一.V4L2簡(jiǎn)介
V4L2（Video for Linux 2）：Linux內(nèi)核中視頻設(shè)備中的驅(qū)動(dòng)框架，對(duì)于應(yīng)用層它提供了一系列的API接口，同時(shí)對(duì)于硬件層，它適配大部分的視頻設(shè)備，因此通過(guò)調(diào)用V4L2的接口函數(shù)可以適配大部分的視頻設(shè)備。
二、操作流程
1.打開設(shè)備
當(dāng)把攝像頭插入到電腦后，執(zhí)行l(wèi)s /dev/vi* 可看到/dev目錄下出現(xiàn)攝像頭的video節(jié)點(diǎn)。這里出現(xiàn)了兩個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)：dev/video0、dev/video1，是因?yàn)橐粋€(gè)是圖像/視頻采集，一個(gè)是metadata采集。
使用open函數(shù)打開攝像頭節(jié)點(diǎn)
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char**argv)
{
if(argc != 2)
{
printf("%s </dev/video0,1...>\n", argv[0]);
return -1;
}
int fd = open(argv[1], O_RDWR);
if(fd < 0)
{
perror("打開設(shè)備失敗");
return -1;
}
close(fd);
return 0;
}2.獲取支持格式和功能
使用ioctl函數(shù)int ioctl(int fd, unsigned long request, ...)獲取攝像頭支持的格式，這里ioctl的參數(shù)可以在頭文件videodev2.h中找到（路徑為/usr/include/linux/）。對(duì)應(yīng)操作命令如下表，這里需要獲取攝像頭支持的格式，所以操作命令為VIDIOC_ENUM_FMT,對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)體是struct v4l2_fmtdesc。另建議在source insight下下載linux源碼，然后建立該工程，在該工程下寫代碼，便于查看對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)體。
關(guān)于v4l2_fmtdesc結(jié)構(gòu)體
struct v4l2_fmtdesc {
__u32 index; /* Format number */
__u32 type; /* enum v4l2_buf_type */
__u32 flags;
__u8 description[32]; /* Description string */
__u32 pixelformat; /* Format fourcc */
__u32 reserved[4];
};?該結(jié)構(gòu)體定義如上,因?yàn)関4l2不單單針對(duì)攝像頭，所以在使用前需要對(duì)type成員進(jìn)行初始化，v4l2_buf_type這個(gè)枚舉總共有13個(gè)成員，這里選擇1,即視頻抓取。
在用代碼讀取過(guò)程中時(shí)，因?yàn)橹С侄喾N格式，所以用while循環(huán)讀取支持的格式，
關(guān)于v4l2_capability結(jié)構(gòu)體
struct v4l2_capability
{
u8 driver[16]; // 驅(qū)動(dòng)名字
u8 card[32]; // 設(shè)備名字
u8 bus_info[32]; // 設(shè)備在系統(tǒng)中的位置
u32 version;// 驅(qū)動(dòng)版本號(hào)
u32 capabilities;// 設(shè)備支持的操作
u32 reserved[4]; // 保留字段
};
除了用?v4l2_fmtdesc結(jié)構(gòu)體獲取像素格式，還可以通過(guò)v4l2_capability結(jié)構(gòu)體來(lái)獲取設(shè)備的功能，主要看capabilities成員，其是否支持視頻捕獲（V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE）、以及是否支持流讀寫（V4L2_CAP_STREAMING）。
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <linux/videodev2.h>
int main(int argc, char**argv)
{
if(argc != 2)
{
printf("%s </dev/video0,1...>\n", argv[0]);
return -1;
}
//打開攝像頭設(shè)備
int fd = open(argv[1], O_RDWR);
if(fd < 0)
{
perror("打開設(shè)備失敗");
return -1;
}
//獲取攝像頭支持格式,使用ioctl函數(shù)int ioctl(int fd, unsigned long request, ...);
struct v4l2_fmtdesc v4fmt;
struct v4l2_capability cap;
v4fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; //選擇視頻抓取
