毕设系列之Linux V4L2（图形图像采集篇）

本文主要是介绍毕设系列之Linux V4L2（图形图像采集篇），希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

#PS:这个只是《我自己》理解，如果和你的

#原则相冲突，请谅解，勿喷

开发环境：Ubuntu 16.04 LTS

1 虽然介绍Linux V4L2的文章已经满大街了，但是这里我也还要讲一些基本的东西。

     1. v4l2 是Video for Linux 2的简称。2. v4l2 不仅仅支持图像类设备，还支持音频等设备类型。3. 能够使用v4l2的前提是Linux内核已经识别并注册了了相关的设备，常见的就是/dev/videox类似的设备文件存在。（如果是做图像类的采集，说白了你得有个摄像头，这个摄像头还得被Linux 内核识别）4. 从上文可知，一个设备要被内核识别必须要由驱动才行，而对于我们常用的图像采集来说，就是要有一个摄像头驱动才行。对于这个问题，linux内核工作者根据UVC这个标准开发了一个通用的驱动程序，并且整合到linux内核中。只要是支持UVC这个通用标准的摄像头芯片，就能够使用这个驱动。（非图像类也有类似的存在，具体这里不做多余阐述）5. 一般来说，常用的Linux平台是的内核是已经编译进去了UVC驱动的。如果是自己移植的嵌入式Linux 内核，请在配置内核选项时候打开UVC驱动的选项。如下图：

这里写图片描述

2 V4L2这个框架的原理简述（这里我们只需要关注几个结构体就可以,要深入，去看内核源代码）

1. struct v4l2_device v4l2框架中的根节点，主要是用来管理和遍历其它子节点。
2. struct v4l2_subdev v4l2框架中的子节点，在v4l2_device下可以有多个v4l2_subdev存在，这里主要是区分设备类型，如图像或者音频等等。
3. struct video_device 具体设备的结构体，并在/dev/下创建相关的设备文件。
4. struct v4l2_buffer 为设备数据交换提供空间。

原理（这里以USB摄像头为例）：当一个设备接入内核，首先根据USB标准协议对USB进行初始化，最终完成USB设备信息探测。根据USB设备信息，内核给其分配相应的驱动。这里内核知道我们的USB设备是一个图像设备，这时内核开始初始化v4l2_subdev结构体，并且类型设置为图形图像设备。当初始化好后，内核继续初始化一个video_device结构体，并插入到v4l2_subdev的管理链表中。这里的初始化过程中，就要涉及摄像头驱动的加载，设备文件的创建等等。到这里，整个注册环节就结束了，意味着我们可以使用v4l2框架来操作我们的设备。操作的话，就是各种ops的调用就ok了。（这里涉及到usb设备驱动的初始化和字符型设备驱动等等相关知识，需要更多，自行查阅资料）

