Video for linux 2 example (v4l2 demo)

metalseed發表於2014-10-03
IDELinux

                       V4L2 API講解附demo

（注：從他人部落格整理修正而來）

（看完本文後，更簡便的api請移步至video for linux 2 API）

1. 定義


V4L2(Video For Linux Two) 是核心提供給應用程式訪問音、視訊驅動的統一介面。


2. 工作流程：


開啟裝置－> 檢查和設定裝置屬性－> 設定幀格式－> 設定一種輸入輸出方法（緩衝 區管理）－> 迴圈獲取資料－> 關閉裝置。


3. 裝置的開啟和關閉：


#include <fcntl.h>

int open(const char *device_name, int flags);

#include <unistd.h>

int clo se(int fd);

例：


int fd=open(“/dev/video0”,O_RDWR); // 開啟裝置

close(fd); // 關閉裝置

注意：V4L2 的相關定義包含在標頭檔案<linux/videodev2.h> 中.


4. 查詢裝置屬性： VIDIOC_QUERYCAP


相關函式：


int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_capability *argp);

相關結構體：


struct v4l2_capability

{

u8 driver[16]; // 驅動名字

u8 card[32]; // 裝置名字

u8 bus_info[32]; // 裝置在系統中的位置

u32 version; // 驅動版本號

u32 capabilities; // 裝置支援的操作

u32 reserved[4]; // 保留欄位

};

capabilities 常用值:

V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE // 是否支援影像獲取

例：顯示裝置資訊


struct v4l2_capability cap;

ioctl(fd,VIDIOC_QUERYCAP,&cap);

printf(“Driver Name:%s\nCard Name:%s\nBus info:%s\nDriver Version:%u.%u.%u\n”,cap.driver,cap.card,cap.bus_info,(cap.version>>16)&0XFF, (cap.version>>8)&0XFF,cap.version&0XFF);

5. 設定視訊的制式和幀格式


制式包括PAL，NTSC，幀的格式個包括寬度和高度等。

相關函式：


int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_fmtdesc *argp);

int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_format *argp);

相關結構體：

v4l2_cropcap 結構體用來設定攝像頭的捕捉能力，在捕捉上視訊時應先先設定

v4l2_cropcap 的 type 域，再通過 VIDIO_CROPCAP 操作命令獲取裝置捕捉能力的引數，儲存於 v4l2_cropcap 結構體中，包括 bounds（最大捕捉方框的左上角座標和寬高），defrect

（預設捕捉方框的左上角座標和寬高）等。

v4l2_format 結構體用來設定攝像頭的視訊制式、幀格式等，在設定這個引數時應先填 好 v4l2_format 的各個域，如 type（傳輸流型別），fmt.pix.width(寬)，

fmt.pix.heigth(高)，fmt.pix.field(取樣區域，如隔行取樣)，fmt.pix.pixelformat(採

樣型別，如 YUV4:2:2)，然後通過 VIDIO_S_FMT 操作命令設定視訊捕捉格式。如下圖所示：

clip_image004



5.1 查詢並顯示所有支援的格式：VIDIOC_ENUM_FMT


相關函式：


int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_fmtdesc *argp);


相關結構體：


struct v4l2_fmtdesc

{

u32 index; // 要查詢的格式序號，應用程式設定

enum v4l2_buf_type type; // 幀型別，應用程式設定

u32 flags; // 是否為壓縮格式

u8 description[32]; // 格式名稱

u32 pixelformat; // 格式

u32 reserved[4]; // 保留

};

例：顯示所有支援的格式


struct v4l2_fmtdesc fmtdesc; fmtdesc.index=0; fmtdesc.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; printf("Support format:\n");

while(ioctl(fd, VIDIOC_ENUM_FMT, &fmtdesc) != -1)

{

printf("\t%d.%s\n",fmtdesc.index+1,fmtdesc.description);

fmtdesc.index++;

}

5.2 檢視或設定當前格式： VIDIOC_G_FMT, VIDIOC_S_FMT


檢查是否支援某種格式：VIDIOC_TRY_FMT

相關函式：


int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_format *argp);

相關結構體：


struct v4l2_format
{

enum v4l2_buf_type type; // 幀型別，應用程式設定

union fmt
    {

        struct v4l2_pix_format pix; // 視訊裝置使用

        struct v4l2_window win;

        struct v4l2_vbi_format vbi;

        struct v4l2_sliced_vbi_format sliced;

        u8 raw_data[200];

    };
};

struct v4l2_pix_format

{

    u32 width; // 幀寬，單位畫素

    u32 height; // 幀高，單位畫素

    u32 pixelformat; // 幀格式

    enum v4l2_field field;

    u32 bytesperline;

    u32 sizeimage;

    enum v4l2_colorspace colorspace;

    u32 priv;

