說明：
1、本文所提及的攝像頭不是zc0301p，使用的API不是V4L，顯示所使用的上位機(jī)不是QT，特此說明。
2、UVC只是一個驅(qū)動，如果它能成功驅(qū)動攝像頭，會在/dev目錄下出現(xiàn)video(或video0、video1等等)。這樣，就可以使用Linux提供(準(zhǔn)確說不是Linux提供，具體的百度吧)的一套API，即V4L2來訪問攝像頭了?！笆褂谩笔侵肝覀儗懙牟杉瘮?shù)據(jù)的程序，而不是指“攝像頭驅(qū)動程序”。——驅(qū)動程序不是那么簡單就能寫出來的。
3、本文未涉及大量的如VIDIOC_S_FMT等命令字，也不涉及V4L2采集模型，一來網(wǎng)絡(luò)上很多這種說明(原創(chuàng)的，轉(zhuǎn)載的)，本文不想偷竊他人的成果；二來諸君如果看V4L2手冊、看源代碼的話，會學(xué)得更多，——如果肯下心思的話。
4、源代碼中本來就沒有中文注釋，抄于此，也不再添加中文了。
5、本文所述的程序是根據(jù)開源項目luvcview寫的，理所當(dāng)然的，本文的程序也會公開源代碼，使用條款為GPL。至于這個程序是好是壞，就由眾人去評說了。
?
1、驅(qū)動——UVC
在Linux中，除了SPCA和GSPCA這類經(jīng)典的USB攝像頭驅(qū)動外，還有一種，即Linux UVC，全稱為Linux USB Video Class，從Class這個詞可以看出，UVC是代碼某一類的視頻設(shè)備驅(qū)動，官網(wǎng)上的說法包括了webcams, digital camcorders, analog video converters, analog 以及 digital television tuners等等。從2.6.26版本開始，Linux UVC驅(qū)動就納入到內(nèi)核中，不需要手動下載。但是需要自己手動配置內(nèi)核，才可使用UVC。
具體的測試示例，可以在這個網(wǎng)址上找到：
http://blog.chinaunix.net/u1/58951/showart_2199263.html
2、采集——V4L2
在Linux下，視頻數(shù)據(jù)的采集有兩套API，分別為V4L和V4L2。是Video For Linux的兩個版本。其實在Windows下也有一套API，名為Video For Windows，即VFW，具體怎么使用，我沒研究過，不過，按Windows的習(xí)俗，應(yīng)該不難。
本文所用的API為V4L2，雖然它的第一個版本也可以使用，但是為了表明筆者與時俱進(jìn)的精神，決心使用第二個版本。這個版本無外就下面三點：
1、打開或關(guān)閉攝像頭設(shè)備都是調(diào)用POSIX標(biāo)準(zhǔn)的open或close，很簡單；
2、最重要、最核心的是使用ioctl調(diào)用，通過不同的控制命令來控制攝像頭，如開始捕獲、停止捕獲、獲取攝像頭信息，等等。如果研究過Linux驅(qū)動的話，對ioctl應(yīng)該不陌生。
3、一些結(jié)構(gòu)體，如保存攝像頭信息的，捕獲攝像頭數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)的，等等。
攝像頭的信息保存于自定義的結(jié)構(gòu)體video_info中。如下：
struct video_info
{
?int camfd; /**< camera file descriptor */
?struct v4l2_capability cap;
?struct v4l2_format fmt;
?struct v4l2_requestbuffers rb;
?struct v4l2_buffer buf;
?enum v4l2_buf_type type;
?void* mem[NB_BUFFER]; /**< main buffers */
?uint8* tmp_buffer; /**< for MJPEG */
?uint8* frame_buffer; /**< one frame buffer here */
?uint32 frame_size_in;
?
?uint32 format; /**< eg YUYV or MJPEG,etc. */
?int width;
?int height;
?int is_streaming; /**< start capture */
?int is_quit;
#ifdef DEBUG
?enum v4l2_field field;
?uint32 bytes_per_line;
?uint32 size_image;
?enum v4l2_colorspace color_space;
?uint32 priv;
#endif
?
