V4L2 API详解 <二> Camera详细设置

怼烎@ 2022-09-26 02:20 309阅读 0赞

Camera的可设置项极多，V4L2 支持了不少。但Sam之前对这些设置的用法和涵义都是在看videodev2.h中边看边理解，感觉非常生涩。直到写这篇blog时，才发现v4l2有专门的SPEC来说明：

http://www.linuxtv.org/downloads/legacy/video4linux/API/V4L2\_API/spec-single/v4l2.html

但也基本没有时间仔细看了。先把自己看头文件看出的一些东西记录在这里吧。

以实际设置过程为顺序谈谈V4L2 设置。

**1. 查询V4L2 功能集：VIDIOC\_QUERYCAP**

struct v4l2\_capability cap;

int rel = 0;

ioctl(Handle, VIDIOC\_QUERYCAP, &cap);

使用ioctl  VIDIOC\_QUERYCAP 来查询当前driver是否合乎规范。因为V4L2要求所有driver 和Device都支持这个Ioctl。 所以，可以通过这个ioctl是否成功来判断当前设备和dirver 是否支持V4L2规范。当然，这样同时还能够得到设备足够的能力信息。

struct v4l2\_capability

\_\_u8 driver\[16\];//驱动名。

\_\_u8 card\[32\];// Device名

\_\_u8 bus\_info\[32\]; //在Bus系统中存放位置

\_\_u32 version;//driver 版本

\_\_u32 capabilities; // **能力集**

\_\_u32 reserved\[4\];

\};

能力集中包含：

**V4L2\_CAP\_VIDEO\_CAPTURE 0x00000001**The device supports the VideoCapture interface.

V4L2\_CAP\_VIDEO\_OUTPUT 0x00000002The device supports the VideoOutput interface.

V4L2\_CAP\_VIDEO\_OVERLAY 0x00000004The device supports the VideoOverlay interface.

A video overlay device typically stores captured images directly in the video memoryof a graphics card,with hardware clipping and scaling.

V4L2\_CAP\_VBI\_CAPTURE0x00000010 The device supports the Raw VBI Capture interface, providing Teletext and Closed Caption data.

V4L2\_CAP\_VBI\_OUTPUT0x00000020The device supports the Raw VBI Output interface.

V4L2\_CAP\_SLICED\_VBI\_CAPTURE 0x00000040 The device supports the Sliced VBI Capture interface.

V4L2\_CAP\_SLICED\_VBI\_OUTPUT0x00000080 The device supports the Sliced VBI Output interface.

V4L2\_CAP\_RDS\_CAPTURE0x00000100\[to be defined\]

\#define V4L2\_CAP\_TUNER 0x00010000

\#define V4L2\_CAP\_AUDIO 0x00020000

\#define V4L2\_CAP\_RADIO 0x00040000

\#define V4L2\_CAP\_READWRITE 0x01000000

\#define V4L2\_CAP\_ASYNCIO 0x02000000

**\#define V4L2\_CAP\_STREAMING 0x04000000**

看起来很熟悉吧，其实就是Driver里面的Type。

\_\_u8 driver\[16\]; driver名，通常为：uvcvideo

\_\_u8 card\[32\]; 设备名：厂商会填写。

\_\_u8 bus\_info\[32\]; bus,通常为：usb-hiusb-ehci-2.4

\_\_u32 version;

\_\_u32 capabilities; 通常为：V4L2\_CAP\_VIDEO\_CAPTURE | V4L2\_CAP\_STREAMING

\_\_u32 reserved\[4\];

**2. 枚举设备所支持的image format: VIDIOC\_ENUM\_FMT**

struct v4l2\_fmtdesc fmtdesc;

fmtdesc.index = 0;

fmtdesc.type = V4L2\_BUF\_TYPE\_VIDEO\_CAPTURE;

ret = ioctl(Handle, VIDIOC\_ENUM\_FMT, &fmtdesc);

使用ioctl VIDIOC\_ENUM\_FMT 依次询问，type为： V4L2\_BUF\_TYPE\_VIDEO\_CAPTURE。 index从0开始，依次增加，直到返回 . Driver会填充结构体 struct v4l2\_fmtdesc的其它内容，如果index超出范围，则返回-1。

struct v4l2\_fmtdesc

\_\_u32 index;// 需要填充，从0开始，依次上升。

enum v4l2\_buf\_type type;//Camera，则填写 V4L2\_BUF\_TYPE\_VIDEO\_CAPTURE

\_\_u32 flags;// 如果压缩的，则Driver 填写：V4L2\_FMT\_FLAG\_COMPRESSED，否则为0

\_\_u8 description\[32\];// image format的描述，如：YUV 4:2:2 (YUYV)