};

例：顯示當前幀的相關資訊


struct v4l2_format fmt;

fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

ioctl(fd, VIDIOC_G_FMT, &fmt);

printf(“Current data format information:\n\twidth:%d\n\theight:%d\n”, fmt.fmt.pix.width,fmt.fmt.pix.height);

struct v4l2_fmtdesc fmtdesc;

fmtdesc.index = 0;

fmtdesc.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

while(ioctl(fd,VIDIOC_ENUM_FMT,&fmtdesc) != -1)
{

    if(fmtdesc.pixelformat & fmt.fmt.pix.pixelformat)
    {

        printf(“\tformat:%s\n”,fmtdesc.description);

        break;

    }
    fmtdesc.index++;

}


例：檢查是否支援某種幀格式


struct v4l2_format fmt; 

fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; 

fmt.fmt.pix.pixelformat = V4L2_PIX_FMT_RGB32; 

if(ioctl(fd,VIDIOC_TRY_FMT,&fmt) == -1) 
{
    if(errno==EINVAL)
    {
        printf(“not support format RGB32!\n”);
    }
}


6. 影像的縮放 VIDIOC_CROPCAP


相關函式：


int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_cropcap *argp);

int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_crop *argp);

int ioctl(int fd, int request, const struct v4l2_crop *argp);

相關結構體：

v4l2_cropcap 結構體用來設定攝像頭的捕捉能力，在捕捉上視訊時應先先設定v4l2_cropcap 的 type 域，再通過 VIDIO_CROPCAP 操作命令獲取裝置捕捉能力的引數，儲存於 v4l2_cropcap 結構體中，包括 bounds（最大捕捉方框的左上角座標和寬高），defrect（預設捕捉方框的左上角座標和寬高）等。

Cropping 和 scaling 主要指的是影像的取景範圍及圖片的比例縮放的支援。Crop 就 是把得到的資料作一定的裁剪和伸縮，裁剪可以只取樣我們可以得到的影像大小的一部分， 剪裁的主要引數是位置、長度、寬度。而 scale 的設定是通過 VIDIOC_G_FMT 和 VIDIOC_S_FMT 來獲得和設定當前的 image 的長度，寬度來實現的。看下圖

image

我們可以假設 bounds 是 sensor 最大能捕捉到的影像範圍，而 defrect 是裝置預設 的最大取樣範圍，這個可以通過 VIDIOC_CROPCAP 的 ioctl 來獲得裝置的 crap 相關的屬 性 v4l2_cropcap，其中的 bounds 就是這個 bounds，其實就是上限。每個裝置都有個默 認的取樣範圍，就是 defrect，就是 default rect 的意思，它比 bounds 要小一些。這 個範圍也是通過 VIDIOC_CROPCAP 的 ioctl 來獲得的 v4l2_cropcap 結構中的 defrect 來表示的，我們可以通過 VIDIOC_G_CROP 和 VIDIOC_S_CROP 來獲取和設定裝置當前的 crop 設定。


6.1 設定裝置捕捉能力的引數


相關函式：


int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_cropcap *argp);


相關結構體：


struct v4l2_cropcap
{

    enum v4l2_buf_type type; // 資料流的型別，應用程式設定

    struct v4l2_rect bounds; // 這是 camera 的鏡頭能捕捉到的視窗大小的侷限

    struct v4l2_rect defrect; // 定義預設視窗大小，包括起點位置及長,寬的大小，大小以畫素為單位

    struct v4l2_fract pixelaspect; // 定義了圖片的寬高比

};

6.2 設定視窗取景引數 VIDIOC_G_CROP 和 VIDIOC_S_CROP


相關函式：


int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_crop *argp);

int ioctl(int fd, int request, const struct v4l2_crop *argp);


相關結構體：


struct v4l2_crop
{

    enum v4l2_buf_type type;// 應用程式設定

    struct v4l2_rect c;

}


7.video Inputs and Outputs


VIDIOC_G_INPUT 和 VIDIOC_S_INPUT 用來查詢和選則當前的 input，一個 video 裝置 節點可能對應多個視訊源，比如 saf7113 可以最多支援四路 cvbs 輸入，如果上層想在四 個cvbs視訊輸入間切換，那麼就要呼叫 ioctl(fd, VIDIOC_S_INPUT, &input) 來切換。VIDIOC_G_INPUT and VIDIOC_G_OUTPUT 返回當前的 video input和output的index.

