摄像头采集实验
1 摄像头基础介绍
1.1 驱动介绍- V4L2 简介
V4L2 有一段历史了。大约在 1998 的秋天,它的光芒第一次出现在 Bill Dirks 的眼中。经过长足的发展,它于 2002 年 11 月,发布 2.5.46 时,融入了内核主干之中。然而直到今天,仍有一部分内核驱动不支持新的 API,这种新旧 API 的转换工作仍在进行。同时,V4L2 API 也在发展,并在 2.6.18 版本中进行了一些重大的改变。支持 V4L2 的应用依旧相对较少。V4L2 在设计时,是要支持很多广泛的设备的,它们之中只有一部分在本质上是真正的视频设备。
可以支持多种设备,它可以有以下几种接口:
1)视频采集接口(video capture interface):这种应用的设备可以是高频头或者摄像头。V4L2 的最初设
计就是应用于这种功能。
2)视频输出接口(video output interface):可以驱动计算机的外围视频图像设备,可以输出电视信号格
式的设备。
3)直接传输视频接口(video overlay interface):它的主要工作是把从视频采集设备采集过来的信号直接
输出到输出设备之上,而不用经过系统的 CPU。
4)视频间隔消隐信号接口(VBI interface):它可以使应用可以访问传输消隐期的视频信号。
5)收音机接口(radio interface):可用来处理从 AM 或 FM 高频头设备接收来的音频流
主要功能
使程序有发现设备和操作设备的能力,它主要是用一系列的回调函数来实现这些功能。像设置摄像头的频率、帧频、视频压缩格式和图像参数等等。当然也可以用于其他多媒体的开发,如音频等。但是此框架只能运行在 Linux 操作系统之上.
采集方式
打开视频设备后,可以设置该视频设备的属性,例如裁剪、缩放等。这一步是可选的。在 Linux 编程中,一般使用 ioctl 函数来对设备的 I/O 通道进行管理:
extern int ioctl (int __fd, unsigned long int __request, …) __THROW;
__fd:设备的 ID,例如刚才用 open 函数打开视频通道后返回的 cameraFd;
__request:具体的命令标志符。
在进行 V4L2 开发中,一般会用到以下的命令标志符:
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:获取当前驱动支持的视频格式
VIDIOC_S_FMT:设置当前驱动的频捕获格式
VIDIOC_G_FMT:读取当前驱动的频捕获格式
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:把数据放回缓存队列
VIDIOC_DQBUF:把数据从缓存中读取出来
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,例如 PAL 或 NTSC。
这些 IO 调用,有些是必须的,有些是可选择的。
1.2 硬件介绍
摄像头采用 mipi ov5640,由 I2C 和 MIPI 信号组成,I2C 负责配置摄像头寄存器,mipi 负责数据的传送,
2 代码编写
2.1 打开设备文件
int fd=open(”/dev/video0″,O_RDWR);
2.2 取得设备的 capability,看看设备具有什么功能,比如是否具有视频输入,或者音频输入输出等
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:
//……
}
2.3 选择视频输入,一个视频设备可以有多个视频输入。VIDIOC_S_INPUT,struct v4l2_input(可不要).
2.4 设置视频的制式和帧格式,制式包括 PAL,NTSC,帧的格式个包括宽度和高度等.
VIDIOC_S_STD,VIDIOC_S_FMT,struct v4l2_std_id,struct v4l2_format
struct v4l2_format fmt;
/*
v4l2_format 结构如下:
struct v4l2_format
{
enum v4l2_buf_type type; // 数据流类型,必须永远是 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; // 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 YUV 4 :2 :2 还是 RGB
enum v4l2_field field;
__u32 bytesperline;
__u32 sizeimage;
enum v4l2_colorspace colorspace;
__u32 priv;
};
2.5 向驱动申请帧缓冲,一般不超过 5 个,struct v4l2_requestbuffers。
struct v4l2_requestbuffers
{
__u32 count; // 缓存数量,也就是说在缓存队列里保持多少张照片
enum v4l2_buf_type type; // 数据流类型,必须永远是 V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE
enum v4l2_memory memory; // V4L2_MEMORY_MMAP 或 V4L2_MEMORY_USERPTR
__u32 reserved[2];
}
2.6 申请物理内存
将申请到的帧缓冲映射到用户空间,这样就可以直接操作采集到的帧了,而不必去复制。将申请到的帧缓冲全部入队列,以便存放采集到的数据.VIDIOC_QBUF,struct v4l2_buffer
VideoBuffer* buffers = calloc( req.count, sizeof(VideoBuffer) );
printf("sizeof(VideoBuffer) is %d\n",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;
if (ioctl(fd, VIDIOC_QUERYBUF, &buf) < 0)
{
printf("VIDIOC_QUERYBUF error\n");
//return -1;
}
printf("buf len is %d\n",sizeof(buf));
//内存映射
buffers[numBufs].length = buf.length;
buffers[numBufs].offset = (size_t) buf.m.offset;
buffers[numBufs].start = mmap (NULL, buf.length,PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd,
buf.m.offset);
printf("buffers.length = %d,buffers.offset = %d ,buffers.start[0]
= %d\n",buffers[numBufs].length,buffers[numBufs].offset,buffers[numBufs].start[0]);
printf("buf2 len is %d\n",sizeof(buffers[numBufs].start));
if (buffers[numBufs].start == MAP_FAILED)
{
perror("buffers error\n");
//return -1;
}
if (ioctl (fd, VIDIOC_QBUF, &buf) < 0)
{
printf("VIDIOC_QBUF error\n");
//return -1;
}
}
2.7 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;
}
2.8 采集数据
出队列以取得已采集数据的帧缓冲,取得原始采集数据。VIDIOC_DQBUF, 将缓冲重新入队列尾,
这样可以循环采集。
if (ioctl(fd, VIDIOC_DQBUF, &buf) < 0)
{
perror("VIDIOC_DQBUF failed.\n");
//return -1;
}
buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
unsigned char *ptcur = buffers[numBufs].start;
DEBUG("buf.bytesused = %d \n",buf.bytesused);
int i1;
for(i1=0; i1<buf.bytesused; i1++)
{
if((buffers[numBufs].start[i1] == 0x000000FF) && (buffers[numBufs].start[i1+1] ==
0x000000C4))
{
DEBUG("huffman table finded! \nbuf.bytesused = %d\nFFC4 = %d \n",buf.bytesused,i1);
break;
}
}
if(i1 == buf.bytesused)printf("huffman table don't exist! \n");
int i;
for(i=0; i<buf.bytesused; i++)
{
if((buffers[numBufs].start[i] == 0x000000FF) && (buffers[numBufs].start[i+1] ==
0x000000D8))
break;
ptcur++;
}
DEBUG("i=%d,FF=%02x,D8=%02x\n",i,buffers[numBufs].start[i],buffers[numBufs].start[i+1]);
int imagesize =buf.bytesused - i;
DEBUG("buf.bytesused = %d \n",buf.bytesused);
DEBUG ("imagesize = %d \n",imagesize);
3 实验结果
3.1 执行步骤
1 该摄像头基于 FB 显示,所以需要切换到 FB 模式下。
echo 1 > /sys/class/graphics/fb0/rotate
2 运行程序
./camera