\_\_u32 pixelformat;//所支持的格式。 如：V4L2\_PIX\_FMT\_UYVY

\_\_u32 reserved\[4\];

\};

这样，则知道当前硬件支持什么样的image format. 下一步，则可以设置image 了。当然，设置之前，还可以读取当前缺省设置。

**3. 得到和设置Image Format: VIDIOC\_G\_FMT, VIDIOC\_S\_FMT:**

**3.1: 得到当前Image Format**：

struct v4l2\_format Format;

memset(&Format, 0, sizeof(struct v4l2\_format));

Format.type = V4L2\_BUF\_TYPE\_VIDEO\_CAPTURE;

ioctl(Handle, VIDIOC\_G\_FMT, &Format);

利用ioctl VIDIOC\_G\_FMT. 得到当前设置。

因为Camera为CAPTURE设备，所以需要设置type为：  `V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE`

`然后Driver会填充其它内容。`

struct v4l2\_format

enum v4l2\_buf\_type type;  // Camera，则用户必须填写： V4L2\_BUF\_TYPE\_VIDEO\_CAPTURE

union

**struct v4l2\_pix\_format pix; //**  used by video capture and output devices

struct v4l2\_window win;

struct v4l2\_vbi\_format vbi;

struct v4l2\_sliced\_vbi\_format sliced;

\_\_u8 raw\_data\[200\];

\} fmt;

\};

因为是Camera， 所以采用pix. 现在分析如下：

struct v4l2\_pix\_format

\_\_u32 width; // Image width in pixels.

\_\_u32 height;  // Image Height in pixels.

\_\_u32 pixelformat; // Image格式，最常见的有：V4L2\_PIX\_FMT\_YYUV

enum v4l2\_field field; //是否逐行扫描，是否隔行扫描. Sam通常采用 V4L2\_FIELD\_NONE，逐行放置数据 (注1)

\_\_u32 bytesperline; //每行的byte数

\_\_u32 sizeimage; //总共的byte数， `bytesperline *` height

enum v4l2\_colorspace colorspace; // This information supplements the  `pixelformat` and must be set by the driver

\_\_u32 priv;

\};

**3.2：设置Image Format:VIDIOC\_S\_FMT**

之前通过 **VIDIOC\_ENUM\_FMT**已经知道Device支持什么Format。 所以就不用猜测了，直接设置吧。

设置Image Format ,利用 iocto VIDIOC\_S\_FMT.

需要APPLICATION填写的Struct项目有：

struct v4l2\_format Format;

Format.type = V4L2\_BUF\_TYPE\_VIDEO\_CAPTURE;

Format.fmt.pix.width = Width;

Format.fmt.pix.height = Height;

Format.fmt.pix.pixelformat= pixelformat;//V4L2\_PIX\_FMT\_YUYV;

Format.fmt.pix.field = field;

io\_rel = ioctl(Handle, VIDIOC\_S\_FMT, &Format);

SamInfo：之前设置了Image Format， 是指每一帧的数据格式，但Stream的行为呢，也需要设置，这就是下面所说的Stream 设置了。它就包含帧数设置和修改。

**4. 得到和设置Stream信息：VIDIOC\_G\_PARM， VIDIOC\_S\_PARM**

Stream信息，主要是设置帧数。

**4.1：得到Stream信息：**

struct v4l2\_streamparm Stream\_Parm;

memset(&Stream\_Parm, 0, sizeof(struct v4l2\_streamparm));

Stream\_Parm.type = V4L2\_BUF\_TYPE\_VIDEO\_CAPTURE;

io\_rel = ioctl(Handle, VIDIOC\_G\_PARM, &Stream\_Parm);

用户只需要填充type为 V4L2\_BUF\_TYPE\_VIDEO\_CAPTURE。 Driver就会把结构体中其它部分填充好。

struct v4l2\_streamparm

enum v4l2\_buf\_type type;

union

**struct v4l2\_captureparm capture;**

struct v4l2\_outputparm output;

\_\_u8 raw\_data\[200\];

\} parm;

\};

因为是Camera， 所以使用capture. 它是  **struct v4l2\_captureparm**

struct v4l2\_captureparm

\_\_u32 capability; //是否可以被timeperframe控制帧数。可以则： V4L2\_CAP\_TIMEPERFRAME

\_\_u32 capturemode;  //是否为高清模式。如果是：

<table style="margin:0px; padding:0px; font-family:serif; background-color:rgb(255,255,255)">      
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="margin:0px; padding:0px; font-family:Verdana,宋体,sans-serif; line-height:18px"> <code>则设置为：V4L2_MODE_HIGHQUALITY。&nbsp;</code>高清模式会牺牲其它信息。通常设置为0。</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

struct v4l2\_fract timeperframe; //帧数。

\_\_u32 extendedmode; //定制的。如果不支持，设置为0

\_\_u32 readbuffers;