相關函式：


int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_input *argp);

相關結構體：


struct v4l2_input 
{
    __u32 index;    /* Which input */
    __u8 name[32];  /* Label */
    __u32 type;     /* Type of input */
    __u32 audioset; /* Associated audios (bitfield) */
    __u32 tuner;    /* Associated tuner */
    v4l2_std_id std;
    __u32 status;
    __u32 reserved[4];
};

我們可以通過VIDIOC_ENUMINPUT and VIDIOC_ENUMOUTPUT 分別列舉一個input或者 output的資訊，我們使用一個v4l2_input結構體來存放查詢結果，這個結構體中有一個 index域用來指定你索要查詢的是第幾個input/ouput,如果你所查詢的這個input是當前正 在使用的，那麼在v4l2_input還會包含一些當前的狀態資訊，如果所 查詢的input/output 不存在，那麼回返回EINVAL錯誤，所以，我們通過迴圈查詢，直到返回錯誤來遍歷所有的 input/output. VIDIOC_G_INPUT and VIDIOC_G_OUTPUT 返回當前的video input和output 的index.


例： 列舉當前輸入視訊所支援的視訊格式


struct v4l2_input input;

struct v4l2_standard standard;

memset (&input, 0, sizeof (input));

//首先獲得當前輸入的 index,注意只是 index，要獲得具體的資訊，就的呼叫列舉操作

if (-1 == ioctl (fd, VIDIOC_G_INPUT, &input.index)) 
{

    perror (”VIDIOC_G_INPUT”);

    exit (EXIT_FAILURE);

}

//呼叫列舉操作，獲得 input.index 對應的輸入的具體資訊

if (-1 == ioctl (fd, VIDIOC_ENUMINPUT, &input)) 
{

    perror (”VIDIOC_ENUM_INPUT”);

    exit (EXIT_FAILURE);

}

printf (”Current input %s supports:\n”, input.name); memset (&standard, 0, sizeof (standard)); standard.index = 0;

//列舉所有的所支援的 standard，如果 standard.id 與當前 input 的 input.std 有共同的
//bit flag，意味著當前的輸入支援這個 standard,這樣將所有驅動所支援的 standard 列舉一個
//遍，就可以找到該輸入所支援的所有 standard 了。

while (0 == ioctl (fd, VIDIOC_ENUMSTD, &standard)) 
{

    if (standard.id & input.std)

    printf (”%s\n”, standard.name);

    standard.index++;

}

/* EINVAL indicates the end of the enumeration, which cannot be empty unless this device falls under the USB exception. */

if (errno != EINVAL || standard.index == 0) 
{

    perror (”VIDIOC_ENUMSTD”);

    exit (EXIT_FAILURE);

}

8. Video standards


相關函式：


v4l2_std_id std_id; //這個就是個64bit得數

int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_standard *argp);


相關結構體：


typedef u64 v4l2_std_id;

struct v4l2_standard 
{

    u32 index;

    v4l2_std_id id;

    u8 name[24];

    struct v4l2_fract frameperiod; /* Frames, not fields */

    u32 framelines;

    u32 reserved[4];

};

當然世界上現在有多個視訊標準，如NTSC和PAL，他們又細分為好多種，那麼我們的設 備輸入/輸出究竟支援什麼樣的標準呢？我們的當前在使用的輸入和輸出正在使用的是哪 個標準呢？我們怎麼設定我們的某個輸入輸出使用的標準呢？這都是有方法的。

查詢我們的輸入支援什麼標準，首先就得找到當前的這個輸入的index，然後查出它的 屬性，在其屬性裡面可以得到該輸入所支援的標準，將它所支援的各個標準與所有的標準 的資訊進行比較，就可以獲知所支援的各個標準的屬性。一個輸入所支援的標準應該是一 個集合，而這個集合是用bit與的方式用一個64位數字表示。因此我們所查到的是一個數字。

Example： Information about the current video standard v4l2_std_id std_id; //這個就是個64bit得數


struct v4l2_standard standard;

// VIDIOC_G_STD就是獲得當前輸入使用的standard，不過這裡只是得到了該標準的id

// 即flag，還沒有得到其具體的屬性資訊，具體的屬性資訊要通過列舉操作來得到。

if (-1 == ioctl (fd, VIDIOC_G_STD, &std_id)) 
{

    perror (”VIDIOC_G_STD”);

    exit (EXIT_FAILURE);
//獲得了當前輸入使用的standard

// Note when VIDIOC_ENUMSTD always returns EINVAL this is no video device

// or it falls under the USB exception, and VIDIOC_G_STD returning EINVAL

// is no error.

