在linux下使用视频采集卡

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这一部分将会介绍如何在linux中对电视卡编程。

开始已经提到过，电视卡使用的是video for linux驱动，简称v4l，实际上，现在已经有了video for linux two驱动 ,即v4l2.它解决了v4l中存在的一些问题，并且提高了硬件性能。但是，目前来说，v4l2仍然没有集成到linux的内核中，要使用v4l2的话，只有去下载v4l2补丁了，以下如无特别说明，所涉及的内容只针对v4l设备而言。

我们都知道，在linux中，为了屏蔽用户对设备访问的复杂性，采用了设备文件，即可以通过像访问普通文件一样的方式来对设备进行访问读写。电视卡在linux中和打印机，鼠标一样，属于字符设备。其主设备号是81，在实际操作上，访问控制电视卡也和一般的设备文件没有什么不同。用open打开设备，
int fd;
fd = open("/dev/video0",O_RDWR);

用一系列的ioctl发命令控制设备。v4l支持的ioctl命令大概有二十几个，为了尽快的编出一个
简单的图象捕捉程序，让我们先来看看几个主要的命令：

1. ioctl(fd,VIDIOCGCAP,&cap);

该命令主要是为了获取电视卡的功能信息。例如电视卡的名称，类型，channel等。参数cap是一个结构，当ioctl命令返回时，结构的各成员就被赋值了，结构体的定义为：

struct video_capability 
{ 
        char name[32]; 
        int type; 
        int channels;        /* Num channels */ 
        int audios;        /* Num audio devices */ 
        int maxwidth;        /* Supported width */ 
        int maxheight;        /* And height */ 
        int minwidth;        /* Supported width */ 
        int minheight;        /* And height */ 
};

channel 指的是有几个信号输入源，例如television,composite,s-video等。

2.ioctl(fd,VIDIOCGCHAN,&vc)
3.ioctl(fd,VIDIOCSCHAN.&vc)
这两个命令用来取得和设置电视卡的channel信息，例如使用那个输入源，制式等。
vc 是一个video_channel结构，其定义为：

struct video_capability 
{ 
        char name[32]; 
        int type; 
        int channels;        /* Num channels */ 
        int audios;        /* Num audio devices */ 
        int maxwidth;        /* Supported width */ 
        int maxheight;        /* And height */ 
        int minwidth;        /* Supported width */ 
        int minheight;        /* And height */ 
}; 
struct video_channel 
{ 
        int channel; 
        char name[32]; 
        int tuners;//number of tuners for this input 
        __u32  flags; 
        __u16  type;        
        __u16 norm;                
};

成员channel代表输入源，通常，0: television 1:composite1 2:s-video
name 表示该输入源的名称。
norm 表示制式，通常，0:pal 1:ntsc 2:secam 3:auto

4. ioctl(fd,VIDIOCGMBUF,*mbuf)
获得电视卡缓存的信息，参数mbuf是video_mbuf结构。其定义如下：
struct video_mbuf
{
int size; /* Total memory to map */
int frames; /* Frames */
int offsets[VIDEO_MAX_FRAME];
};
size是缓存的大小，frames表明该电视卡的缓存可以容纳的帧数，数组offsets则表明对应一帧的起始位置，0帧对应offsets[0],1帧对应offsets[1]....
执行完该命令后，就可以用mmap函数将缓存映射到内存中了。大致用法可以参考以下的代码......

struct video_mbuf mbuf; 
unsigned char *buf1,*buf2; 
 
if(ioctl(fd,VIDIOCGMBUF,&mbuf)<0) 
{ 
        perror("VIDIOCGMBUF"); 
        return -1; 
} 
 
printf("the frame number is %d\n",mbuf.frames); 
 
buf1 = (unsigned char*)mmap(0,mbuf.size,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd.0); 
 
buf1 = buf1 + mbuf.offset[0]; 
buf2 = buf1 + mbuf.offset[1];//当然，如果mbuf.frames=1,就不需要下面的了。

5. ioctl(fd.VIDIOCMCAPTURE，&mm)
启动硬件去捕捉图象，mm 是video_mmap 结构，设置捕捉图象需要设置的信息。结构体
如下定义：

struct video_mmap 
{ 
        unsigned        int frame;                /* Frame (0 - n) for double buffer */ 
        int                height,width; 
        unsigned        int format;                /* should be VIDEO_PALETTE_* */ 
};

frame :设置当前是第几帧
height,width:设置图象的高和宽。
format :颜色模式

要注意的是，该命令是非阻塞的，也就是说，它仅仅设置了硬件，而不负责是否捕捉到图象。
要确定是否捕捉到图象，要用到下一个命令。

6. ioctl(fd,VIDIOCSYNC,&frame)
等待捕捉到这一帧图象。frame 是要等待的图象，它的值应和上一个命令中设置的frame相对应。

好了，说了这么多，读者大概也对视频捕捉有了一个了解，是不是想亲自动手试一下，那就让我们
开始实际程序的编写吧。

/*         下面是一个完整的程序 test.c 
*           gcc test.c -o test -ljpeg 
*/ 
 
#include <stdio.h> 
#include <stdlib.h> 
#include <sys/types.h> 
#include <sys/stat.h> 
#include <fcntl.h> 
#include <sys/ioctl.h> 
#include <sys/mman.h> 
#include <errno.h> 
#include <linux/videodev.h> 
          