int i = 0;
while(1)
{
v4fmt.index = i;
i++;
int ret = ioctl(fd, VIDIOC_ENUM_FMT, &v4fmt);
if(ret < 0)
{
perror("獲取格式失敗");
break;
}
printf("index = %d\n", v4fmt.index);
printf("flags = %d\n", v4fmt.flags);
printf("descrrption = %s\n", v4fmt.description);
unsigned char *p = (unsigned char*)&v4fmt.pixelformat;
printf("pixelformat = %c%c%c%c\n", p[0],p[1],p[2],p[3]);
printf("reserved = %d\n", v4fmt.reserved[0]);
}
int ret = ioctl(fd, VIDIOC_QUERYCAP, &cap);
if(ret < 0)
perror("獲取功能失敗");
printf("drivers:%s\n", cap.driver);//讀取驅(qū)動(dòng)名字
if(cap.capabilities & V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE)
printf("%s 支持視頻捕獲\n", argv[1]);
if(cap.capabilities & V4L2_CAP_STREAMING)
printf("%s 支持流讀寫\n", argv[1]);
close(fd);
return 0;
}運(yùn)行結(jié)果
運(yùn)行結(jié)果說(shuō)明我的攝像頭支持視頻捕獲，同時(shí)支持流讀寫支持兩種像素格式Y(jié)UYV和MJPG，讀不到video1支持的像素格式，該攝像頭的兩個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)僅video0用于視頻采集。關(guān)于YUYV和MJPG可以看這篇博文。
https://blog.csdn.net/u014260892/article/details/51883723
3.配置攝像頭
在視頻采集之前需要設(shè)置視頻采集格式，定義v4l2_format結(jié)構(gòu)體變量，然后通過(guò)結(jié)構(gòu)體v4l2_pix_format來(lái)設(shè)置采集的高、寬以及像素格式（YUYV），設(shè)置之后，可以采用打印的方式來(lái)查看是否設(shè)置成功。
struct v4l2_format {
__u32 type;
union {
struct v4l2_pix_format pix; /* V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE */
struct v4l2_pix_format_mplane pix_mp; /* V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE_MPLANE */
struct v4l2_window win; /* V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_OVERLAY */
struct v4l2_vbi_format vbi; /* V4L2_BUF_TYPE_VBI_CAPTURE */
struct v4l2_sliced_vbi_format sliced; /* V4L2_BUF_TYPE_SLICED_VBI_CAPTURE */
struct v4l2_sdr_format sdr; /* V4L2_BUF_TYPE_SDR_CAPTURE */
__u8 raw_data[200]; /* user-defined */
} fmt;
};
struct v4l2_pix_format {
__u32 width;
__u32 height;
__u32 pixelformat;
__u32 field; /* enum v4l2_field */
__u32 bytesperline; /* for padding, zero if unused */
__u32 sizeimage;
__u32 colorspace; /* enum v4l2_colorspace */
__u32 priv; /* private data, depends on pixelformat */
__u32 flags; /* format flags (V4L2_PIX_FMT_FLAG_*) */
__u32 ycbcr_enc; /* enum v4l2_ycbcr_encoding */
__u32 quantization; /* enum v4l2_quantization */
__u32 xfer_func; /* enum v4l2_xfer_func */
};測(cè)試程序如下：
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <linux/videodev2.h>
int main(int argc, char**argv)
{
if(argc != 2)
{
printf("%s </dev/video0,1...>\n", argv[0]);
return -1;
}
//打開攝像頭設(shè)備
int fd = open(argv[1], O_RDWR);