}

memset (&standard, 0, sizeof (standard));

standard.index = 0; //從第一個開始列舉

// VIDIOC_ENUMSTD用來列舉所支援的所有的video標準的資訊，不過要先給standard

// 結構的index域制定一個數值，所列舉的標 準的資訊屬性包含在standard裡面，

// 如果我們所列舉的標準和std_id有共同的bit，那麼就意味著這個標準就是當前輸

// 入所使用的標準，這樣我們就得到了當前輸入使用的標準的屬性資訊

while (0 == ioctl (fd, VIDIOC_ENUMSTD, &standard)) 
{

    if (standard.id & std_id) 
    {

        printf (”Current video standard: %s\n”, standard.name);

        exit (EXIT_SUCCESS);

    }

    standard.index++;

}

/* EINVAL indicates the end of the enumeration, which cannot be empty unless this device falls under the USB exception. */

if (errno == EINVAL || standard.index == 0) 
{

    perror (”VIDIOC_ENUMSTD”);

    exit (EXIT_FAILURE);

}

9. 申請和管理緩衝區


應用程式和裝置有三種交換資料的方法，直接 read/write、記憶體對映(memory mapping)

和使用者指標。這裡只討論記憶體對映(memory mapping)。


9.1 向裝置申請緩衝區 VIDIOC_REQBUFS


相關函式：


int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_requestbuffers *argp);


相關結構體：


struct v4l2_requestbuffers
{

    u32 count; // 緩衝區內緩衝幀的數目

    enum v4l2_buf_type type; // 緩衝幀資料格式

    enum v4l2_memory memory; // 區別是記憶體對映還是使用者指標方式

    u32 reserved[2];

};

注：

enum v4l2_memoy

{

        V4L2_MEMORY_MMAP, V4L2_MEMORY_USERPTR

};

//count,type,memory 都要應用程式設定


例：申請一個擁有四個緩衝幀的緩衝區


struct v4l2_requestbuffers req; 

req.count = 4; 

req.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; 

req.memory = V4L2_MEMORY_MMAP; 

ioctl(fd,VIDIOC_REQBUFS,&req);

9.2 獲取緩衝幀的地址，長度：VIDIOC_QUERYBUF

相關函式：


int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_buffer *argp);

相關結構體：


struct v4l2_buffer
{

    u32 index; //buffer 序號

    enum v4l2_buf_type type; //buffer 型別

    u32 byteused; //buffer 中已使用的位元組數

    u32 flags; // 區分是MMAP 還是USERPTR

    enum v4l2_field field;

    struct timeval timestamp; // 獲取第一個位元組時的系統時間

    struct v4l2_timecode timecode;

    u32 sequence; // 佇列中的序號

    enum v4l2_memory memory; //IO 方式，被應用程式設定

    union m

    {

        u32 offset; // 緩衝幀地址，只對MMAP 有效

        unsigned long userptr;

    };

    u32 length; // 緩衝幀長度

    u32 input;

    u32 reserved;

};

9.3 記憶體對映MMAP 及定義一個結構體來對映每個緩衝幀。 相關結構體：


struct buffer
{

    void* start;

    unsigned int length;

}*buffers;

相關函式：


#include <sys/mman.h>

void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset)

//addr 對映起始地址，一般為NULL ，讓核心自動選擇

//length 被對映記憶體塊的長度

//prot 標誌對映後能否被讀寫，其值為PROT_EXEC,PROT_READ,PROT_WRITE, PROT_NONE

//flags 確定此記憶體對映能否被其他程式共享，MAP_SHARED,MAP_PRIVATE

//fd,offset, 確定被對映的記憶體地址 返回成功對映後的地址，不成功返回MAP_FAILED ((void*)-1)


相關函式：


int munmap(void *addr, size_t length);// 斷開對映

//addr 為對映後的地址，length 為對映後的記憶體長度

例：將四個已申請到的緩衝幀對映到應用程式，用buffers 指標記錄。


buffers = (buffer*)calloc (req.count, sizeof (*buffers));

if (!buffers) 
{
// 對映
    fprintf (stderr, "Out of memory/n");

    exit (EXIT_FAILURE);

}

for (unsigned int n_buffers = 0; n_buffers < req.count; ++n_buffers)

{

    struct v4l2_buffer buf;

    memset(&buf,0,sizeof(buf));

    buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

    buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;

    buf.index = n_buffers;

    // 查詢序號為n_buffers 的緩衝區，得到其起始實體地址和大小

    if (-1 == ioctl (fd, VIDIOC_QUERYBUF, &buf))
    {
        exit(-1);
    }
    

    buffers[n_buffers].length = buf.length;

    // 對映記憶體

    buffers[n_buffers].start = mmap (NULL,buf.length,PROT_READ | PROT_WRITE ,MAP_SHARED,fd, buf.m.offset);

    if (MAP_FAILED == buffers[n_buffers].start)
    {
        exit(-1);
    }
}

10. 緩衝區處理好之後，就可以開始獲取資料了


10.1 啟動 或 停止資料流 VIDIOC_STREAMON， VIDIOC_STREAMOFF


int ioctl(int fd, int request, const int *argp);

//argp 為流型別指標，如V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE.


