 buf.memory= V4L2_MEMORY_MMAP;
158 
159 buf.index  = nbuffer;
160 
161  
162 
163 if (-1==ioctl(fd,VIDIOC_QUERYBUF,&buf)){
164 
165 perror ("While querying buffer");
166 
167 return -5;
168 
169 }
170 
171  
172 
173 buffers[nbuffer].length = buf.length;
174 
175 buffers[nbuffer].start = mmap (
176 
177 NULL, 
178 
179 buf.length,
180 
181 PROT_READ,  /* 官方文檔說(shuō)要加上PROT_WRITE，但加上會(huì)出錯(cuò) */
182 
183 MAP_SHARED,
184 
185 fd,
186 
187 buf.m.offset
188 
189 );
190 
191  
192 
193 if (MAP_FAILED == buffers[nbuffer].start) {
194 
195 perror ("While mapping memory");
196 
197 return -6;
198 
199 }
200 
201 }
202 
203  
204 
205 /*這個(gè)循環(huán)完成后，所有緩存區(qū)都保存在
206 
207  *了buffers這個(gè)數(shù)組里了，完了就再將它們munmap即可。
208 
209  */
210 
211  
212 
213 /* 打開(kāi)視頻捕獲 */
214 
215 enum v4l2_buf_type type;
216 
217 type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
218 
219 if (-1==ioctl(fd,VIDIOC_STREAMON,&type)){
220 
221 perror ("While opening stream");
222 
223 return -7;
224 
225 }
226 
227  
228 
229 /* 與內(nèi)核交換緩沖區(qū) */
230 
231 unsigned int i;
232 
233 i=0;
234 
235 while(1) {
236 
237 memset (&buf,0,sizeof(buf));
238 
239 buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
240 
241 buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
242 
243 buf.index = i;
244 
245  
246 
247 if (-1==ioctl(fd,VIDIOC_DQBUF,&buf)){
248 
249 perror ("While getting buffer's data");
250 
251 return -8;
252 
253 }
254 
255  
256 
257 /* 現(xiàn)在就得到了一片緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)，發(fā)送處理 */
258 
259 process_image ( buffers+buf.index,buf.index );
260 
261  
262 
263 /* 將緩沖區(qū)交還給內(nèi)核 */
264 
265 if (-1==ioctl(fd,VIDIOC_QBUF,&buf)){
266 
267 perror ("While returning buffer's data");
268 
269 return -9;
270 
271 }
272 
273  
274 
275 i = (i+1) & nbuffer;
276 
277 }

這就是所有獲取的過(guò)程了。至于圖像的處理，則是由解碼函數(shù)和Qt來(lái)處理。現(xiàn)在先進(jìn)行一些思路的設(shè)計(jì)。設(shè)想在進(jìn)行圖像的轉(zhuǎn)換時(shí)，必須提供一塊內(nèi)存區(qū)域 來(lái)進(jìn)行，我們當(dāng)然可以在轉(zhuǎn)換時(shí)使用malloc來(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配，轉(zhuǎn)換完成并顯示后，再將它free。然而這樣做對(duì)內(nèi)核而言是一個(gè)不小的負(fù)擔(dān)：每次為一整張 圖片分配內(nèi)存，最少也有上百KB，如此大的分配量和釋放量，很容易造成內(nèi)存碎片加重內(nèi)核的負(fù)擔(dān)。由于僅是每轉(zhuǎn)換一次才顯示一次圖像，所以這片用于轉(zhuǎn)換的內(nèi) 存區(qū)域可以安全地復(fù)用，不會(huì)同時(shí)由兩個(gè)線程操作之。因此在初始化時(shí)我們?yōu)槊恳粔K內(nèi)存映射緩沖區(qū)分配一塊內(nèi)存區(qū)域作為轉(zhuǎn)換用。對(duì)于MJPEG到JPEG的轉(zhuǎn) 換，使用相同的內(nèi)存大小。代碼就不在此列出了。這片假設(shè)這個(gè)內(nèi)存區(qū)域的起始指針為convertion_buffers，在process_image (struct buffer * buf, int index ) 中，有

 1 void process_image (struct buffer *buf, int index){
 2 
 3 struct * buffer conv_buf = convertion_buffers+index;
 4 
 5 do_image_conversion (
 6 
 7 buf->start, buf->length,  /* 要轉(zhuǎn)換的區(qū)域 */
 8 
 9 conv_buf->start, conv_buf->length, /* 保存轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的區(qū)域 */
10 
11 );
12 
13  
14 
15 /* 現(xiàn)在就可以把數(shù)據(jù)取出并交給QPixmap處理 
16 
17 * 要在一個(gè)QWidget里作圖，必須重載paintEvent 
18 
19 * 函數(shù)并用QPainter作畫(huà)。然而paintEvent
20 
21 * 是由事件驅(qū)動(dòng)層調(diào)用的，我們不能手工，
22 
23 * 所以在我們自己的的重載類(lèi)里要保存一個(gè)全局 
24 
25 * 的QPixmap。這里設(shè)為 QPixmap * m_pixmap
26 
27 */
28 
29 m_pixmap -> loadFromData (conv_buf->start,conv_buf->length);
30 
31 /* 立即安排一次重繪事件 */
32 
33 repaint (); 
34 
35 }
36 
37  
38 
39 /* 重載的paintEvent示例 */
40 
41 MyWidget::paintEvent (QPaintEvent * evt) {
42 
43    QPainter painter(this);
44 
45    painter.drawPixmap (QPoint(0,0),*m_pixmap);
46 
47    QWidget::paintEvent(evt);
48 
49 }

這里講Pixmap畫(huà)到了（0,0）處。

考慮的改進(jìn)之處：

?

雖然上述程序已經(jīng)可以工作了，但是有一些細(xì)節(jié)可以改進(jìn)。比如圖像轉(zhuǎn)換之處，可能相當(dāng)耗時(shí)。解決的辦法之一可以考慮多線程，用一個(gè)線程進(jìn)行數(shù)據(jù)的收 集，每收集一幀數(shù)據(jù)便通知顯示的進(jìn)程。顯示的進(jìn)程使用一個(gè)FIFO收集數(shù)據(jù)，用一個(gè)定時(shí)器，在固定的時(shí)間到時(shí)，然后從FIFO中取出數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換然后顯 示。兩個(gè)線程互不干擾，可以更有效地利用CPU，使收集、轉(zhuǎn)換和顯示協(xié)調(diào)地工作。

VN:F [1.9.6_1107]

轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/elect-fans/archive/2011/12/06/2408701.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Qt/Linux 下的摄像头捕获（Video4Linux2）的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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