if(fd < 0)
{
perror("打開設(shè)備失敗");
return -1;
}
//設(shè)置攝像頭采集格式
struct v4l2_format vfmt;
vfmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; //選擇視頻抓取
vfmt.fmt.pix.width = 640;//設(shè)置寬，不能隨意設(shè)置
vfmt.fmt.pix.height = 480;//設(shè)置高
vfmt.fmt.pix.pixelformat = V4L2_PIX_FMT_YUYV;//設(shè)置視頻采集格式
int ret = ioctl(fd, VIDIOC_S_FMT, &vfmt);// VIDIOC_S_FMT:設(shè)置捕獲格式
if(ret < 0)
{
perror("設(shè)置采集格式錯(cuò)誤");
}
memset(&vfmt, 0, sizeof(vfmt));
vfmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
ret = ioctl(fd, VIDIOC_G_FMT, &vfmt);
if(ret < 0)
{
perror("讀取采集格式失敗");
}
printf("width = %d\n", vfmt.fmt.pix.width);
printf("width = %d\n", vfmt.fmt.pix.height);
unsigned char *p = (unsigned char*)&vfmt.fmt.pix.pixelformat;
printf("pixelformat = %c%c%c%c\n", p[0],p[1],p[2],p[3]);
close(fd);
return 0;
}?運(yùn)行結(jié)果和設(shè)置一樣
4.向內(nèi)核申請(qǐng)幀緩沖隊(duì)列并映射
V4L2讀取數(shù)據(jù)時(shí)有兩種方式，第一種是用read讀取（調(diào)用read函數(shù)），第二種是用流（streaming）讀取，在第二步上已經(jīng)獲取到我的設(shè)備支持流讀寫，為了提高效率采用流讀寫，流讀寫就是在內(nèi)核中維護(hù)一個(gè)緩存隊(duì)列，然后再映射到用戶空間，應(yīng)用層直接讀取隊(duì)列中的數(shù)據(jù)。
步驟為：申請(qǐng)緩沖區(qū)->逐個(gè)查詢申請(qǐng)到的緩沖區(qū)->逐個(gè)映射->逐個(gè)放入隊(duì)列中
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <linux/videodev2.h>
#include <string.h>
#include <sys/mman.h>
int main(int argc, char**argv)
{
if(argc != 2)
{
printf("%s </dev/video0,1...>\n", argv[0]);
return -1;
}
//打開攝像頭設(shè)備
int fd = open(argv[1], O_RDWR);
if(fd < 0)
{
perror("打開設(shè)備失敗");
return -1;
}
//設(shè)置攝像頭采集格式
struct v4l2_format vfmt;
vfmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; //選擇視頻抓取
vfmt.fmt.pix.width = 640;//設(shè)置寬，不能隨意設(shè)置
vfmt.fmt.pix.height = 480;//設(shè)置高
vfmt.fmt.pix.pixelformat = V4L2_PIX_FMT_YUYV;//設(shè)置視頻采集格式
int ret = ioctl(fd, VIDIOC_S_FMT, &vfmt);// VIDIOC_S_FMT:設(shè)置捕獲格式
if(ret < 0)
{
perror("設(shè)置采集格式錯(cuò)誤");
}
memset(&vfmt, 0, sizeof(vfmt));
vfmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
ret = ioctl(fd, VIDIOC_G_FMT, &vfmt);
if(ret < 0)
{
perror("讀取采集格式失敗");
}
printf("width = %d\n", vfmt.fmt.pix.width);
printf("width = %d\n", vfmt.fmt.pix.height);
unsigned char *p = (unsigned char*)&vfmt.fmt.pix.pixelformat;
printf("pixelformat = %c%c%c%c\n", p[0],p[1],p[2],p[3]);
//申請(qǐng)緩沖隊(duì)列
struct v4l2_requestbuffers reqbuffer;
reqbuffer.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
reqbuffer.count = 4; //申請(qǐng)4個(gè)緩沖區(qū)
reqbuffer.memory = V4L2_MEMORY_MMAP; //采用內(nèi)存映射的方式
ret = ioctl(fd, VIDIOC_REQBUFS, &reqbuffer);
