2024年6月14日发(作者：)
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1. 定义
V4L2(Video For Linux Two) 是内核提供给应用程序访问音、视频驱动的统一接口。
2. 工作流程：
打开设备－> 检查和设置设备属性－> 设置帧格式－> 设置一种输入输出方法（缓
冲 区管理）－> 循环获取数据－> 关闭设备。
3. 设备的打开和关闭：
#include
int open(const char *device_name, int flags);
#include
int clo se(int fd);
例：
int fd=open(“/dev/video0”,O_RDWR); // 打开设备
close(fd); // 关闭设备
注意：V4L2 的相关定义包含在头文件
4. 查询设备属性： VIDIOC_QUERYCAP
相关函数：
int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_capability *argp);
相关结构体：
struct v4l2_capability
{
u8 driver[16]; // 驱动名字
u8 card[32]; // 设备名字
u8 bus_info[32]; // 设备在系统中的位置
u32 version; // 驱动版本号
u32 capabilities; // 设备支持的操作
u32 reserved[4]; // 保留字段
};
capabilities 常用值:
V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE // 是否支持图像获取
例：显示设备信息
struct v4l2_capability cap;
ioctl(fd,VIDIOC_QUERYCAP,&cap);
printf(“Driver Name:%snCard Name:%snBus info:%snDriver
Version:%u.%u.%un”,,,_info,(n>>16)&0XFF,
(n>>8)&0XFF,n&0XFF);
5. 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。
相关函数：
int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_fmtdesc *argp);
int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_format *argp);
相关结构体：
v4l2_cropcap 结构体用来设置摄像头的捕捉能力，在捕捉上视频时应先先设置
v4l2_cropcap 的 type 域，再通过 VIDIO_CROPCAP 操作命令获取设备捕捉能力
的参数，保存于 v4l2_cropcap 结构体中，包括 bounds（最大捕捉方框的左上角坐标和
宽高），defrect
（默认捕捉方框的左上角坐标和宽高）等。
v4l2_format 结构体用来设置摄像头的视频制式、帧格式等，在设置这个参数时应先
填 好 v4l2_format 的各个域，如 type（传输流类型），(宽)，
(高)，(采样区域，如隔行采样)，ormat(采
样类型，如 YUV4:2:2)，然后通过 VIDIO_S_FMT 操作命令设置视频捕捉格式。如下
图所示：
5.1 查询并显示所有支持的格式：VIDIOC_ENUM_FMT
相关函数：
int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_fmtdesc *argp);
相关结构体：
struct v4l2_fmtdesc
{
u32 index; // 要查询的格式序号，应用程序设置
enum v4l2_buf_type type; // 帧类型，应用程序设置
u32 flags; // 是否为压缩格式
u8 description[32]; // 格式名称
u32 pixelformat; // 格式
u32 reserved[4]; // 保留
};
例：显示所有支持的格式
struct v4l2_fmtdesc fmtdesc; =0;
=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; printf("Support format:n");
while(ioctl(fd, VIDIOC_ENUM_FMT, &fmtdesc) != -1)
{
printf("t%d.%sn",+1,ption);
++;
}
5.2 查看或设置当前格式： VIDIOC_G_FMT, VIDIOC_S_FMT
检查是否支持某种格式：VIDIOC_TRY_FMT
相关函数：
int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_format *argp);
相关结构体：
struct v4l2_format
{
enum v4l2_buf_type type; // 帧类型，应用程序设置
union fmt
{
struct v4l2_pix_format pix; // 视频设备使用
struct v4l2_window win;
struct v4l2_vbi_format vbi;
struct v4l2_sliced_vbi_format sliced;
u8 raw_data[200];
};
};
struct v4l2_pix_format
{
u32 width; // 帧宽，单位像素
u32 height; // 帧高，单位像素
u32 pixelformat; // 帧格式
enum v4l2_field field;
u32 bytesperline;
u32 sizeimage;
enum v4l2_colorspace colorspace;
u32 priv;
};
例：显示当前帧的相关信息
struct v4l2_format fmt; =V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; ioctl(fd,
VIDIOC_G_FMT, &fmt);
