V4L2接口编程

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参考链接：3-1.V4l2接口编程

基本使用为以下几个步骤：

  1. 打开设备

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    int fd = open("/dev/video0", O_RDWR);
    if(fd < 0)
    {
        perror("打开设备失败");
        return -1;
    }

  2. 通过ioctl获取支持格式

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    struct v4l2_fmtdesc v4fmt;
    v4fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;//指定类型
    v4fmt.index = 0;//指定获取格式的序列号（有的摄像头可能有多个可支持的格式）
    int ret = ioctl(fd, VIDIOC_ENUM_FMT, &v4fmt);//VIDIOC_ENUM_FMT命令，获得支持格式
    if(ret < 0)
    {
        perror("获取失败");
    }
    printf("index=%d\n", v4fmt.index);
    printf("flags=%d\n", v4fmt.flags);
    printf("description=%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]);

  3. 通过ioctl配置摄像头采集格式

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    struct v4l2_format vfmt;
    vfmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;//摄像头采集
    vfmt.fmt.pix.width = 640;//设置宽（不能任意，需要硬件支持）
    vfmt.fmt.pix.height = 480;//设置高
    vfmt.fmt.pix.pixelformat = V4L2_PIX_FMT_YUYV;//设置视频采集格式
    int ret = ioctl(fd, VIDIOC_S_FMT, &vfmt);//VIDIOC_S_FMT：设置摄像头采集格式
    if(ret < 0)
    {
        perror("设置格式失败");
    }
    memset(&vfmt, 0, sizeof(vfmt));
    vfmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
    ret  = ioctl(fd, VIDIOC_G_FMT, &vfmt);//VIDIOC_G_FMT：获取摄像头采集格式
    if(ret < 0)
    {
        perror("获取格式失败");
    }
    //对比
    if(vfmt.fmt.pix.width == 640 && vfmt.fmt.pix.height == 480 && 
       vfmt.fmt.pix.pixelformat == V4L2_PIX_FMT_YUYV)
    {
        printf("设置成功\n");
    }else
    {
        printf("设置失败\n");
    }

  4. 通过ioctl申请内核缓冲区队列

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    struct v4l2_requestbuffers reqbuffer;
    reqbuffer.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
    reqbuffer.count = 4; //申请4个缓冲区
    reqbuffer.memory = V4L2_MEMORY_MMAP ;//映射方式
    ret  = ioctl(fd, VIDIOC_REQBUFS, &reqbuffer);//VIDIOC_REQBUFS：申请内核缓冲区队列
    if(ret < 0)
    {
        perror("申请队列空间失败");
    }

  5. 把内核的缓冲区队列映射到用户空间

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    unsigned char *mptr[4];//保存映射后用户空间的首地址
    unsigned int  size[4];//记录映射的长度，便于后期释放
    struct v4l2_buffer mapbuffer;
    //初始化type, index
    mapbuffer.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
    for(int i=0; i<4; i++)
    {
        mapbuffer.index = i;
        ret = ioctl(fd, VIDIOC_QUERYBUF, &mapbuffer);//从内核空间中查询一个空间做映射
        if(ret < 0)
        {
            perror("查询内核空间队列失败");
        }
        mptr[i] = (unsigned char *)mmap(NULL, mapbuffer.length, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, mapbuffer.m.offset);//mmap映射
        size[i]=mapbuffer.length;//记录映射长度

        ret  = ioctl(fd, VIDIOC_QBUF, &mapbuffer);//通知使用完毕--‘放回去’
        if(ret < 0)
        {
            perror("放回失败");
        }
    }

  6. 准备开始采集

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    int type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
    ret = ioctl(fd, VIDIOC_STREAMON, &type);//开始采集写数据到队列中
    if(ret < 0)
    {
        perror("开启失败");
    }

  7. 采集数据

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    //从队列中提取一帧数据
    struct v4l2_buffer  readbuffer;
    readbuffer.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
    ret = ioctl(fd, VIDIOC_DQBUF, &readbuffer);//告诉内核要某一个数据，内核不可以修改
    if(ret < 0)
    {
        perror("提取数据失败");
    }