if(ret < 0)
{
perror("申請(qǐng)緩沖隊(duì)列失敗");
}
//映射，映射之前需要查詢緩存信息->每個(gè)緩沖區(qū)逐個(gè)映射->將緩沖區(qū)放入隊(duì)列
struct v4l2_buffer mapbuffer;
unsigned char *mmpaddr[4];//用于存儲(chǔ)映射后的首地址
mapbuffer.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;//初始化type
for(int i = 0; i < 4; i++)
{
mapbuffer.index = i;
ret = ioctl(fd, VIDIOC_QUERYBUF, &mapbuffer); //查詢緩存信息
if(ret < 0)
perror("查詢緩存隊(duì)列失敗");
mmpaddr[i] = (unsigned char *)mmap(NULL, mapbuffer.length, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, mapbuffer.m.offset);//mapbuffer.m.offset映射文件的偏移量
//放入隊(duì)列
ret = ioctl(fd, VIDIOC_QBUF, &mapbuffer);
if(ret < 0)
perror("放入隊(duì)列失敗");
}
close(fd);
return 0;
}5.采集視頻
做完前面的設(shè)置就可以進(jìn)行采集數(shù)據(jù)，打開設(shè)備->讀取數(shù)據(jù)->關(guān)閉設(shè)備->釋放映射。
讀取數(shù)據(jù)的本質(zhì)就是從上一個(gè)步驟中映射的隊(duì)列中取出數(shù)據(jù)，取出數(shù)據(jù)后需要將該緩沖區(qū)放入隊(duì)列中，以便于再去采集下一幀數(shù)據(jù)。
為了便于查看，在設(shè)置采集格式時(shí)，選擇MJPEG格式，用fopen函數(shù)建立一個(gè)1.jpg文件，用fwrite函數(shù)保存讀到的一幀數(shù)據(jù)。
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <linux/videodev2.h>
#include <string.h>
#include <sys/mman.h>
int main(int argc, char**argv)
{
if(argc != 2)
{
printf("%s </dev/video0,1...>\n", argv[0]);
return -1;
}
//1.打開攝像頭設(shè)備
int fd = open(argv[1], O_RDWR);
if(fd < 0)
{
perror("打開設(shè)備失敗");
return -1;
}
//2.設(shè)置攝像頭采集格式
struct v4l2_format vfmt;
vfmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; //選擇視頻抓取
vfmt.fmt.pix.width = 640;//設(shè)置寬，不能隨意設(shè)置
vfmt.fmt.pix.height = 480;//設(shè)置高
vfmt.fmt.pix.pixelformat = V4L2_PIX_FMT_MJPEG;//設(shè)置視頻采集像素格式
int ret = ioctl(fd, VIDIOC_S_FMT, &vfmt);// VIDIOC_S_FMT:設(shè)置捕獲格式
if(ret < 0)
{
perror("設(shè)置采集格式錯(cuò)誤");
}
memset(&vfmt, 0, sizeof(vfmt));
vfmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
ret = ioctl(fd, VIDIOC_G_FMT, &vfmt);
if(ret < 0)
{
perror("讀取采集格式失敗");
}
printf("width = %d\n", vfmt.fmt.pix.width);
printf("width = %d\n", vfmt.fmt.pix.height);
unsigned char *p = (unsigned char*)&vfmt.fmt.pix.pixelformat;
printf("pixelformat = %c%c%c%c\n", p[0],p[1],p[2],p[3]);
//4.申請(qǐng)緩沖隊(duì)列
struct v4l2_requestbuffers reqbuffer;
reqbuffer.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
reqbuffer.count = 4; //申請(qǐng)4個(gè)緩沖區(qū)
reqbuffer.memory = V4L2_MEMORY_MMAP; //采用內(nèi)存映射的方式
ret = ioctl(fd, VIDIOC_REQBUFS, &reqbuffer);
if(ret < 0)
{
perror("申請(qǐng)緩沖隊(duì)列失敗");
}
//映射，映射之前需要查詢緩存信息->每個(gè)緩沖區(qū)逐個(gè)映射->將緩沖區(qū)放入隊(duì)列