10.2 在開始之前，還應當把緩衝幀放入緩衝佇列：

VIDIOC_QBUF// 把幀放入佇列

VIDIOC_DQBUF// 從佇列中取出幀


int ioctl(int fd, int request, struct v4l2_buffer *argp);

例：把四個緩衝幀放入佇列，並啟動資料流


unsigned int i;

enum v4l2_buf_type type;

for (i = 0; i < 4; ++i) // 將緩衝幀放入佇列
{

    struct v4l2_buffer buf;

    buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

    buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;

    buf.index = i;

    ioctl (fd, VIDIOC_QBUF, &buf);

}

type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

ioctl (fd, VIDIOC_STREAMON, &type);

// 這有個問題，這些buf 看起來和前面申請的buf 沒什麼關係，為什麼呢?

例：獲取一幀並處理

struct v4l2_buffer buf; CLEAR (buf);

buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;

ioctl (fd, VIDIOC_DQBUF, &buf); // 從緩衝區取出一個緩衝幀

process_image (buffers[buf.index.]start); //

ioctl (fdVIDIOC_QBUF&buf); //

附官方 v4l2 video capture example

/*
 *  V4L2 video capture example
 *
 *  This program can be used and distributed without restrictions.
 *
 *      This program is provided with the V4L2 API
 * see http://linuxtv.org/docs.php for more information
 */

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <assert.h>

#include <getopt.h>             /* getopt_long() */

#include <fcntl.h>              /* low-level i/o */
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/ioctl.h>

#include <linux/videodev2.h>

#define CLEAR(x) memset(&(x), 0, sizeof(x))

enum io_method {
        IO_METHOD_READ,
        IO_METHOD_MMAP,
        IO_METHOD_USERPTR,
};

struct buffer {
        void   *start;
        size_t  length;
};

static char            *dev_name;
static enum io_method   io = IO_METHOD_MMAP;
static int              fd = -1;
struct buffer          *buffers;
static unsigned int     n_buffers;
static int              out_buf;
static int              force_format;
static int              frame_count = 70;

/*
 *
 *
 *
 *
 */
static void errno_exit(const char *s)
{
        fprintf(stderr, "%s error %d, %s\n", s, errno, strerror(errno));
        exit(EXIT_FAILURE);
}


static int xioctl(int fh, int request, void *arg)
{
        int r;

        do {
                r = ioctl(fh, request, arg);
        } while (-1 == r && EINTR == errno);

        return r;
}

static void process_image(const void *p, int size)
{
        if (out_buf)
                fwrite(p, size, 1, stdout);

        fflush(stderr);
        fprintf(stderr, ".");
        fflush(stdout);
}

static int read_frame(void)
{
        struct v4l2_buffer buf;
        unsigned int i;

        switch (io) {
        case IO_METHOD_READ:
                if (-1 == read(fd, buffers[0].start, buffers[0].length)) {
                        switch (errno) {
                        case EAGAIN:
                                return 0;

                        case EIO:
                                /* Could ignore EIO, see spec. */

                                /* fall through */

                        default:
                                errno_exit("read");
                        }
                }

                process_image(buffers[0].start, buffers[0].length);
                break;

        case IO_METHOD_MMAP:
                CLEAR(buf);

                buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
                buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;

                if (-1 == xioctl(fd, VIDIOC_DQBUF, &buf)) {
                        switch (errno) {
                        case EAGAIN:
                                return 0;

                        case EIO:
                                /* Could ignore EIO, see spec. */

                                /* fall through */

                        default:
                                errno_exit("VIDIOC_DQBUF");
                        }
                }

                assert(buf.index < n_buffers);

                process_image(buffers[buf.index].start, buf.bytesused);

                if (-1 == xioctl(fd, VIDIOC_QBUF, &buf))
                        errno_exit("VIDIOC_QBUF");
                break;

        case IO_METHOD_USERPTR:
                CLEAR(buf);

                buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
                buf.memory = V4L2_MEMORY_USERPTR;

                if (-1 == xioctl(fd, VIDIOC_DQBUF, &buf)) {
                        switch (errno) {
                        case EAGAIN:
                                return 0;

                        case EIO:
                                /* Could ignore EIO, see spec. */

                                /* fall through */

                        default:
                                errno_exit("VIDIOC_DQBUF");
                        }
                }

                for (i = 0; i < n_buffers; ++i)
                        if (buf.m.userptr == (unsigned long)buffers[i].start
                            && buf.length == buffers[i].length)
                                break;

                assert(i < n_buffers);

                process_image((void *)buf.m.userptr, buf.bytesused);

                if (-1 == xioctl(fd, VIDIOC_QBUF, &buf))
                        errno_exit("VIDIOC_QBUF");
                break;
        }

        return 1;
}

/* two operations
 * step1 : delay
 * step2 : read frame
 */
static void mainloop(void)
{
        unsigned int count;

        count = frame_count;

        while (count-- > 0) {
                for (;;) {
                        fd_set fds;
                        struct timeval tv;
                        int r;

