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V4L2是V4L的升级版本，linux下视频设备程序提供了一套接口规范。
常用的结构体在内核目录include/linux/videodev2.h中定义
struct v4l2_requestbuffers //申请帧缓冲，对应命令VIDIOC_REQBUFS
struct v4l2_capability //视频设备的功能，对应命令VIDIOC_QUERYCAP
struct v4l2_input //视频输入信息，对应命令VIDIOC_ENUMINPUT
struct v4l2_standard //视频的制式，比如PAL，NTSC，对应命令VIDIOC_ENUMSTD
struct v4l2_format //帧的格式，对应命令VIDIOC_G_FMT、VIDIOC_S_FMT等
struct v4l2_buffer //驱动中的一帧图像缓存，对应命令VIDIOC_QUERYBUF
struct v4l2_crop //视频信号矩形边框
v4l2_std_id //视频制式
V4L2采用流水线的方式，操作更简单直观，基本遵循打开视频设备、设置格式、处理数据、关闭设备，更多的具体操作通过ioctl函数来实现。
1.打开视频设备
在V4L2中，视频设备被看做一个文件。使用open函数打开这个设备：
// 用非阻塞模式打开摄像头设备
int cameraFd;
cameraFd = open（“/dev/video0”， O_RDWR | O_NONBLOCK， 0）;
// 如果用阻塞模式打开摄像头设备，上述代码变为：
//cameraFd = open（“/dev/video0”， O_RDWR， 0）;
应用程序能够使用阻塞模式或非阻塞模式打开视频设备，如果使用非阻塞模式调用视频设备，即使尚未捕获到信息，驱动依旧会把缓存（DQBUFF）里的东西返回给应用程序。
2. 设定属性及采集方式
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：
int ioctl （int __fd， unsigned long int __request， 。../*args*/） ;
在进行V4L2开发中，常用的命令标志符如下（some are optional）：
• 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：把数据从缓存中读取出来
• VIDIOC_DQBUF：把数据放回缓存队列
• 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。
2.1检查当前视频设备支持的标准
在亚洲，一般使用PAL（720X576）制式的摄像头，而欧洲一般使用NTSC（720X480），使用VIDIOC_QUERYSTD来检测：
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：
//……
}
2.2 设置视频捕获格式
当检测完视频设备支持的标准后，还需要设定视频捕获格式，结构如下：
struct v4l2_format fmt;
memset （ &fmt， 0， sizeof（fmt） ）;
fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
fmt.fmt.pix.width = 720;
fmt.fmt.pix.height = 576;
fmt.fmt.pix.pixelformat = V4L2_PIX_FMT_YUYV;
fmt.fmt.pix.field = V4L2_FIELD_INTERLACED;
if （ioctl（fd， VIDIOC_S_FMT， &fmt） == -1） {
return -1;
}
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YUV4：2：2还是RGB
enum v4l2_field field;
__u32 bytesperline;
__u32 sizeimage;
enum v4l2_colorspace colorspace;
__u32 priv;
};
2.3 分配内存
接下来可以为视频捕获分配内存：
struct v4l2_requestbuffers req;
req.count = BUFFER_COUNT;
req.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
req.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
if （ioctl（fd， VIDIOC_REQBUFS， &req） == -1） {
return -1;
}
v4l2_requestbuffers 结构如下：
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］;
};
2.4 获取并记录缓存的物理空间
使用VIDIOC_REQBUFS，我们获取了req.count个缓存，下一步通过调用VIDIOC_QUERYBUF命令来获取这些缓存的地址，然后使用mmap函数转换成应用程序中的绝对地址，最后把这段缓存放入缓存队列：
typedef struct VideoBuffer {
void *start;
size_t length;
} VideoBuffer;