struct v4l2_buffer mapbuffer;
unsigned char *mmpaddr[4];//用于存儲(chǔ)映射后的首地址
unsigned int addr_length[4];//存儲(chǔ)映射后空間的大小
mapbuffer.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;//初始化type
for(int i = 0; i < 4; i++)
{
mapbuffer.index = i;
ret = ioctl(fd, VIDIOC_QUERYBUF, &mapbuffer); //查詢緩存信息
if(ret < 0)
perror("查詢緩存隊(duì)列失敗");
mmpaddr[i] = (unsigned char *)mmap(NULL, mapbuffer.length, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, mapbuffer.m.offset);//mapbuffer.m.offset映射文件的偏移量
addr_length[i] = mapbuffer.length;
//放入隊(duì)列
ret = ioctl(fd, VIDIOC_QBUF, &mapbuffer);
if(ret < 0)
perror("放入隊(duì)列失敗");
}
//打開設(shè)備
int type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
ret = ioctl(fd, VIDIOC_STREAMON, &type);
if(ret < 0)
perror("打開設(shè)備失敗");
//從隊(duì)列中提取一幀數(shù)據(jù)
struct v4l2_buffer readbuffer;
readbuffer.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
ret = ioctl(fd, VIDIOC_DQBUF, &readbuffer);//從緩沖隊(duì)列獲取一幀數(shù)據(jù)（出隊(duì)列）
//出隊(duì)列后得到緩存的索引index,得到對(duì)應(yīng)緩存映射的地址mmpaddr[readbuffer.index]
if(ret < 0)
perror("獲取數(shù)據(jù)失敗");
FILE *file = fopen("1.jpg", "w+");//建立文件用于保存一幀數(shù)據(jù)
fwrite(mmpaddr[readbuffer.index], readbuffer.length, 1, file);
fclose(file);
//讀取數(shù)據(jù)后將緩沖區(qū)放入隊(duì)列
ret = ioctl(fd, VIDIOC_QBUF, &readbuffer);
if(ret < 0)
perror("放入隊(duì)列失敗");
//關(guān)閉設(shè)備
ret = ioctl(fd, VIDIOC_STREAMOFF, &type);
if(ret < 0)
perror("關(guān)閉設(shè)備失敗");
//取消映射
for(int i = 0; i < 4; i++)
munmap(mmpaddr[i], addr_length[i]);
close(fd);
return 0;
}運(yùn)行程序，目錄下順利得到j(luò)pg文件，但是打開時(shí)報(bào)?(Not a JPEG file: starts with 0xe0 0xc1)錯(cuò)誤
三、采集到的jpg圖片報(bào)(Not a JPEG file: starts with 0xe0 0xc1)錯(cuò)誤
如上所示，順利采集到1.jpg圖片，但是測(cè)試好幾次均報(bào)該錯(cuò)誤，在仔細(xì)檢查設(shè)置無(wú)誤后，猜測(cè)可能是還未采集到數(shù)據(jù)就已經(jīng)讀取出來(lái)了，所以在隊(duì)列中獲取一幀數(shù)據(jù)的前面加了sleep(5)延遲5s采集，但僅有一次成功，可以讀出但采集的數(shù)據(jù)有損壞，而且修改sleep的數(shù)值，每次的錯(cuò)誤文件的兩個(gè)頭碼還不相同。同時(shí)在申請(qǐng)緩存之前將查詢緩存信息之前現(xiàn)將結(jié)構(gòu)體清0，然后再映射，發(fā)現(xiàn)還是有該問(wèn)題。另外嘗試了加poll函數(shù)等待讀取，同樣無(wú)法讀取。
于是我將采集格式變?yōu)閥uyv格式，發(fā)現(xiàn)程序阻塞至ret = ioctl(fd, VIDIOC_DQBUF, &readbuffer)，查找相關(guān)帖子發(fā)現(xiàn)是虛擬機(jī)中USB兼容性問(wèn)題，將設(shè)置中USB兼容性改為USB3.1阻塞消失，同時(shí)jpg格式也順利采集到數(shù)據(jù)。1.jpg文件也可以順利打開。
文章來(lái)源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-829034.html
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到了這里，關(guān)于Linux攝像頭（v4l2應(yīng)用）——獲取攝像頭一幀圖像的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！