};
在開始采集數(shù)據(jù)前，需要先看一下攝像頭的信息，下面三個函數(shù)完成的功能分別為得到攝像頭的屬性(capability)，得到攝像頭的格式(format)，設(shè)置攝像頭的格式。屬性包括了驅(qū)動信息，總線信息，是否支持流捕獲等等；格式包括了攝像頭數(shù)據(jù)格式(如MJPEG、YUYV等等)，圖像的寬、高等等。
int v4l2_get_capability(struct video_info* vd_info);
int v4l2_get_format(struct video_info* vd_info);
int v4l2_set_foramt(struct video_info* vd_info,
?uint32 width, uint32 height,uint32 format);
圖1為在FC系統(tǒng)和ARM開發(fā)板上得到的攝像頭信息。從圖中可以清楚看到上述所講的各種信息。至于最后一行的錯誤提示，是由于我調(diào)用v4l2_set_foramt將攝像頭數(shù)據(jù)格式設(shè)置為YUYV出錯了，即它不支持YUYV格式。然而，當(dāng)我使用這個程序在紅旗操作系統(tǒng)下測試時，結(jié)果又不同了，它是YUYV格式了！我將它設(shè)置為MJPEG格式，同樣不行，所以圖2最后同樣出錯。(那時正興高采烈地做畢業(yè)設(shè)計，這個問題讓我足足郁悶了好幾天。我想不通是什么原因)
?
圖1 攝像頭信息
?
??
圖2 又一個信息
?
?下面簡單講一下程序片段，具體的程序，參見附錄中。
(1)、分配內(nèi)存
switch (vd_info->format) /**< format will be also ok */
{
case V4L2_PIX_FMT_MJPEG:
vd_info->tmp_buffer =
(uint8 *)calloc(1, (size_t)vd_info->frame_size_in);
if (vd_info->tmp_buffer == NULL)
error_out("unable alloc tmp_buffer");
vd_info->frame_buffer =
(uint8 *)calloc(1, (size_t)vd_info->width * (vd_info->height+8) * 2);
if (vd_info->frame_buffer == NULL)
error_out("unable alloc frame_buffer");
break;
case V4L2_PIX_FMT_YUYV:
vd_info->frame_buffer =
(uint8 *)calloc(1,(size_t)vd_info->frame_size_in);
if (vd_info->frame_buffer == NULL)
error_out("unable alloc frame_buffer");
break;
default:
msg_out("error!n");
return -1;
break;
}
因為YUYV是一種原始數(shù)據(jù)，可以直接顯示，不需要編解碼，而MJPEG格式的，需要解碼，所以分要分配兩個緩沖區(qū)。
(2)、打開，O_NONBLOCK是以非阻塞方式打開。
vd_info->camfd = open(device, O_RDWR /*| O_NONBLOCK*/, 0);
if (vd_info->camfd < 0)
error_out("can not open the device");
(3)、查詢
if (-1 == ioctl(vd_info->camfd, VIDIOC_QUERYCAP, &vd_info->cap))
error_out("query camera failed");
if (0 == (vd_info->cap.capabilities & V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE))
{
debug_msg("video capture not supported.n");
return -1;
}
(4)、設(shè)置格式
memset(&vd_info->fmt, 0, sizeof(struct v4l2_format));
vd_info->fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
vd_info->fmt.fmt.pix.width = width;
vd_info->fmt.fmt.pix.height = height;
vd_info->fmt.fmt.pix.field =V4L2_FIELD_ANY;
vd_info->fmt.fmt.pix.pixelformat = format;
if (-1 == ioctl(vd_info->camfd, VIDIOC_S_FMT, &vd_info->fmt))
error_out("unable to set format ");
(5)、查詢緩沖區(qū)、映射到用戶空間內(nèi)存
memset(&vd_info->rb, 0, sizeof(struct v4l2_requestbuffers));
vd_info->rb.count = NB_BUFFER; /**< 4 buffers */
vd_info->rb.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
vd_info->rb.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
if (-1 == ioctl(vd_info->camfd, VIDIOC_REQBUFS, &vd_info->rb))
error_out("unable to allocte buffers");
?