v4l2_buffer 结构如下：
struct v4l2_buffer {
__u32 index;
enum v4l2_buf_type type;
__u32 bytesused;
__u32 flags;
enum v4l2_field field;
struct timeval timestamp;
struct v4l2_timecode timecode;
__u32 sequence;
/* memory location */
enum v4l2_memory memory;
union {
__u32 offset;
unsigned long userptr;
} m;
__u32 length;
__u32 input;
__u32 reserved;
};
VideoBuffer* buffers = calloc（ req.count， sizeof（*buffers） ）;
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;
// 读取缓存
if （ioctl（fd， VIDIOC_QUERYBUF， &buf） == -1） {
return -1;
}
buffers［numBufs］.length = buf.length;
// 转换成相对地址
buffers［numBufs］.start = mmap（NULL， buf.length， PROT_READ | PROT_WRITE，
MAP_SHARED，fd， buf.m.offset）;
if （buffers［numBufs］.start == MAP_FAILED） {
return -1;
}
// 放入缓存队列
if （ioctl（fd， VIDIOC_QBUF， &buf） == -1） {
return -1;
}
}
2.5 视频采集方式
操作系统一般把系统使用的内存划分成用户空间和内核空间，分别由应用程序管理和操作系统管理。应用程序可以直接访问内存的地址，而内核空间存放的是供内核访问的代码和数据，用户不能直接访问。v4l2捕获的数据，最初是存放在内核空间的，这意味着用户不能直接访问该段内存，必须通过某些手段来转换地址。
一共有三种视频采集方式：使用read/write方式；内存映射方式和用户指针模式。
read、write方式，在用户空间和内核空间不断拷贝数据，占用了大量用户内存空间，效率不高。
内存映射方式：把设备里的内存映射到应用程序中的内存控件，直接处理设备内存，这是一种有效的方式。上面的mmap函数就是使用这种方式。
用户指针模式：内存片段由应用程序自己分配。这点需要在v4l2_requestbuffers里将memory字段设置成V4L2_MEMORY_USERPTR。
2.6 处理采集数据
V4L2有一个数据缓存，存放req.count数量的缓存数据。数据缓存采用FIFO的方式，当应用程序调用缓存数据时，缓存队列将最先采集到的视频数据缓存送出，并重新采集一张视频数据。这个过程需要用到两个ioctl命令，VIDIOC_DQBUF和VIDIOC_QBUF：
struct v4l2_buffer buf;
memset（&buf，0，sizeof（buf））;
buf.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
buf.memory=V4L2_MEMORY_MMAP;
buf.index=0;
//读取缓存
if （ioctl（cameraFd， VIDIOC_DQBUF， &buf） == -1）
{
return -1;
}
//…………视频处理算法
//重新放入缓存队列
if （ioctl（cameraFd， VIDIOC_QBUF， &buf） == -1） {
return -1;
}
3. 关闭视频设备
使用close函数关闭一个视频设备
close（cameraFd）
如果使用mmap，最后还需要使用munmap方法。
下面是damo程序（经过实际验证，修改了网上的例程的错误）
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#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define CAMERA_DEVICE “/dev/video0”
#define CAPTURE_FILE “frame.jpg”
#define VIDEO_WIDTH 640
#define VIDEO_HEIGHT 480
#define VIDEO_FORMAT V4L2_PIX_FMT_YUYV
#define BUFFER_COUNT 4
typedef struct VideoBuffer {
void *start;
size_t length;
} VideoBuffer;
int main（）
{
int i， ret;
// 打开设备
int fd;
fd = open（CAMERA_DEVICE， O_RDWR， 0）;
if （fd 《 0） {
printf（“Open %s failed\n”， CAMERA_DEVICE）;
return -1;
}
// 获取驱动信息
struct v4l2_capability cap;
ret = ioctl（fd， VIDIOC_QUERYCAP， &cap）;
if （ret 《 0） {
printf（“VIDIOC_QUERYCAP failed （%d）\n”， ret）;
