第六章 Linux之V4L2基础编程_内存映射.pdf

Linux之V4L2基础编程之内存映射: 一、 概述 Linux中操作一个设备一般都是打开（open），读取（read）和关闭（close）。使用Read的大多是一些字符型设备，然而 对于显示屏或者摄像头这种字符设备而已，挨个字的读写将使得系统调用变得频繁，众所周之，系统调用对于系统而已是个不 小的开销。于是有内存映射(mmap)等物，本例中将讲述在Linux下开发摄像头的一般过程以及使用Qt进行界面开发的实例。 V4L2支持内存映射方式(mmap)和直接读取方式(read)来采集数据，前者一般用于连续视频数据的采集，后者常用于静态图 片数据的采集。 二、 使用 mmap 方式获取摄像头数据的方式过程一般为： V4L2采集视频操作基本按照打开视频设备、设置视频格式、启动视频采集，循环处理视频数据、停止视频采集、关闭视频 设备，具体操作通过ioctl等函数来实现。一般操作流程如下： 1. 打开视频设备文件。int fd=open(/dev/video0,O_RDWR); 2. 查询视频设备的能力，比如是否具有视频输入,或者音频输入输出等。ioctl(fd_v4l, VIDIOC_QUERYCAP, cap) 3. 设置视频采集的参数： 设置视频的制式，制式包括PAL/NTSC，使用 ioctl(fd_v4l, VIDIOC_S_STD, std_id) 设置视频图像的采集窗口的大小，使用 ioctl(fd_v4l, VIDIOC_S_CROP, crop) 设置视频帧格式，包括帧的点阵格式，宽度和高度等，使用 ioctl(fd_v4l, VIDIOC_S_FMT, fmt) 设置视频的帧率，使用 ioctl(fd_v4l, VIDIOC_S_PARM, parm) 设置视频的旋转方式，使用 ioctl(fd_v4l, VIDIOC_S_CTRL, ctrl) 4. 向驱动申请视频流数据的帧缓冲区 请求/申请若干个帧缓冲区，一般为不少于3个,使用ioctl(fd_v4l, VIDIOC_REQBUFS, req)，查询帧缓冲区在内核空间中 的长度和偏移量 ioctl(fd_v4l, VIDIOC_QUERYBUF, buf) 5. 应用程序通过内存映射，将帧缓冲区的地址映射到用户空间，这样就可以直接操作采集到的帧了，而不必去复制。 buffers[i].start = mmap (NULL, buffers[i].length, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd_v4l, buffers[i].offset); 6. 将申请到的帧缓冲全部放入视频采集输出队列，以便存放采集的数据。ioctl (fd_v4l, VIDIOC_QBUF, buf) 7. 开始视频流数据的采集。 ioctl (fd_v4l, VIDIOC_STREAMON, type) 8. 驱动将采集到的一帧视频数据存入输入队列第一个帧缓冲区，存完后将该帧缓冲区移至视频采集输出队列。 9. 应用程序从视频采集输出队列中取出已含有采集数据的帧缓冲区。ioctl (fd_v4l, VIDIOC_DQBUF, buf) ，应用程序 处理该帧缓冲区的原始视频数据。 10. 处理完后，应用程序的将该帧缓冲区重新排入输入队列,这样便可以循环采集数据。ioctl (fd_v4l, VIDIOC_QBUF, buf)重复上述步骤8到10，直到停止采集数据。 11. 停止视频的采集。ioctl (fd_v4l, VIDIOC_STREAMOFF, type) 12. 释放申请的视频帧缓冲区 unmap，关闭视频设备文件 close(fd_v4l)。 以上的程序流程，包含了视频设备采集连续的视频数据的逻辑关系。而在实际运用中，往往还要加入对视频数据进行处理(如 压缩编码)的工作，否则，视频流数据量相当大，需要很大的存储空间和传输带宽。 Mmap就是所谓内存映射。很多设备带有自己的数据缓冲区，或者驱动本身在内核空间中维护一片内存区域，为了让用户空 间程序安全地访问，内核往往要从设备 内存或者内核空间内存复制数据到用户空间。这样一来便多了复制内存这个环节，浪费 了时间。因此 mmap 就将目标存储区域映射到一个用户空间的一片内存，这样用户进程访问这片内存时，内核将自动转换为访 问这个目标存储区。这种转换往往是地址的线性变化而已（很多设备的存储空间在所