本文主要是介绍第一章 V4L2简介,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!
http://work-blog.readthedocs.org/en/latest/v4l2%20intro.html
1.1、什么是v4l2
V4L2(Video4Linux的缩写)是Linux下关于视频采集相关设备的驱动框架,为驱动和应用程序提供了一套统一的接口规范。
V4L2支持的设备十分广泛,但是其中只有很少一部分在本质上是真正的视频设备:
- Video capture device : 从摄像头等设备上获取视频数据。对很多人来讲,video capture是V4L2的基本应用。设备名称为/dev/video,主设备号81,子设备号0~63
- Video output device : 将视频数据编码为模拟信号输出。与video capture设备名相同。
- Video overlay device : 将同步锁相视频数据(如TV)转换为VGA信号,或者将抓取的视频数据直接存放到视频卡的显存中。
- Video output overlay device :也被称为OSD(On-Screen Display)
- VBI device : 提供对VBI(Vertical Blanking Interval)数据的控制,发送VBI数据或抓取VBI数据。设备名/dev/vbi0~vbi31,主设备号81,子设备号224~255
- Radio device : FM/AM发送和接收设备。设备名/dev/radio0~radio63,主设备号81,子设备号64~127
V4L2在Linux系统中的结构图如下:
1.2、从应用层看V4L2
从V4L2简单框图可以看出,V4L2是一个字符设备,而V4L2的大部分功能都是通过设备文件的ioctl导出的。
可以将这些ioctl分类如下:
- Query Capability:查询设备支持的功能,只有VIDIOC_QUERY_CAP一个。
- 优先级相关:包括VIDIOC_G_PRIORITY,VIDIOC_S_PRIORITY,设置优先级。
- capture相关:视频捕获相关Ioctl。
ID 描述 VIDIOC_ENUM_FMT 枚举设备所支持的所有数据格式 VIDIOC_S_FMT 设置数据格式 VIDIOC_G_FMT 获取数据格式 VIDIOC_TRY_FMT 与VIDIOC_S_FMT一样,但不会改变设备的状态 VIDIOC_REQBUFS 向设备请求视频缓冲区,即初始化视频缓冲区 VIDIOC_QUERYBUF 查询缓冲区的状态 VIDIOC_QBUF 从设备获取一帧视频数据 VIDIOC_DQBUF 将视频缓冲区归回给设备, VIDIOC_OVERLAY 开始或者停止overlay VIDIOC_G_FBUF 获取video overlay设备或OSD设备的framebuffer参数 VIDIOC_S_FBUF 设置framebuffer参数 VIDIOC_STREAMON 开始流I/O操作,capture or output device VIDIOC_STREAMOFF 关闭流I/O操作
- TV视频标准:
ID 描述 VIDIOC_ENUMSTD 枚举设备支持的所有标准 VIDIOC_G_STD 获取当前正在使用的标准 VIDIOC_S_STD 设置视频标准 VIDIOC_QUERYSTD 有的设备支持自动侦测输入源的视频标准,此时使用此ioctl查询侦测到的视频标准
- input/output:
ID 描述 VIDIOC_ENUMINPUT 枚举所有input端口 VIDIOC_G_INPUT 获取当前正在使用的input端口 VIDIOC_S_INPUT 设置将要使用的input端口 VIDIOC_ENUMOUTPUT 枚举所有output端口 VIDIOC_G_OUTPUT 获取当前正在使用的output端口 VIDIOC_S_OUTPUT 设置将要使用的output端口 VIDIOC_ENUMAUDIO 枚举所有audio input端口 VIDIOC_G_AUDIO 获取当前正在使用的audio input端口 VIDIOC_S_AUDIO 设置将要使用的audio input端口 VIDIOC_ENUMAUDOUT 枚举所有audio output端口 VIDIOC_G_AUDOUT 获取当前正在使用的audio output端口 VIDIOC_S_AUDOUT 设置将要使用的audio output端口
- controls:设备特定的控制,例如设置对比度,亮度
ID 描述 VIDIOC_QUERYCTRL 查询指定control的详细信息 VIDIOC_G_CTRL 获取指定control的值 VIDIOC_S_CTRL 设置指定control的值 VIDIOC_G_EXT_CTRLS 获取多个control的值 VIDIOC_S_EXT_CTRLS 设置多个control的值 VIDIOC_TRY_EXT_CTRLS 与VIDIOC_S_EXT_CTRLS相同,但是不改变设备状态 VIDIOC_QUERYMENU 查询menu
- 其他杂项:
ID 描述 VIDIOC_G_MODULATOR VIDIOC_S_MODULATOR VIDIOC_G_CROP VIDIOC_S_CROP VIDIOC_G_SELECTION VIDIOC_S_SELECTION VIDIOC_CROPCAP VIDIOC_G_ENC_INDEX VIDIOC_ENCODER_CMD VIDIOC_TRY_ENCODER_CMD VIDIOC_DECODER_CMD VIDIOC_TRY_DECODER_CMD VIDIOC_G_PARM VIDIOC_S_PARM VIDIOC_G_TUNER VIDIOC_S_TUNER VIDIOC_G_FREQUENCY VIDIOC_S_FREQUENCY VIDIOC_G_SLICED_VBI_CAP VIDIOC_LOG_STATUS VIDIOC_DBG_G_CHIP_IDENT VIDIOC_S_HW_FREQ_SEEK VIDIOC_ENUM_FRAMESIZES VIDIOC_ENUM_FRAMEINTERVALS VIDIOC_ENUM_DV_PRESETS VIDIOC_S_DV_PRESET VIDIOC_G_DV_PRESET VIDIOC_QUERY_DV_PRESET VIDIOC_S_DV_TIMINGS VIDIOC_G_DV_TIMINGS VIDIOC_DQEVENT VIDIOC_SUBSCRIBE_EVENT VIDIOC_UNSUBSCRIBE_EVENT VIDIOC_CREATE_BUFS VIDIOC_PREPARE_BUF
v4l2设备的基本操作流程如下:
- 打开设备,例如
fd = open("/dev/video0",0)
- 查询设备能力. 例如:
- 设置优先级(可选).