printf(“Current data format information:ntwidth:%dntheight:%dn”,
,);
struct v4l2_fmtdesc fmtdesc; =0;
=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
while(ioctl(fd,VIDIOC_ENUM_FMT,&fmtdesc)!=-1)
{
if(ormat & ormat)
{
printf(“tformat:%sn”,ption);
break;
}
++;
}
例：检查是否支持某种帧格式
struct v4l2_format fmt; =V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
ormat=V4L2_PIX_FMT_RGB32;
if(ioctl(fd,VIDIOC_TRY_FMT,&fmt)==-1) if(errno==EINVAL)
printf(“not support format RGB32!n”);
6. 图像的缩放 VIDIOC_CROPCAP
相关函数：
int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_cropcap *argp);
int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_crop *argp);
int ioctl(int fd, int request, const struct v4l2_crop *argp);
相关结构体：
Cropping 和 scaling 主要指的是图像的取景范围及图片的比例缩放的支持。Crop
就 是把得到的数据作一定的裁剪和伸缩，裁剪可以只取样我们可以得到的图像大小的一部
分， 剪裁的主要参数是位置、长度、宽度。而 scale 的设置是通过 VIDIOC_G_FMT 和
VIDIOC_S_FMT 来获得和设置当前的 image 的长度，宽度来实现的。看下图
我们可以假设 bounds 是 sensor 最大能捕捉到的图像范围，而 defrect 是设备默
认 的最大取样范围，这个可以通过 VIDIOC_CROPCAP 的 ioctl 来获得设备的 crap 相
关的属 性 v4l2_cropcap，其中的 bounds 就是这个 bounds，其实就是上限。每个设
备都有个默 认的取样范围，就是 defrect，就是 default rect 的意思，它比 bounds 要
小一些。这 个范围也是通过 VIDIOC_CROPCAP 的 ioctl 来获得的 v4l2_cropcap 结构
中的 defrect 来表示的，我们可以通过 VIDIOC_G_CROP 和 VIDIOC_S_CROP 来获取
和设置设备当前的 crop 设置。
6.1 设置设备捕捉能力的参数
相关函数：
int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_cropcap *argp);
相关结构体：
struct v4l2_cropcap
{
enum v4l2_buf_type type; // 数据流的类型，应用程序设置
struct v4l2_rect bounds; // 这是 camera 的镜头能捕捉到的窗口大小的局限
struct v4l2_rect defrect; // 定义默认窗口大小，包括起点位置及长,宽的大小，大小
以像素为单位
struct v4l2_fract pixelaspect; // 定义了图片的宽高比
};
6.2 设置窗口取景参数 VIDIOC_G_CROP 和 VIDIOC_S_CROP
相关函数：
int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_crop *argp);
int ioctl(int fd, int request, const struct v4l2_crop *argp);
相关结构体：
struct v4l2_crop
{
enum v4l2_buf_type type;// 应用程序设置
struct v4l2_rect c;
}
Inputs and Outputs
VIDIOC_G_INPUT 和 VIDIOC_S_INPUT 用来查询和选则当前的 input，一个
video 设备 节点可能对应多个视频源，比如 saf7113 可以最多支持四路 cvbs 输入，如
果上层想在四 个cvbs视频输入间切换，那么就要调用 ioctl(fd, VIDIOC_S_INPUT,
&input) 来切换。
VIDIOC_G_INPUT and VIDIOC_G_OUTPUT 返回当前的 video input和output的
index.
相关函数：
int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_input *argp);
相关结构体：
struct v4l2_input {
__u32 index; /* Which input */
__u8 name[32]; /* Label */
__u32 type; /* Type of input */
__u32 audioset; /* Associated audios (bitfield) */
__u32 tuner; /* Associated tuner */
v4l2_std_id std;
__u32 status;
__u32 reserved[4];
};
我们可以通过VIDIOC_ENUMINPUT and VIDIOC_ENUMOUTPUT 分别列举一个
input或者 output的信息，我们使用一个v4l2_input结构体来存放查询结果，这个结构
体中有一个 index域用来指定你索要查询的是第几个input/ouput,如果你所查询的这个
input是当前正 在使用的，那么在v4l2_input还会包含一些当前的状态信息，如果所 查
询的input/output 不存在，那么回返回EINVAL错误，所以，我们通过循环查找，直到
返回错误来遍历所有的 input/output. VIDIOC_G_INPUT and VIDIOC_G_OUTPUT 返
回当前的video input和output 的index.