    FILE *file=fopen("my.jpg", "w+");
    //mptr[readbuffer.index]
    fwrite(mptr[readbuffer.index], readbuffer.length, 1, file);
    fclose(file);

    //通知内核已经使用完毕
    ret = ioctl(fd, VIDIOC_QBUF, &readbuffer);//告诉内核已经使用完毕
    if(ret < 0)
    {
        perror("放回队列失败");
    }

  8. 停止采集

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    ret = ioctl(fd, VIDIOC_STREAMOFF, &type);//停止采集-不在向队列中写数据

  9. 释放内存

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    for(int i=0; i<4; i)
        munmap(mptr[i], size[i]);

  10. 关闭设备

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    close(fd);

综合例子：

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#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(void)
{
    //1.打开设备
    int fd = open("/dev/video0", O_RDWR);
    if(fd < 0)
    {
        perror("打开设备失败");
        return -1;
    }

    //3.设置采集格式
    struct v4l2_format vfmt;
    vfmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;//摄像头采集
    vfmt.fmt.pix.width = 640;//设置宽（不能任意）
    vfmt.fmt.pix.height = 480;//设置高
    vfmt.fmt.pix.pixelformat = V4L2_PIX_FMT_YUYV;//设置视频采集格式
    int ret = ioctl(fd, VIDIOC_S_FMT, &vfmt);
    if(ret < 0)
    {
        perror("设置格式失败");
    }

    //4.申请内核空间
    struct v4l2_requestbuffers reqbuffer;
    reqbuffer.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
    reqbuffer.count = 4; //申请4个缓冲区
    reqbuffer.memory = V4L2_MEMORY_MMAP ;//映射方式
    ret  = ioctl(fd, VIDIOC_REQBUFS, &reqbuffer);
    if(ret < 0)
    {
        perror("申请队列空间失败");
    }

    //5.映射
    unsigned char *mptr[4];//保存映射后用户空间的首地址
    unsigned int  size[4];
    struct v4l2_buffer mapbuffer;
    //初始化type, index
    mapbuffer.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
    for(int i=0; i<4; i++)
    {
        mapbuffer.index = i;
        ret = ioctl(fd, VIDIOC_QUERYBUF, &mapbuffer);//从内核空间中查询一个空间做映射
        if(ret < 0)
        {
            perror("查询内核空间队列失败");
        }
        mptr[i] = (unsigned char *)mmap(NULL, mapbuffer.length, PROT_READ|PROT_WRITE, 
                                        MAP_SHARED, fd, mapbuffer.m.offset);
        size[i]=mapbuffer.length;

        //通知使用完毕--‘放回去’
        ret  = ioctl(fd, VIDIOC_QBUF, &mapbuffer);
        if(ret < 0)
        {
            perror("放回失败");
        }
    }

    //6.开始采集
    int type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
    ret = ioctl(fd, VIDIOC_STREAMON, &type);
    if(ret < 0)
    {
        perror("开启失败");
    }

    //7.采集数据
    //从队列中提取一帧数据
    struct v4l2_buffer  readbuffer;
    readbuffer.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
    ret = ioctl(fd, VIDIOC_DQBUF, &readbuffer);
    if(ret < 0)
    {
        perror("提取数据失败");
    }

    FILE *file=fopen("my.jpg", "w+");
    //mptr[readbuffer.index]
    fwrite(mptr[readbuffer.index], readbuffer.length, 1, file);
    fclose(file);

    //通知内核已经使用完毕
    ret = ioctl(fd, VIDIOC_QBUF, &readbuffer);
    if(ret < 0)
    {
        perror("放回队列失败");
    }

    //8.停止采集
    ret = ioctl(fd, VIDIOC_STREAMOFF, &type);

    //9.释放内存
    for(int i=0; i<4; i)
        munmap(mptr[i], size[i]);

    //10.关闭设备
    close(fd);
    return 0;
}