return ret;
}
// Print capability infomations
printf（“Capability Informations：\n”）;
printf（“ driver： %s\n”， cap.driver）;
printf（“ card： %s\n”， cap.card）;
printf（“ bus_info： %s\n”， cap.bus_info）;
printf（“ version： %08X\n”， cap.version）;
printf（“ capabilities： %08X\n”， cap.capabilities）;
// 设置视频格式
struct v4l2_format fmt;
memset（&fmt， 0， sizeof（fmt））;
fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
fmt.fmt.pix.width = VIDEO_WIDTH;
fmt.fmt.pix.height = VIDEO_HEIGHT;
fmt.fmt.pix.pixelformat = V4L2_PIX_FMT_YUYV;
fmt.fmt.pix.field = V4L2_FIELD_INTERLACED;
ret = ioctl（fd， VIDIOC_S_FMT， &fmt）;
if （ret 《 0） {
printf（“VIDIOC_S_FMT failed （%d）\n”， ret）;
return ret;
}
// 获取视频格式
ret = ioctl（fd， VIDIOC_G_FMT， &fmt）;
if （ret 《 0） {
printf（“VIDIOC_G_FMT failed （%d）\n”， ret）;
return ret;
}
// Print Stream Format
printf（“Stream Format Informations：\n”）;
printf（“ type： %d\n”， fmt.type）;
printf（“ width： %d\n”， fmt.fmt.pix.width）;
printf（“ height： %d\n”， fmt.fmt.pix.height）;
char fmtstr［8］;
memset（fmtstr， 0， 8）;
memcpy（fmtstr， &fmt.fmt.pix.pixelformat， 4）;
printf（“ pixelformat： %s\n”， fmtstr）;
printf（“ field： %d\n”， fmt.fmt.pix.field）;
printf（“ bytesperline： %d\n”， fmt.fmt.pix.bytesperline）;
printf（“ sizeimage： %d\n”， fmt.fmt.pix.sizeimage）;
printf（“ colorspace： %d\n”， fmt.fmt.pix.colorspace）;
printf（“ priv： %d\n”， fmt.fmt.pix.priv）;
printf（“ raw_date： %s\n”， fmt.fmt.raw_data）;
// 请求分配内存
struct v4l2_requestbuffers reqbuf;
reqbuf.count = BUFFER_COUNT;
reqbuf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
reqbuf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
ret = ioctl（fd ， VIDIOC_REQBUFS， &reqbuf）;
if（ret 《 0） {
printf（“VIDIOC_REQBUFS failed （%d）\n”， ret）;
return ret;
}
// 获取空间
VideoBuffer* buffers = calloc（ reqbuf.count， sizeof（*buffers） ）;
struct v4l2_buffer buf;
for （i = 0; i 《 reqbuf.count; i++）
{
buf.index = i;
buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
ret = ioctl（fd ， VIDIOC_QUERYBUF， &buf）;
if（ret 《 0） {
printf（“VIDIOC_QUERYBUF （%d） failed （%d）\n”， i， ret）;
return ret;
}
// mmap buffer
framebuf［i］.length = buf.length;
framebuf［i］.start = （char *） mmap（0， buf.length， PROT_READ|PROT_WRITE， MAP_SHARED， fd， buf.m.offset）;
if （framebuf［i］.start == MAP_FAILED） {
printf（“mmap （%d） failed： %s\n”， i， strerror（errno））;
return -1;
}
// Queen buffer
ret = ioctl（fd ， VIDIOC_QBUF， &buf）;
if （ret 《 0） {
printf（“VIDIOC_QBUF （%d） failed （%d）\n”， i， ret）;