例： 列举当前输入视频所支持的视频格式
struct v4l2_input input;
struct v4l2_standard standard;
memset (&input, 0, sizeof (input));
//首先获得当前输入的 index,注意只是 index，要获得具体的信息，就的调用列举操
作
if (-1 == ioctl (fd, VIDIOC_G_INPUT, &)) {
perror (”VIDIOC_G_INPUT”);
exit (EXIT_FAILURE);
}
//调用列举操作，获得 对应的输入的具体信息
if (-1 == ioctl (fd, VIDIOC_ENUMINPUT, &input)) {
perror (”VIDIOC_ENUM_INPUT”);
exit (EXIT_FAILURE);
}
printf (”Current input %s supports:n”, ); memset (&standard, 0,
sizeof (standard)); = 0;
//列举所有的所支持的 standard，如果 与当前 input 的 有
共同的
bit flag，意味着当前的输入支持这个 standard,这样将所有驱动所支持的 standard
列举一个
遍，就可以找到该输入所支持的所有 standard 了。
while (0 == ioctl (fd, VIDIOC_ENUMSTD, &standard)) {
if ( & )
printf (”%sn”, );
++;
}
/* EINVAL indicates the end of the enumeration, which cannot be empty
unless this device falls under the USB exception. */
if (errno != EINVAL || == 0) {
perror (”VIDIOC_ENUMSTD”);
exit (EXIT_FAILURE);
}
8. Video standards
相关函数：
v4l2_std_id std_id; //这个就是个64bit得数
int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_standard *argp);
相关结构体：
typedef u64 v4l2_std_id;
struct v4l2_standard {
u32 index;
v4l2_std_id id;
u8 name[24];
struct v4l2_fract frameperiod; /* Frames, not fields */
u32 framelines;
u32 reserved[4];
};
当然世界上现在有多个视频标准，如NTSC和PAL，他们又细分为好多种，那么我们
的设 备输入/输出究竟支持什么样的标准呢？我们的当前在使用的输入和输出正在使用的
是哪 个标准呢？我们怎么设置我们的某个输入输出使用的标准呢？这都是有方法的。
查询我们的输入支持什么标准，首先就得找到当前的这个输入的index，然后查出它
的 属性，在其属性里面可以得到该输入所支持的标准，将它所支持的各个标准与所有的标
准 的信息进行比较，就可以获知所支持的各个标准的属性。一个输入所支持的标准应该是
一 个集合，而这个集合是用bit与的方式用一个64位数字表示。因此我们所查到的是一
个数字。
Example： Information about the current video standard v4l2_std_id std_id; //
这个就是个64bit得数
struct v4l2_standard standard;
// VIDIOC_G_STD就是获得当前输入使用的standard，不过这里只是得到了该标准
的id
// 即flag，还没有得到其具体的属性信息，具体的属性信息要通过列举操作来得到。
if (-1 == ioctl (fd, VIDIOC_G_STD, &std_id)) { //获得了当前输入使用的standard
// Note when VIDIOC_ENUMSTD always returns EINVAL this is no video device
// or it falls under the USB exception, and VIDIOC_G_STD returning EINVAL
// is no error.
perror (”VIDIOC_G_STD”);
exit (EXIT_FAILURE);
}
memset (&standard, 0, sizeof (standard));
= 0; //从第一个开始列举
// VIDIOC_ENUMSTD用来列举所支持的所有的video标准的信息，不过要先给
standard
// 结构的index域制定一个数值，所列举的标 准的信息属性包含在standard里面，
// 如果我们所列举的标准和std_id有共同的bit，那么就意味着这个标准就是当前输
// 入所使用的标准，这样我们就得到了当前输入使用的标准的属性信息
while (0 == ioctl (fd, VIDIOC_ENUMSTD, &standard)) {
if ( & std_id) {
printf (”Current video standard: %sn”, );
exit (EXIT_SUCCESS);
}
++;
}
/* EINVAL indicates the end of the enumeration, which cannot be empty
unless this device falls under the USB exception. */
if (errno == EINVAL || == 0) {
perror (”VIDIOC_ENUMSTD”);
exit (EXIT_FAILURE);
}
9. 申请和管理缓冲区
应用程序和设备有三种交换数据的方法，直接 read/write、内存映射(memory
mapping)
和用户指针。这里只讨论内存映射(memory mapping)。
9.1 向设备申请缓冲区 VIDIOC_REQBUFS
相关函数：
int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_requestbuffers *argp);
相关结构体：
struct v4l2_requestbuffers
{
u32 count; // 缓冲区内缓冲帧的数目
enum v4l2_buf_type type; // 缓冲帧数据格式
enum v4l2_memory memory; // 区别是内存映射还是用户指针方式