                        FD_ZERO(&fds);
                        FD_SET(fd, &fds);

                        /* Timeout. */
                        tv.tv_sec = 2;
                        tv.tv_usec = 0;

                        r = select(fd + 1, &fds, NULL, NULL, &tv);

                        if (-1 == r) {
                                if (EINTR == errno)
                                        continue;
                                errno_exit("select");
                        }

                        if (0 == r) {
                                fprintf(stderr, "select timeout\n");
                                exit(EXIT_FAILURE);
                        }

                        if (read_frame())
                                break;
                        /* EAGAIN - continue select loop. */
                }
        }
}
/*
 * one operation
 * step1 : VIDIOC_STREAMOFF
 */
static void stop_capturing(void)
{
        enum v4l2_buf_type type;

        switch (io) {
        case IO_METHOD_READ:
                /* Nothing to do. */
                break;

        case IO_METHOD_MMAP:
        case IO_METHOD_USERPTR:
                type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
                if (-1 == xioctl(fd, VIDIOC_STREAMOFF, &type))
                        errno_exit("VIDIOC_STREAMOFF");
                break;
        }
}

/* tow operations
 * step1 : VIDIOC_QBUF(insert buffer to queue)
 * step2 : VIDIOC_STREAMOFF
 */
static void start_capturing(void)
{
        unsigned int i;
        enum v4l2_buf_type type;

        switch (io) {
        case IO_METHOD_READ:
                /* Nothing to do. */
                break;

        case IO_METHOD_MMAP:
                for (i = 0; i < n_buffers; ++i) {
                        struct v4l2_buffer buf;

                        CLEAR(buf);
                        buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
                        buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
                        buf.index = i;

                        if (-1 == xioctl(fd, VIDIOC_QBUF, &buf))
                                errno_exit("VIDIOC_QBUF");
                }
                type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
                if (-1 == xioctl(fd, VIDIOC_STREAMON, &type))
                        errno_exit("VIDIOC_STREAMON");
                break;

        case IO_METHOD_USERPTR:
                for (i = 0; i < n_buffers; ++i) {
                        struct v4l2_buffer buf;

                        CLEAR(buf);
                        buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
                        buf.memory = V4L2_MEMORY_USERPTR;
                        buf.index = i;
                        buf.m.userptr = (unsigned long)buffers[i].start;
                        buf.length = buffers[i].length;

                        if (-1 == xioctl(fd, VIDIOC_QBUF, &buf))
                                errno_exit("VIDIOC_QBUF");
                }
                type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
                if (-1 == xioctl(fd, VIDIOC_STREAMON, &type))
                        errno_exit("VIDIOC_STREAMON");
                break;
        }
}

/* two operations
 * step1 : munmap buffers
 * steo2 : free buffers
 */
static void uninit_device(void)
{
        unsigned int i;

        switch (io) {
        case IO_METHOD_READ:
                free(buffers[0].start);
                break;

        case IO_METHOD_MMAP:
                for (i = 0; i < n_buffers; ++i)
                        if (-1 == munmap(buffers[i].start, buffers[i].length))
                                errno_exit("munmap");
                break;

        case IO_METHOD_USERPTR:
                for (i = 0; i < n_buffers; ++i)
                        free(buffers[i].start);
                break;
        }

        free(buffers);
}

static void init_read(unsigned int buffer_size)
{
        buffers = calloc(1, sizeof(*buffers));

        if (!buffers) {
                fprintf(stderr, "Out of memory\n");
                exit(EXIT_FAILURE);
        }

        buffers[0].length = buffer_size;
        buffers[0].start = malloc(buffer_size);

        if (!buffers[0].start) {
                fprintf(stderr, "Out of memory\n");
                exit(EXIT_FAILURE);
        }
}

static void init_mmap(void)
{
        struct v4l2_requestbuffers req;

        CLEAR(req);

        req.count = 4;
        req.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
        req.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;

        if (-1 == xioctl(fd, VIDIOC_REQBUFS, &req)) {
                if (EINVAL == errno) {
                        fprintf(stderr, "%s does not support "
                                 "memory mapping\n", dev_name);
                        exit(EXIT_FAILURE);
                } else {
                        errno_exit("VIDIOC_REQBUFS");
                }
        }

        if (req.count < 2) {
                fprintf(stderr, "Insufficient buffer memory on %s\n",
                         dev_name);
                exit(EXIT_FAILURE);
        }

        buffers = calloc(req.count, sizeof(*buffers));

        if (!buffers) {
                fprintf(stderr, "Out of memory\n");
                exit(EXIT_FAILURE);
        }

        for (n_buffers = 0; n_buffers < req.count; ++n_buffers) {
                struct v4l2_buffer buf;