return -1;
}
printf（“Frame buffer %d： address=0x%x， length=%d\n”， i， （unsigned int）framebuf［i］.start， framebuf［i］.length）;
}
// 开始录制
enum v4l2_buf_type type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
ret = ioctl（fd， VIDIOC_STREAMON， &type）;
if （ret 《 0） {
printf（“VIDIOC_STREAMON failed （%d）\n”， ret）;
return ret;
}
// Get frame
ret = ioctl（fd， VIDIOC_DQBUF， &buf）;
if （ret 《 0） {
printf（“VIDIOC_DQBUF failed （%d）\n”， ret）;
return ret;
}
// Process the frame
FILE *fp = fopen（CAPTURE_FILE， “wb”）;
if （fp 《 0） {
printf（“open frame data file failed\n”）;
return -1;
}
fwrite（framebuf［buf.index］.start， 1， buf.length， fp）;
fclose（fp）;
printf（“Capture one frame saved in %s\n”， CAPTURE_FILE）;
// Re-queen buffer
ret = ioctl（fd， VIDIOC_QBUF， &buf）;
if （ret 《 0） {
printf（“VIDIOC_QBUF failed （%d）\n”， ret）;
return ret;
}
// Release the resource
for （i=0; i《 4; i++）
{
munmap（framebuf［i］.start， framebuf［i］.length）;
}
close（fd）;
printf（“Camera test Done.\n”）;
return 0;
}
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附件：
void *mmap（void *start， size_t length， int prot， int flags， int fd， off_t offset）;
int munmap（void *start， size_t length）;
参数说明：
——start：映射区的开始地址。
——length：映射区的长度。
——prot：期望的内存保护标志，不能与文件的打开模式冲突。是以下的某个值，可以通过or运算合理地组合在一起
—PROT_EXEC //页内容可以被执行
—PROT_READ //页内容可以被读取
—PROT_WRITE //页可以被写入
—PROT_NONE //页不可访问
——flags：指定映射对象的类型，映射选项和映射页是否可以共享。它的值可以是一个或者多个以下位的组合体
—MAP_FIXED //使用指定的映射起始地址，如果由start和len参数指定的内存区重叠于现存的映射空间，重叠部分将会被丢弃。如果指定的起始地址不可用，操作将会失败。并且起始地址必须落在页的边界上。
—MAP_SHARED //与其它所有映射这个对象的进程共享映射空间。对共享区的写入，相当于输出到文件。直到msync（）或者munmap（）被调用，文件实际上不会被更新。
—MAP_PRIVATE //建立一个写入时拷贝的私有映射。内存区域的写入不会影响到原文件。这个标志和以上标志是互斥的，只能使用其中一个。
—MAP_DENYWRITE //这个标志被忽略。
—MAP_EXECUTABLE //同上
—MAP_NORESERVE //不要为这个映射保留交换空间。当交换空间被保留，对映射区修改的可能会得到保证。当交换空间不被保留，同时内存不足，对映射区的修改会引起段违例信号。
—MAP_LOCKED //锁定映射区的页面，从而防止页面被交换出内存。
—MAP_GROWSDOWN //用于堆栈，告诉内核VM系统，映射区可以向下扩展。
—MAP_ANONYMOUS //匿名映射，映射区不与任何文件关联。
—MAP_ANON //MAP_ANONYMOUS的别称，不再被使用。
—MAP_FILE //兼容标志，被忽略。
—MAP_32BIT //将映射区放在进程地址空间的低2GB，MAP_FIXED指定时会被忽略。当前这个标志只在x86-64平台上得到支持。
—MAP_POPULATE //为文件映射通过预读的方式准备好页表。随后对映射区的访问不会被页违例阻塞。
—MAP_NONBLOCK //仅和MAP_POPULATE一起使用时才有意义。不执行预读，只为已存在于内存中的页面建立页表入口。
——fd：有效的文件描述词。如果MAP_ANONYMOUS被设定，为了兼容问题，其值应为-1。
——offset：被映射对象内容的起点。
返回值：
成功执行时，mmap（）返回被映射区的指针，munmap（）返回0。
失败时，mmap（）返回MAP_FAILED［其值为（void *）-1］，munmap返回-1。errno被设为以下的某个值。
工商网监
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