#include <jpeglib.h> 
 
#define WIDTH  320 
#define HEIGHT 240 
#define V4L_DEVICE "/dev/video0" 
 
main() 
{ 
   unsigned char* buf; 
   int i,j; 
   int fd; 
   int re; 
 
   struct video_capability vcap; 
   struct video_channel    vc; 
   struct video_mbuf       mbuf; 
   struct video_mmap       mm; 
 
   fd = open(V4L_DEVICE, O_RDWR); 
   if(fd<=0) 
   { 
     perror("open"); 
     exit(1); 
   } 
 
   if(ioctl(fd, VIDIOCGCAP, &vcap)<0) 
   { 
     perror("VIDIOCGCAP"); 
     exit(1); 
   } 
 
   fprintf(stderr,"Video Capture Device Name : %s\n",vcap.name); 
 
   for(i=0;i<vcap.channels;i++) 
   { 
     vc.channel = i; 
     if(ioctl(fd, VIDIOCGCHAN, &vc)<0){ 
      perror("VIDIOCGCHAN"); 
      exit(1); 
    } 
  fprintf(stderr,"Video Source (%d) Name : %s\n",i, vc.name); 
} 
 
vc.channel =1; 
vc.norm=1; 
 
if(ioctl(fd, VIDIOCSCHAN, &vc) < 0) 
{ 
  perror("VIDIOCSCHAN"); 
  exit(1); 
} 
 
if(ioctl(fd, VIDIOCGMBUF, &mbuf) < 0) 
{ 
  perror("VIDIOCGMBUF"); 
  exit(1); 
} 
fprintf(stderr,"the frames number is %d\n",mbuf.frames); 
 
buf = (unsigned char*)mmap(0, mbuf.size, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0); 
if((int)buf < 0) 
{ 
  perror("mmap"); 
  exit(1); 
} 
mm.frame  = 0; 
mm.height = HEIGHT; 
mm.width  = WIDTH; 
mm.format = VIDEO_PALETTE_RGB24; 
 
if(ioctl(fd, VIDIOCMCAPTURE, &mm)<0) 
{ 
  perror("VIDIOCMCAPTURE"); 
  exit(1); 
} 
 
if(ioctl(fd, VIDIOCSYNC, &mm.frame)<0) 
{ 
  perror("VIDIOCSYNC"); 
  exit(1); 
} 
 
if(-1 == (write_jpeg("./pic001.jpeg",buf,75,WIDTH,HEIGHT,0))) 
{ 
  printf("write_jpeg error\n"); 
  exit(1); 
} 
 
munmap(buf,mbuf.size); 
close(fd); 
}

下面我们会编一个程序，将捕捉到的图象存为jpeg文件。为此，还要向大家介绍一个函数，

int write_jpeg(char *filename,unsigned char *buf,int quality,int width, int height, int gray) 
{ 
    struct jpeg_compress_struct cinfo; 
    struct jpeg_error_mgr jerr; 
    FILE *fp; 
    int i; 
    unsigned char *line; 
    int line_length; 
    
    if (NULL == (fp = fopen(filename,"w"))) 
    { 
    fprintf(stderr,"grab: can't open %s: %s\n",filename,strerror(errno)); 
    return -1; 
    } 
    cinfo.err = jpeg_std_error(&jerr); 
    jpeg_create_compress(&cinfo); 
    jpeg_stdio_dest(&cinfo, fp); 
    cinfo.image_width  = width; 
    cinfo.image_height = height; 
    cinfo.input_components = gray ? 1: 3; 
    cinfo.in_color_space = gray ? JCS_GRAYSCALE: JCS_RGB; 
    jpeg_set_defaults(&cinfo); 
    jpeg_set_quality(&cinfo, quality, TRUE); 
    jpeg_start_compress(&cinfo, TRUE); 
 
    line_length = gray ? width : width * 3; 
    for (i = 0, line = buf; i < height; i++, line += line_length) 
        jpeg_write_scanlines(&cinfo, &line, 1); 
    
    jpeg_finish_compress(&(cinfo)); 
    jpeg_destroy_compress(&(cinfo)); 
    fclose(fp); 
 
    return 0; 
}

这个函数很通用，它的作用是把buf中的数据压缩成jpeg格式。

(songok2007)

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