                CLEAR(buf);

                buf.type        = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
                buf.memory      = V4L2_MEMORY_MMAP;
                buf.index       = n_buffers;

                if (-1 == xioctl(fd, VIDIOC_QUERYBUF, &buf))
                        errno_exit("VIDIOC_QUERYBUF");

                buffers[n_buffers].length = buf.length;
                buffers[n_buffers].start =
                        mmap(NULL /* start anywhere */,
                              buf.length,
                              PROT_READ | PROT_WRITE /* required */,
                              MAP_SHARED /* recommended */,
                              fd, buf.m.offset);

                if (MAP_FAILED == buffers[n_buffers].start)
                        errno_exit("mmap");
        }
}

static void init_userp(unsigned int buffer_size)
{
        struct v4l2_requestbuffers req;

        CLEAR(req);

        req.count  = 4;
        req.type   = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
        req.memory = V4L2_MEMORY_USERPTR;

        if (-1 == xioctl(fd, VIDIOC_REQBUFS, &req)) {
                if (EINVAL == errno) {
                        fprintf(stderr, "%s does not support "
                                 "user pointer i/o\n", dev_name);
                        exit(EXIT_FAILURE);
                } else {
                        errno_exit("VIDIOC_REQBUFS");
                }
        }

        buffers = calloc(4, sizeof(*buffers));

        if (!buffers) {
                fprintf(stderr, "Out of memory\n");
                exit(EXIT_FAILURE);
        }

        for (n_buffers = 0; n_buffers < 4; ++n_buffers) {
                buffers[n_buffers].length = buffer_size;
                buffers[n_buffers].start = malloc(buffer_size);

                if (!buffers[n_buffers].start) {
                        fprintf(stderr, "Out of memory\n");
                        exit(EXIT_FAILURE);
                }
        }
}

/* five operations
 * step1 : cap :query camera's capability and check it(is a video device? is it support read? is it support streaming?)
 * step2 : cropcap:set cropcap's type and get cropcap by VIDIOC_CROPCAP
 * step3 : set crop parameter by VIDIOC_S_CROP (such as frame type and angle)
 * step4 : set fmt
 * step5 : mmap
 */
static void init_device(void)
{
        struct v4l2_capability cap;
        struct v4l2_cropcap cropcap;
        struct v4l2_crop crop;
        struct v4l2_format fmt;
        unsigned int min;

        if (-1 == xioctl(fd, VIDIOC_QUERYCAP, &cap)) {
                if (EINVAL == errno) {
                        fprintf(stderr, "%s is no V4L2 device\n",
                                 dev_name);
                        exit(EXIT_FAILURE);
                } else {
                        errno_exit("VIDIOC_QUERYCAP");
                }
        }

        if (!(cap.capabilities & V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE)) {
                fprintf(stderr, "%s is no video capture device\n",
                         dev_name);
                exit(EXIT_FAILURE);
        }

        switch (io) {
        case IO_METHOD_READ:
                if (!(cap.capabilities & V4L2_CAP_READWRITE)) {
                        fprintf(stderr, "%s does not support read i/o\n",
                                 dev_name);
                        exit(EXIT_FAILURE);
                }
                break;

        case IO_METHOD_MMAP:
        case IO_METHOD_USERPTR:
                if (!(cap.capabilities & V4L2_CAP_STREAMING)) {
                        fprintf(stderr, "%s does not support streaming i/o\n",
                                 dev_name);
                        exit(EXIT_FAILURE);
                }
                break;
        }


        /* Select video input, video standard and tune here. */


        CLEAR(cropcap);

        cropcap.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
        /* if device support cropcap's type then set crop */
        if (0 == xioctl(fd, VIDIOC_CROPCAP, &cropcap)) {
                crop.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
                crop.c = cropcap.defrect; /* reset to default */

                if (-1 == xioctl(fd, VIDIOC_S_CROP, &crop)) {
                        switch (errno) {
                        case EINVAL:
                                /* Cropping not supported. */
                                break;
                        default:
                                /* Errors ignored. */
                                break;
                        }
                }
        } else {
                /* Errors ignored. */
        }


        CLEAR(fmt);

        fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
        if (force_format) {
                fmt.fmt.pix.width       = 640;
                fmt.fmt.pix.height      = 480;
                fmt.fmt.pix.pixelformat = V4L2_PIX_FMT_YUYV;
                fmt.fmt.pix.field       = V4L2_FIELD_INTERLACED;

                if (-1 == xioctl(fd, VIDIOC_S_FMT, &fmt))
                        errno_exit("VIDIOC_S_FMT");