- 配置设备。包括:
- 视频输入源的视频标准,VIDIOC_*_STD
- 视频数据的格式 , VIDIOC_*_FMT
- 视频输入端口, VIDIOC_*_INPUT
- 视频输出端口,VIDIOC_*_OUTPUT
-
启动设备开始I/O操作。V4L2支持一下三种I/O方式:
- Read/Write:通过调用设备节点文件的Read/Write函数,与设备交互数据。打开设备后,默认使用的是此方法。
- Stream I/O:流操作,只传递数据缓冲区指针,不拷贝数据。使用此方法,需要调用VIDIOC_REQBUFS ioctl来通知设备。流操作I/O有两种方式memory map和user buffer。(具体区别后面章节介绍)
- overlay : 也可以理解为memory to memory 传输。将数据从内存拷贝到显存中。overlay设备独有的。
对于Capture device可以以如下方式启动设备:
- 调用VIDIOC_REQBUFS ioctl来分配缓冲区队列;
- 调用VIDIOC_STREAMON ioctl通知设备开始stream IO
- 调用VIDIOC_QBUF ioctl从设备获取一帧视频数据;
- 使用完数据后,调用VIDIOC_DQBUF将缓冲区还给设备,以便设备填充下一帧数据。
-
释放资源并关闭设备。
1.3、从驱动层看V4L2
在驱动层,V4L2为驱动编写者做了很多工作。只需要实现硬件相关的代码,并且注册相关设备即可。
硬件相关代码的编写,除了编写具体硬件的控制代码外,最主要的就是将代码与V4L2框架绑定。绑定主要分为以下两个部分:
- 关系绑定:也就是要将我们自己的结构体,与V4L2框架中相关连的结构体绑定在一起。
- iocontrol等函数绑定:将V4L2所定义的空的函数指针,与自己的函数绑定在一起。
3.1 关系绑定
提到关系绑定,就必须介绍下V4L2几个重要结构体。
- struct video_device:主要的任务就是负责向内核注册字符设备
- struct v4l2_device:一个硬件设备可能包含多个子设备,比如一个电视卡除了有capture设备,可能还有VBI设备或者FM tunner。而v4l2_device就是所有这些设备的根节点,负责管理所有的子设备。
- struct v4l2_subdev:子设备,负责实现具体的功能。
v4l2_device,v4l2_subdev可以看作所有设备和子设备的基类。我们在编写自己的驱动时,往往需要继承这些设备基类,添加一些自己的数据成员。例如第三章要讲到的soc_camera_host结构体,就是继承v4l2_device,并添加了互斥锁、子设备列表等成员变量。
绑定的基本流程
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根据需要”重载”v4l2_device或v4l2_subdev结构体,添加需要的结构体成员。例如 :
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linux/include/media/soc_camera.h文件中soc_camera_host重载了v4l2_device:
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linux/drivers/media/video/Ml86v7667.c中ml86v7667_priv结构体”重载”了v4l2_subdev:
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v4l2_device与V4L2框架的绑定:通过调用v4l2_device_register函数实现。例如,上面提到的soc_camera_host的绑定:
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v4l2_subdev与v4l2_device的绑定:通过v4l2_device_register_subdev函数,将subdev注册到根节点上。例如:
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video_device与v4l2_device的绑定:将v4l2_device的地址赋值给video_device的v4l2_dev即可。
3.2 函数绑定
在v4l2 framework 简略版图中,绿色的方框都是需要我们绑定并实现的。
其中v4l2_file_operations和v4l2_ioctl_ops是必须实现的。而v4l2_subdev_ops下的八类ops中,v4l2_subdev_core_ops是必须实现的,其余需要根据设备类型选择实现的。比如video capture类设备需要实现v4l2_subdev_core_ops, v4l2_subdev_video_ops。
- v4l2_file_operations:实现文件类操作,比如open,close,read,write,mmap等。但是ioctl是不需要实现的,一般都是用video_ioctl2代替。例如linux/drivers/media/video/soc_camera.c文件中soc_camera_fops的实现:
- v4l2_ioctl_ops:V4L2导出给应用层使用的所有ioctl都是在这个地方实现的。但不必全部实现,只实现自己相关的ioctl即可。例如linux/drivers/media/video/soc_camera.c中soc_camera_ioctl_ops的实现:
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- v4l2_subdev_ops:v4l2_subdev有可能需要实现的ops的总合。分为8类,core,audio,video,vbi,tuner......等。例如,
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linuxdriversmediavideosoc_camera_platform.c中platform_subdev_ops的实现
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函数绑定只是将驱动所实现的函数赋值给相关的变量即可。
这篇关于第一章 V4L2简介的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!