/* map the buffers(4 buffer) */
for (i = 0; i < NB_BUFFER; i++)
{
memset(&vd_info->buf, 0, sizeof(struct v4l2_buffer));
vd_info->buf.index = i;
vd_info->buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
vd_info->buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
if (-1 == ioctl(vd_info->camfd, VIDIOC_QUERYBUF, &vd_info->buf))
error_out("unable to query buffer");
/* map it, 0 means anywhere */
vd_info->mem[i] =
mmap(0, vd_info->buf.length, PROT_READ, MAP_SHARED,
vd_info->camfd, vd_info->buf.m.offset);
/* MAP_FAILED = (void *)-1 */
if (MAP_FAILED == vd_info->mem[i])
error_out("unable to map buffer");
}
(6)、進(jìn)入隊列
/* queue the buffers */
for (i = 0; i < NB_BUFFER; i++)
{
memset(&vd_info->buf, 0, sizeof(struct v4l2_buffer));
vd_info->buf.index = i;
vd_info->buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
vd_info->buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
if (-1 == ioctl(vd_info->camfd, VIDIOC_QBUF, &vd_info->buf))
error_out("unable to queue the buffers");
}
(7)、開始捕獲(發(fā)出捕獲信號)
vd_info->type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
?
if (-1 == ioctl(vd_info->camfd, VIDIOC_STREAMON, &vd_info->type))
error_out("unable to start capture");
vd_info->is_streaming = 1;
debug_msg("stream on OK!!n");
debug_msg("===============================nn");
(8)、采集(從緩沖區(qū)隊列中取出數(shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)的內(nèi)存復(fù)制另一內(nèi)存區(qū))
static int count = 0;
if (!vd_info->is_streaming) /**< if stream is off, start it */
{
if (v4l2_on(vd_info)) /**< failed */
goto err;
}
memset(&vd_info->buf, 0, sizeof(struct v4l2_buffer));
vd_info->buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
vd_info->buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
/* get data from buffers */
if (-1 == ioctl(vd_info->camfd, VIDIOC_DQBUF, &vd_info->buf))
{
msg_out("unable to dequeue buffern");
goto err;
}
switch (vd_info->format)
{
case V4L2_PIX_FMT_MJPEG:
if (vd_info->buf.bytesused <= HEADFRAME1)
{
msg_out("ignore empty frame...n");
return 0;
}
/* we can save tmp_buff to a jpg file,just write it! */
memcpy(vd_info->tmp_buffer, vd_info->mem[vd_info->buf.index],
vd_info->buf.bytesused);
?
/* here decode MJPEG,so we can dispaly it */
if (jpeg_decode(&vd_info->frame_buffer, vd_info->tmp_buffer,
&vd_info->width, &vd_info->height) < 0 )
{
msg_out("decode jpeg errorn");
goto err;
}
break;
case V4L2_PIX_FMT_YUYV:
if (vd_info->buf.bytesused > vd_info->frame_size_in)
memcpy(vd_info->frame_buffer, vd_info->mem[vd_info->buf.index],
(size_t)vd_info->frame_size_in);
else
memcpy(vd_info->frame_buffer, vd_info->mem[vd_info->buf.index],
(size_t)vd_info->buf.bytesused);
break;
default:
goto err;
break;
}
?
/* here you can process the frame! */
v4l2_process(vd_info);
/* queue buffer again */
if (-1 == ioctl(vd_info->camfd, VIDIOC_QBUF, &vd_info->buf))
{
fprintf(stderr,"requeue errorn");
goto err;
}
?
debug_msg("frame:%dn", count++);
debug_msg("frame size in: %d KBn", vd_info->frame_size_in>>10);
?
return 0;
err:
vd_info->is_quit = 0;
return -1;
(9)、停止捕獲(發(fā)送停止信號)
vd_info->type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
if (-1 == ioctl(vd_info->camfd, VIDIOC_STREAMOFF, &vd_info->type))
error_out("unable to stop capture");
vd_info->is_streaming = 0;
debug_msg("stream off OK!n");
debug_msg("===============================nn");
(10)、關(guān)閉設(shè)備(釋放內(nèi)存、關(guān)閉設(shè)備)
uint16 i = 0;
if (vd_info->is_streaming) /**< stop if it is still capturing */
v4l2_off(vd_info);
?
if (vd_info->frame_buffer)
free(vd_info->frame_buffer);
if (vd_info->tmp_buffer)
free(vd_info->tmp_buffer);
vd_info->frame_buffer = NULL;
/* it is a good thing to unmap! */
for (i = 0; i < NB_BUFFER; i++)
{
if (-1 == munmap(vd_info->mem[i], vd_info->buf.length))
error_out("munmap");
}
?
