9.数据层-数据采集
1.1 视频数据采集-V4L2
1.1.1 数据采集流程
可以参考这些文件:
- mjpg-streamer\mjpg-streamer-experimental\plugins\input_control\input_uvc.c
- video2lcd\video\v4l2.c
Video for Linux two(Video4Linux2)简称V4L2,是V4L的改进版。V4L2支持三种方式来采集图像:内存映射方式(mmap)、直接读取方式(read)和用户指针。内存映射的方式采集速度较快,一般用于连续视频数据的采集,实际工作中的应用概率更高;直接读取的方式相对速度慢一些,所以常用于静态图片数据的采集;用户指针使用较少,如有兴趣可自行研究。
1.1.2 buffer的管理
使用摄像头时,核心是"获得数据"。所以先讲如何获取数据,即如何得到buffer。
摄像头采集数据时,是一帧又一帧地连续采集。所以需要申请若干个buffer,驱动程序把数据放入buffer,APP从buffer得到数据。这些buffer可以使用链表来管理。
驱动程序周而复始地做如下事情:
- 从硬件采集到数据
- 把"空闲链表"取出buffer,把数据存入buffer
- 把含有数据的buffer放入"完成链表"
APP也会周而复始地做如下事情:
- 监测"完成链表",等待它含有buffer
- 从"完成链表"中取出buffer
- 处理数据
- 把buffer放入"空闲链表"
链表操作示意图如下:

1.1.2 完整的使用流程
参考mjpg-streamer和video2lcd,总结了摄像头的使用流程,如下:
- open:打开设备节点/dev/videoX
- ioctl VIDIOC_QUERYCAP:Query Capbility,查询能力,比如
- 确认它是否是"捕获设备",因为有些节点是输出设备
- 确认它是否支持mmap操作,还是仅支持read/write操作
- ioctl VIDIOC_ENUM_FMT:枚举它支持的格式
- ioctl VIDIOC_S_FMT:在上面枚举出来的格式里,选择一个来设置格式
- ioctl VIDIOC_REQBUFS:申请buffer ,APP可以申请很多个buffer,但是驱动程序不一定能申请到
- ioctl VIDIOC_QUERYBUF和mmap:查询buffer信息、映射
- 如果申请到了N个buffer,这个ioctl就应该执行N次
- 执行mmap后,APP就可以直接读写这些buffer
- ioctl VIDIOC_QBUF:把buffer放入"空闲链表"
- 如果申请到了N个buffer,这个ioctl就应该执行N次
- ioctl VIDIOC_STREAMON:启动摄像头
- 这里是一个循环:使用poll/select监测buffer,然后从"完成链表"中取出buffer,处理后再放入"空闲链表"
- poll/select
- ioctl VIDIOC_DQBUF:从"完成链表"中取出buffer
- 处理:前面使用mmap映射了每个buffer的地址,处理时就可以直接使用地址来访问buffer
- ioclt VIDIOC_QBUF:把buffer放入"空闲链表"
- ioctl VIDIOC_STREAMOFF:停止摄像头
1.2 控制流程
使用摄像头时,我们可以调整很多参数,比如:
-
对于视频流本身:
- 设置格式:比如V4L2_PIX_FMT_YUYV、V4L2_PIX_FMT_MJPEG、V4L2_PIX_FMT_RGB565
- 设置分辨率:1024*768等
-
对于控制部分:
- 调节亮度
- 调节对比度
- 调节色度
1.2.1 APP接口
就APP而言,对于这些参数有3套接口:查询或枚举(Query/Enum)、获得(Get)、设置(Set)。
1.2.1.1 数据格式
以设置数据格式为例,可以先枚举:
1.2.1.1 数据格式
以设置数据格式为例,可以先枚举:
struct v4l2_fmtdesc fmtdesc;
fmtdesc.index = 0; // 比如从0开始
fmtdesc.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; // 指定type为"捕获"
ioctl(vd->fd, VIDIOC_ENUM_FMT, &fmtdesc);
#if 0
/*
* F O R M A T E N U M E R A T I O N
*/
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];
};
#endif
还可以获得当前的格式:
struct v4l2_format currentFormat;
memset(¤tFormat, 0, sizeof(struct v4l2_format));
currentFormat.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
ioctl(vd->fd, VIDIOC_G_FMT, ¤tFormat);
#if 0
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;
};
/*
* V I D E O I M A G E F O R M A T
*/
struct v4l2_pix_format {v4l2_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 */
};
#endif
也可以设置当前的格式:
struct v4l2_format fmt;
memset(&fmt, 0, sizeof(struct v4l2_format));
fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
fmt.fmt.pix.width = 1024;
fmt.fmt.pix.height = 768;
fmt.fmt.pix.pixelformat = V4L2_PIX_FMT_MJPEG;
fmt.fmt.pix.field = V4L2_FIELD_ANY;
int ret = ioctl(vd->fd, VIDIOC_S_FMT, &fmt);