\_\_u32 reserved\[4\];

\};

struct v4l2\_fract timeperframe; //帧数。

struct v4l2\_fract \{

\_\_u32 numerator; // 分子。 例：1

\_\_u32 denominator; //分母。 例：30

\};

**4.2：设置帧数：**

struct v4l2\_streamparm Stream\_Parm;

memset(&Stream\_Parm, 0, sizeof(struct v4l2\_streamparm));

Stream\_Parm.type = V4L2\_BUF\_TYPE\_VIDEO\_CAPTURE;

Stream\_Parm.parm.capture.timeperframe.denominator =Denominator;;

Stream\_Parm.parm.capture.timeperframe.numerator = Numerator;

io\_rel = ioctl(Handle, VIDIOC\_S\_PARM, &Stream\_Parm);

**请注意，哪怕ioctl返回0。也有可能没设置成功。所以需要再次Get。**

**当然，哪怕Get发现设置成功。真正抓帧也可能没那么高。**

**5. 利用VIDIOC\_G\_CTRL得到一些设置：**

一些具体的设置，如曝光模式(Exposure Type)，曝光值(Exposure)，增益(Gain),白平衡(WHITE\_BALANCE),亮度( BRIGHTNESS)，饱和度( SATURATION)，对比度( CONTRAST)等信息。可以通过VIDIOC\_G\_CTRL得到当前值。

**用法：APP 填写结构体中的id. 通过调用VIDIOC\_G\_CTRL，driver 会填写结构体中value项。**

struct v4l2\_control ctrl;

struct v4l2\_control

\_\_u32 id;

\_\_s32 value;

\};

以曝光模式，曝光，和增益为例;

曝光模式：

struct v4l2\_control ctrl;

ctrl.id = V4L2\_CID\_EXPOSURE\_AUTO;

ret = ioctl(Handle, VIDIOC\_G\_CTRL, &ctrl);

ctrl.value 则由Driver填写。告知当前曝光模式。

有以下几个选择：

enum v4l2\_exposure\_auto\_type \{

V4L2\_EXPOSURE\_AUTO = 0,

V4L2\_EXPOSURE\_MANUAL = 1,

V4L2\_EXPOSURE\_SHUTTER\_PRIORITY = 2,

V4L2\_EXPOSURE\_APERTURE\_PRIORITY = 3

\};

曝光：

struct v4l2\_control ctrl;

ctrl.id = V4L2\_CID\_EXPOSURE\_ABSOLUTE;

ret = ioctl(Handle, VIDIOC\_G\_CTRL, &ctrl);

同样，driver填写ctrl.value. 内容为曝光值。

增益：

struct v4l2\_control ctrl;

ctrl.id = V4L2\_CID\_GAIN;

ret = ioctl(Handle, VIDIOC\_G\_CTRL, &ctrl);

同样，driver填写ctrl.value. 内容为增益。

**6. 利用VIDIOC\_QUERYCTRL 得到设置具体信息：**

在很多情况下，我们并不知道如何设置一些信息，例如，曝光应该设置为多少？Driver能够接受的范围是多少？最大，最小值是多少？步长是多少？缺省值为多少？

可以通过VIDIOC\_QUERYCTRL得到。

咱们还是以增益为例：

struct v4l2\_queryctrl Setting;

Setting.id = V4L2\_CID\_GAIN;

ret = ioctl(Handle, VIDIOC\_QUERYCTRL, &Setting);

Driver就会填写结构体中所有信息。

struct v4l2\_queryctrl

\_\_u32 id; //用户设置。指定查找的是哪个ID。

enum v4l2\_ctrl\_type type;

\_\_u8 name\[32\]; //ID对应的名字。

\_\_s32 minimum;

\_\_s32 maximum;

\_\_s32 step;  //步长

\_\_s32 default\_value;

\_\_u32 flags;

\_\_u32 reserved\[2\];

\};

这样，就知道设置什么值是合法的了。那么，下一步就是设置了。

**7. 利用VIDIOC\_S\_CTRL来设置：**

很简单，设置id和value.调用ioctl就好。

还是以增益为例：

struct v4l2\_control ctrl;

ctrl.id = V4L2\_CID\_GAIN;

ctrl.value = Gain;

ret = ioctl(Handle, VIDIOC\_S\_CTRL, &ctrl);

**有时候，硬件设置很奇怪，可以设置某个信息，却无法得到如何设置的信息。例如：HD-500可以设置增益。却无法得到该如何设置。**

8. 利用扩展Ctrl设置:

焦距(FOUCE);

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