close(vd_info->camfd);
debug_msg("close OK!n");
3、顯示——SDL
SDL是Simple DirectMedia Layer的簡稱，是一個自由的跨平臺的多媒體開發(fā)包，適用于游戲、游戲SDK、演示軟件、模擬器、MPEG播放器和其他應(yīng)用軟件。本文將它大材小用，用于顯示采集得到的視頻數(shù)據(jù)。
顯示的代碼片段如下：
SDL_Surface *pscreen = NULL;
SDL_Overlay *overlay = NULL;
SDL_Rect drect;
SDL_Event sdlevent;
SDL_mutex *affmutex = NULL;
unsigned char frmrate;
unsigned char *p = NULL;
uint32 currtime;
uint32 lasttime;
char* status = NULL;
?
/************* Test SDL capabilities ************/
/* memory leak here */
?
if (SDL_Init(SDL_INIT_VIDEO) < 0)
{
fprintf(stderr, "Couldn't initialize SDL: %sn", SDL_GetError());
exit(1);
}
?
/* it need to alloc space! */
vd_info = (struct video_info *) calloc(1, sizeof(struct video_info));
/* init the camera,you can change the last three params!!! */
if (v4l2_init(vd_info, V4L2_PIX_FMT_YUYV, 640, 480) < 0)
return EXIT_FAILURE;
?
pscreen =
SDL_SetVideoMode(vd_info->width, vd_info->height, 0,
SDL_VIDEO_Flags);
?
overlay =
SDL_CreateYUVOverlay(vd_info->width, vd_info->height,
SDL_YUY2_OVERLAY, pscreen);
/* here?? */
p = (unsigned char *) overlay->pixels[0];
drect.x = 0;
drect.y = 0;
drect.w = pscreen->w;
drect.h = pscreen->h;
?
lasttime = SDL_GetTicks();
?
affmutex = SDL_CreateMutex();
/* big loop */
while (vd_info->is_quit)
{
while (SDL_PollEvent(&sdlevent))
{
if (sdlevent.type == SDL_QUIT)
{
vd_info->is_quit = 0;
break;
}
}
currtime = SDL_GetTicks();
if (currtime - lasttime > 0)
{
frmrate = 1000/(currtime - lasttime);
}
lasttime = currtime;
?
if (v4l2_grab(vd_info) < 0)
{
printf("Error grabbing n");
break;
}
?
SDL_LockYUVOverlay(overlay);
/* frame_buffer to p */
memcpy(p, vd_info->frame_buffer,
vd_info->width * (vd_info->height) * 2);
SDL_UnlockYUVOverlay(overlay);
SDL_DisplayYUVOverlay(overlay, &drect); /* dispaly it */
status = (char *)calloc(1, 20*sizeof(char));
sprintf(status, "come on fps:%d",frmrate);
SDL_WM_SetCaption(status, NULL);
?
SDL_Delay(10);
}
?
SDL_DestroyMutex(affmutex);
SDL_FreeYUVOverlay(overlay);
?
v4l2_close(vd_info);
free(status);
free(vd_info);
printf("Clean Up done Quit n");
SDL_Quit();
return 0;
在紅旗操作系統(tǒng)下測試如圖3所示。最上面的即為SDL繪制的窗口(至于它向下調(diào)用什么圖形庫就不用理會了)，中間的為控制臺，它不斷輸出采集到的幀數(shù)以及每一幀的大小。最下面的是emacs。
?
圖3 測試示例圖
為了演示emacs的多窗口gdb調(diào)試，現(xiàn)附上幾個圖。算是emacs篇的補充吧。
附圖1中，已經(jīng)加載了可執(zhí)行文件，并設(shè)置了斷點(命令為b main emacs，單步后，中間窗口出現(xiàn)紅點即為斷點處)。
附圖2所示的是正在顯示圖像，左上角即為控制臺，出現(xiàn)的信息同上述截圖一樣。
附圖3為結(jié)束的情形。重新回到gdb等待命令狀態(tài)。
此時的emacs五個窗口中各有自己的功能，從上而下，分別為控制臺、變量、源代碼、幀棧以及斷點。
看到了吧？emacs中調(diào)試不比VC差吧？
下載文檔