u32 reserved[2];
};
注：enum v4l2_memoy
{
V4L2_MEMORY_MMAP, V4L2_MEMORY_USERPTR
};
//count,type,memory 都要应用程序设置
例：申请一个拥有四个缓冲帧的缓冲区
struct v4l2_requestbuffers req;
=4; =V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
=V4L2_MEMORY_MMAP;
ioctl(fd,VIDIOC_REQBUFS,&req);
9.2 获取缓冲帧的地址，长度：VIDIOC_QUERYBUF
相关函数：
int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_buffer *argp);
相关结构体：
struct v4l2_buffer
{
u32 index; //buffer 序号
enum v4l2_buf_type type; //buffer 类型
u32 byteused; //buffer 中已使用的字节数
u32 flags; // 区分是MMAP 还是USERPTR
enum v4l2_field field;
struct timeval timestamp; // 获取第一个字节时的系统时间
struct v4l2_timecode timecode;
u32 sequence; // 队列中的序号
enum v4l2_memory memory; //IO 方式，被应用程序设置
union m
{
u32 offset; // 缓冲帧地址，只对MMAP 有效
unsigned long userptr;
};
u32 length; // 缓冲帧长度
u32 input;
u32 reserved;
};
9.3 内存映射MMAP 及定义一个结构体来映射每个缓冲帧。 相关结构体：
struct buffer
{
void* start;
unsigned int length;
}*buffers;
相关函数：
#include
void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset)
//addr 映射起始地址，一般为NULL ，让内核自动选择
//length 被映射内存块的长度
//prot 标志映射后能否被读写，其值为PROT_EXEC,PROT_READ,PROT_WRITE,
PROT_NONE
//flags 确定此内存映射能否被其他进程共享，MAP_SHARED,MAP_PRIVATE
//fd,offset, 确定被映射的内存地址 返回成功映射后的地址，不成功返回
MAP_FAILED ((void*)-1)
相关函数：
int munmap(void *addr, size_t length);// 断开映射
//addr 为映射后的地址，length 为映射后的内存长度
例：将四个已申请到的缓冲帧映射到应用程序，用buffers 指针记录。
buffers = (buffer*)calloc (, sizeof (*buffers));
if (!buffers) {
// 映射
fprintf (stderr, "Out of memory/n");
exit (EXIT_FAILURE);
}
for (unsigned int n_buffers = 0; n_buffers < ; ++n_buffers)
{
struct v4l2_buffer buf;
memset(&buf,0,sizeof(buf));
= V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
= V4L2_MEMORY_MMAP;
= n_buffers;
// 查询序号为n_buffers 的缓冲区，得到其起始物理地址和大小
if (-1 == ioctl (fd, VIDIOC_QUERYBUF, &buf))
exit(-1);
buffers[n_buffers].length = ;
// 映射内存
buffers[n_buffers].start =mmap (NULL,,PROT_READ |
PROT_WRITE ,MAP_SHARED,fd, );
if (MAP_FAILED == buffers[n_buffers].start)
exit(-1);
}
10. 缓冲区处理好之后，就可以开始获取数据了
10.1 启动 或 停止数据流 VIDIOC_STREAMON， VIDIOC_STREAMOFF
int ioctl(int fd, int request, const int *argp);
//argp 为流类型指针，如V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE.
10.2 在开始之前，还应当把缓冲帧放入缓冲队列：
VIDIOC_QBUF// 把帧放入队列
VIDIOC_DQBUF// 从队列中取出帧
int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_buffer *argp);
例：把四个缓冲帧放入队列，并启动数据流
unsigned int i;
enum v4l2_buf_type type;
for (i = 0; i < 4; ++i) // 将缓冲帧放入队列
{
struct v4l2_buffer buf;
= V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
= V4L2_MEMORY_MMAP;
= i;
ioctl (fd, VIDIOC_QBUF, &buf);
}
type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
ioctl (fd, VIDIOC_STREAMON, &type);
// 这有个问题，这些buf 看起来和前面申请的buf 没什么关系，为什么呢?
例：获取一帧并处理
struct v4l2_buffer buf; CLEAR (buf);
= V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
= V4L2_MEMORY_MMAP;
ioctl (fd, VIDIOC_DQBUF, &buf); // 从缓冲区取出一个缓冲帧
process_image (buffers[.]start); //
ioctl (fdVIDIOC_QBUF&buf); //
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