3 V4L2的使用（没啥可讲的，各种资料烂大街了，我直接贴源代码）
ym_v4l2.c文件

/*FileName:m_v4l2.cVersion:1.5Description:Created On: 2017-2-21Modified date:2017-3-14Author:Sky
*/
#include <ym_v4l2.h>
int yInitMV4l2(const char * pathname, yMV4L2 * mv4l2){//mv4l2 = mvl;//request alloc IMG_BUFF_NUM DATA_BUF size memif ( (mv4l2->img_buf = (IMG_BUF *)calloc(IMG_BUFF_NUM, sizeof(IMG_BUF))) == NULL){printf("calloc  failed\n");return -1;}if ( (mv4l2->camera_fd = open(pathname, O_RDWR | O_NONBLOCK)) < 0){//open video deviceperror("Open video device faild");return -1;}return 0;
}
int yIoctlV4l2(enum yV4l2Cmd cmd,...){va_list arg;va_start(arg,cmd);yMV4L2 *mv4l2;mv4l2 = va_arg(arg,yMV4L2 *);va_end(arg);switch(cmd){case yVIDIOC_QUERYCAP:{if ( ioctl(mv4l2->camera_fd, VIDIOC_QUERYCAP, &mv4l2->cap) < 0){perror("QUERY VIDEO CAP FAILED");return -1;}printf("DriverName:%s/nCard Name:%s/nBusinfo:%s/nDriverVersion:%u.%u.%u\n",mv4l2->cap.driver,mv4l2->cap.card,mv4l2->cap.bus_info,(mv4l2->cap.version>>16)&0XFF,(mv4l2->cap.version>>8)&0xFF,mv4l2->cap.version&0xFF);if ( !(mv4l2->cap.capabilities & V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE) ){printf("The device is not a video capture\n");return -1;}if ( !(mv4l2->cap.capabilities & V4L2_CAP_STREAMING) ){printf("The device can not support streaming i/o\n");return -1;}break;} case yVIDIOC_ENUM_FMT:{CLEAR_MEM(mv4l2->desc_fmt);mv4l2->desc_fmt.index = 0;mv4l2->desc_fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;while( ioctl(mv4l2->camera_fd, VIDIOC_ENUM_FMT,&mv4l2->desc_fmt) == 0 ){printf("index : %d, format:%s \n", mv4l2->desc_fmt.index,mv4l2->desc_fmt.description);mv4l2->desc_fmt.index++;}break;} case yVIDIOC_S_FMT:{// set data format for devmv4l2->stream_fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;mv4l2->stream_fmt.fmt.pix.width = IMAGE_WIDTH;mv4l2->stream_fmt.fmt.pix.height = IMAGE_HEIGHT;mv4l2->stream_fmt.fmt.pix.pixelformat = V4L2_PIX_FMT_YUYV;//mv4l2->stream_fmt.fmt.pix.field = V4L2_FIELD_INTERLACED;mv4l2->stream_fmt.fmt.pix.field = V4L2_FIELD_ANY;if ( ioctl(mv4l2->camera_fd, VIDIOC_S_FMT, &mv4l2->stream_fmt)  ){perror("Set data format failed");return -1;}break;} case yVIDIOC_G_FMT:{CLEAR_MEM(mv4l2->stream_fmt);mv4l2->stream_fmt.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;  ioctl(mv4l2->camera_fd,VIDIOC_G_FMT,&mv4l2->stream_fmt);  printf("Currentdata format information: width:%d   height:%d\n",mv4l2->stream_fmt.fmt.pix.width,mv4l2->stream_fmt.fmt.pix.height); break;} case yVIDIOC_REQBUFS:{//bzero(&reqbuf, sizeof(reqbuf));CLEAR_MEM(mv4l2->reqbuf);mv4l2->reqbuf.count = IMG_BUFF_NUM;mv4l2->reqbuf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;mv4l2->reqbuf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;if ( ioctl(mv4l2->camera_fd, VIDIOC_REQBUFS, &mv4l2->reqbuf) < 0 ){perror("ioctl REQBUFS failed");return -1;}break;}    case yVIDIOC_STREAMON:{mv4l2->type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;if ( ioctl(mv4l2->camera_fd, VIDIOC_STREAMON,&mv4l2->type)< 0){perror("Failed to ioctl:VIDIOC_STREAMON");return -1;}break;}case yVIDIOC_STREAMOFF:{mv4l2->type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;if ( ioctl(mv4l2->camera_fd, VIDIOC_STREAMOFF,&mv4l2->type)< 0){perror("Failed to ioctl:VIDIOC_STREAMOFF");return -1;}break;} case yVIDIOC_S_PARM:{CLEAR_MEM(mv4l2->stream_parm);mv4l2->stream_parm.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; mv4l2->stream_parm.parm.capture.timeperframe.numerator = 1;mv4l2->stream_parm.parm.capture.timeperframe.denominator = 10;if ( ioctl(mv4l2->camera_fd, VIDIOC_S_PARM, &mv4l2->stream_parm) < 0){perror("Failed to ioctl:VIDIOC_S_PARM");return -1;}break;} case yVIDIOC_G_PARM:{CLEAR_MEM(mv4l2->stream_parm);mv4l2->stream_parm.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;if ( ioctl(mv4l2->camera_fd, VIDIOC_G_PARM, &mv4l2->stream_parm) < 0){perror("Failed to ioctl:VIDIOC_G_PARM");return -1;}if (  mv4l2->stream_parm.parm.capture.capability == V4L2_CAP_TIMEPERFRAME ){printf("This Video Support Set Fps,Now-Fps is : %d\n",mv4l2->stream_parm.parm.capture.timeperframe.denominator);}else{printf("This Video Un-Support Set Fps\n");}break;}case yVIDIOC_DQBUF:{//bzero(&normal_buf, sizeof(normal_buf));CLEAR_MEM(mv4l2->normal_buf);mv4l2->normal_buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;mv4l2->normal_buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;if ( ioctl(mv4l2->camera_fd, VIDIOC_DQBUF, &mv4l2->normal_buf) < 0){perror("Failed to ioctl:VIDIOC_DQBUF");return -1;} break;} case yVIDIOC_QBUF:{if ( ioctl(mv4l2->camera_fd, VIDIOC_QBUF, &mv4l2->normal_buf) < 0){perror("Failed to ioctl:VIDIOC_QBUF");return -1;} break;}case yMMAPTOVEDIOBUF:{for ( int i=0; i < IMG_BUFF_NUM; i++ ){//bzero(&normal_buf, sizeof(normal_buf));CLEAR_MEM(mv4l2->normal_buf);mv4l2->normal_buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;mv4l2->normal_buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;mv4l2->normal_buf.index = i;//get kernel cache informationif ( ioctl(mv4l2->camera_fd, VIDIOC_QUERYBUF,&mv4l2->normal_buf) < 0){perror("Failed to ioctl:VIDIOC_QUERYBUF");return -1;}mv4l2->img_buf[i].len = mv4l2->normal_buf.length;mv4l2->img_buf[i].start = mmap(NULL,mv4l2->normal_buf.length,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,mv4l2->camera_fd,mv4l2->normal_buf.m.offset);if ( MAP_FAILED == mv4l2->img_buf[i].start){perror("Failed to mmap");return -1;}}break;}case yPUTVEDIOALLBUFTOQUEUE:{//bzero(&normal_buf, sizeof(normal_buf));for ( int i = 0; i < IMG_BUFF_NUM;i++){CLEAR_MEM(mv4l2->normal_buf);mv4l2->normal_buf.index = i;mv4l2->normal_buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;mv4l2->normal_buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;if ( ioctl(mv4l2->camera_fd, VIDIOC_QBUF,&mv4l2->normal_buf) < 0){perror("Failed to ioctl:VIDIOC_QBUF");return -1;}}  break;}case yUNMMAPTOVEDIOBUF:{for (int i = 0; i < IMG_BUFF_NUM; i++){if ( munmap(mv4l2->img_buf[i].start,mv4l2->img_buf[i].len) < 0){perror("Failed to munmap");return -1;}}  break;}default :{return -1;break;} }return 0;
}int yDestroyMV4l2(yMV4L2 *mv4l2){//StopStream();yIoctlV4l2(yVIDIOC_STREAMOFF,mv4l2);//UnMMapToVedioBUf(mv4l2);yIoctlV4l2(yUNMMAPTOVEDIOBUF,mv4l2);close(mv4l2->camera_fd);free(mv4l2->img_buf);return 0;
}