                /* Note VIDIOC_S_FMT may change width and height. */
        } else {
                /* Preserve original settings as set by v4l2-ctl for example */
                if (-1 == xioctl(fd, VIDIOC_G_FMT, &fmt))
                        errno_exit("VIDIOC_G_FMT");
        }

        /* Buggy driver paranoia. */
        min = fmt.fmt.pix.width * 2;
        if (fmt.fmt.pix.bytesperline < min)
                fmt.fmt.pix.bytesperline = min;
        min = fmt.fmt.pix.bytesperline * fmt.fmt.pix.height;
        if (fmt.fmt.pix.sizeimage < min)
                fmt.fmt.pix.sizeimage = min;

        switch (io) {
        case IO_METHOD_READ:
                init_read(fmt.fmt.pix.sizeimage);
                break;

        case IO_METHOD_MMAP:
                init_mmap();
                break;

        case IO_METHOD_USERPTR:
                init_userp(fmt.fmt.pix.sizeimage);
                break;
        }
}

/*
 * close (fd)
 */
static void close_device(void)
{
        if (-1 == close(fd))
                errno_exit("close");

        fd = -1;
}

/* three operations
 * step 1 : check dev_name and st_mode
 * step 2 : open(device)
 */
static void open_device(void)
{
        struct stat st;

        if (-1 == stat(dev_name, &st)) {
                fprintf(stderr, "Cannot identify '%s': %d, %s\n",
                         dev_name, errno, strerror(errno));
                exit(EXIT_FAILURE);
        }

        if (!S_ISCHR(st.st_mode)) {
                fprintf(stderr, "%s is no device\n", dev_name);
                exit(EXIT_FAILURE);
        }

        fd = open(dev_name, O_RDWR /* required */ | O_NONBLOCK, 0);

        if (-1 == fd) {
                fprintf(stderr, "Cannot open '%s': %d, %s\n",
                         dev_name, errno, strerror(errno));
                exit(EXIT_FAILURE);
        }
}

static void usage(FILE *fp, int argc, char **argv)
{
        fprintf(fp,
                 "Usage: %s [options]\n\n"
                 "Version 1.3\n"
                 "Options:\n"
                 "-d | --device name   Video device name [%s]\n"
                 "-h | --help          Print this message\n"
                 "-m | --mmap          Use memory mapped buffers [default]\n"
                 "-r | --read          Use read() calls\n"
                 "-u | --userp         Use application allocated buffers\n"
                 "-o | --output        Outputs stream to stdout\n"
                 "-f | --format        Force format to 640x480 YUYV\n"
                 "-c | --count         Number of frames to grab [%i]\n"
                 "",
                 argv[0], dev_name, frame_count);
}

static const char short_options[] = "d:hmruofc:";

static const struct option
long_options[] = {
        { "device", required_argument, NULL, 'd' },
        { "help",   no_argument,       NULL, 'h' },
        { "mmap",   no_argument,       NULL, 'm' },
        { "read",   no_argument,       NULL, 'r' },
        { "userp",  no_argument,       NULL, 'u' },
        { "output", no_argument,       NULL, 'o' },
        { "format", no_argument,       NULL, 'f' },
        { "count",  required_argument, NULL, 'c' },
        { 0, 0, 0, 0 }
};

int main(int argc, char **argv)
{
        dev_name = "/dev/video4";

        for (;;) {
                int idx;
                int c;

                c = getopt_long(argc, argv,
                                short_options, long_options, &idx);

                if (-1 == c)
                        break;

                switch (c) {
                case 0: /* getopt_long() flag */
                        break;

                case 'd':
                        dev_name = optarg;
                        break;

                case 'h':
                        usage(stdout, argc, argv);
                        exit(EXIT_SUCCESS);

                case 'm':
                        io = IO_METHOD_MMAP;
                        break;

                case 'r':
                        io = IO_METHOD_READ;
                        break;

                case 'u':
                        io = IO_METHOD_USERPTR;
                        break;

                case 'o':
                        out_buf++;
                        break;

                case 'f':
                        force_format++;
                        break;

                case 'c':
                        errno = 0;
                        frame_count = strtol(optarg, NULL, 0);
                        if (errno)
                                errno_exit(optarg);
                        break;

                default:
                        usage(stderr, argc, argv);
                        exit(EXIT_FAILURE);
                }
        }

        open_device();
        init_device();
        start_capturing();
        mainloop();
        stop_capturing();
        uninit_device();
        close_device();
        fprintf(stderr, "\n");
        return 0;
}




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