ym_v4l2.h

/*FileName:ym_v4l2.hVersion:1.5Description:Created On: 2017-2-21Modified date:2017-3-14Author:Sky
*/#ifndef _YM_V4L2_H
#define _YM_V4L2_H#ifdef __cplusplus
#if __cplusplus
extern "C"{
#endif
#endif /* __cplusplus */#include <ym_v4l2_config.h>
//open
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
//memset
#include <string.h>
//v4l2
#include <linux/videodev2.h>
//errno
#include <errno.h>
//perror
#include <stdio.h>
//calloc,free
#include <stdlib.h>
//close
#include <unistd.h>
//ioctl
#include <sys/ioctl.h>
//mmap,munmap
#include <sys/mman.h>#include <stdarg.h>#define CLEAR_MEM(x) memset(&(x),0,sizeof(x))enum yV4l2Cmd{yVIDIOC_QUERYCAP = 0,//Get Camera CapabilityyVIDIOC_ENUM_FMT = 1,//Get Camera all support-formatyVIDIOC_S_FMT = 2,//Set Img FormatyVIDIOC_G_FMT = 3,//Get Img FormatyVIDIOC_REQBUFS = 4,//Req Video bufyVIDIOC_STREAMON = 5,//Start streamyVIDIOC_STREAMOFF = 6,//Stop streamyVIDIOC_S_PARM = 7,//Set Fps infoyVIDIOC_G_PARM = 8,//Get Fps infoyVIDIOC_DQBUF = 9,//delete buf from out queueyVIDIOC_QBUF = 10,//put buf to in queueyMMAPTOVEDIOBUF = 11,yUNMMAPTOVEDIOBUF = 12,yPUTVEDIOALLBUFTOQUEUE = 13,};typedef struct {void * start;long len;
} IMG_BUF;typedef struct ymv4l2{int camera_fd;//camara file descriptor IMG_BUF *img_buf;//img buf headstruct v4l2_buffer normal_buf;struct v4l2_fmtdesc desc_fmt;struct v4l2_capability cap;struct v4l2_format stream_fmt;struct v4l2_requestbuffers reqbuf;struct v4l2_streamparm stream_parm;enum v4l2_buf_type type;}yMV4L2; int yInitMV4l2(const char * pathname, yMV4L2 * mvl);
int yDestroyMV4l2(yMV4L2 * mvl);
int yIoctlV4l2(enum yV4l2Cmd cmd,...);//int OpenCamera(const char * pathname);
//int GetCapability(void);
//int GetAllSupportFormat(void);
//int SetFrameInfo(void);//to set fps
//int GetFrameInfo(void);
//int SetImgFormat(void);
//int GetImgFormat(void);
//int RequestVedioBuf(void);
//int MMapToVedioBuf(void);
//int PutVedioBufToQueue(void);
//int UnMMapToVedioBUf(void);
//int StartStream(void);
//int StopStream(void);
//int ConfigV4l2(void);
//int GetVedioBufFromQueue(void);
//int PutVedioBufToQueue(void);#ifdef __cplusplus
#if __cplusplus
}
#endif
#endif /* __cplusplus */ #endif