Android 利用V4L2 调用camera

时间:2022-07-25
本文章向大家介绍Android 利用V4L2 调用camera，主要内容包括其使用实例、应用技巧、基本知识点总结和需要注意事项，具有一定的参考价值，需要的朋友可以参考一下。

为何要使用V4L2进行开发

出于安全原因，使用Android 原生的Camera接口，必须要使用可见的surface显示摄像头的preview图像，即必须要让用户看到你的应用正在使用摄像头。另外Android Camera framework经过层层封装，同时必须调用到显示和MediaPlayer两个模块，数据处理的环节比较多。 在开发过程中，可能会有需求只需要去获取camera数据结合AI进行处理。通过V4L2接口可以直接从驱动获取camera数据，省去了很多中间环节，同时可以在后台处理数据，不需要作为前台应用运行。

因为V4L2 是通过打开设备文件"/dev/video*"进行操作，所以想通过V4L2直接在其他手机厂商上开发应用是行不通的，一般应用没有权限去操作设备

简介

在Linux中，摄像头方面的标准化程度比较高，这个标准就是V4L2驱动程序，这也是业界比较公认的方式。 V4L全称是Video for Linux，是Linux内核中标准的关于视频驱动程序，目前使用比较多的版本是Video for Linux 2，简称V4L2。它为Linux下的视频驱动提供了统一的接口，使得应用程序可以使用统一的API操作不同的视频设备。从内核空间到用户空间，主要的数据流和控制类均由V4L2驱动程序的框架来定义。 V4L2支持三类设备：视频输入输出设备、VBI设备和radio设备，分别会在/dev目录下产生video、radio和vbi*设备节点。

V4L2基本框架

image.png

这里我们只考虑应用程序如何调用V4L2接口。V4L2本身就是一个字符设备，跟其他字符设备驱动一样，其实使用V4L2只要3个接口:

  • open :打开设备文件
  • ioclt : 设置或获取camera相关参数，读写控制等
  • mmap: 内存映射, 用户空间通过内存映射获取到camera的数据
  • close:关闭设备文件描述符

详细的内容可以参考官网 http://v4l.videotechnology.com/dwg/ 下面介绍的只是一个使用的demo，demo代码可参考 https://github.com/yizhongliu/AnV4L2Camera

V4L2 采集camera数据

下面是应用利用V4L2 采集camera数据的大体流程：

v4l2camera.png

  • 打开文件描述符
int open(constchar *device_name, int flags);

跟打开其他的设备文件是一样的，camera的设备节点是/dev/video*

int fd=open("/dev/video0",O_RDWR, 0);// 打开设备
  • 获取camera的参数 先直观地了解下用v4l2获取camera的参数的格式
:~/software/squashfs-root$ v4l2-ctl -d0 --list-formats-ext
ioctl: VIDIOC_ENUM_FMT
    Index       : 0
    Type        : Video Capture
    Pixel Format: 'MJPG' (compressed)
    Name        : Motion-JPEG
        Size: Discrete 1280x720
            Interval: Discrete 0.033s (30.000 fps)
        Size: Discrete 848x480
            Interval: Discrete 0.033s (30.000 fps)
        Size: Discrete 960x540
            Interval: Discrete 0.033s (30.000 fps)

    Index       : 1
    Type        : Video Capture
    Pixel Format: 'YUYV'
    Name        : YUYV 4:2:2
        Size: Discrete 640x480
            Interval: Discrete 0.033s (30.000 fps)
        Size: Discrete 160x120
            Interval: Discrete 0.033s (30.000 fps)
        Size: Discrete 320x180
            Interval: Discrete 0.033s (30.000 fps)
        Size: Discrete 320x240
            Interval: Discrete 0.033s (30.000 fps)
        Size: Discrete 424x240
            Interval: Discrete 0.033s (30.000 fps)
        Size: Discrete 640x360
            Interval: Discrete 0.033s (30.000 fps)

这是在电脑上面用命令获取到的打印，可以看到组织的方式是 第一层是支持的图像格式， 第二层是支持的分辨率，第三层的帧率，所以我们写代码时是先去获取支持的图片格式，再用图片格式去获取该格式下支持的分辨率，再利用图片格式和 分辨率去获取该条件下支持的帧率

获取支持的格式：

struct v4l2_fmtdesc fmtd;
fmtd.index = i;
fmtd.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
if (ioctl(fd, VIDIOC_ENUM_FMT, &fmtd) < 0)
    break;

获取支持的分辨率

struct v4l2_frmsizeenum  frmsize;
frmsize.index = j;
frmsize.pixel_format = fmtd.pixelformat;
if (ioctl(fd, VIDIOC_ENUM_FRAMESIZES, &frmsize) < 0)
    break;

获取支持的帧率

struct v4l2_frmivalenum  framival;
framival.index = k;
framival.pixel_format = fmtd.pixelformat;
framival.width = frmsize.discrete.width;
framival.height = frmsize.discrete.height;
if (ioctl(fd, VIDIOC_ENUM_FRAMEINTERVALS, &framival) < 0)
       break;
  • 设置camera参数 这里主要设置视频的格式，宽高等
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;

// MUST set
format.fmt.pix.field = V4L2_FIELD_ANY;

ret = ioctl(fd, VIDIOC_S_FMT, &format);
if (ret < 0) {
    ALOGE("Unable to set format: %s", strerror(errno));
    return -1;
}
  • 申请帧缓冲区

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，这里只讨论内存映射方式的视频采集。

视频数据采集过程有两个队列，一个输入队列和一个输出队列。视频开始采集后，启动视频采集后，驱动程序开始采集一帧数据，把采集的数据放入视频采集输入队列的第一个帧缓冲区，一帧数据采集完成后，驱动程序将该帧缓冲区移至视频采集输出队列。应用程序从输出队列中获取数据，处理完后将缓冲区放到输入队列的队尾。

1353038230_2495.png

    /* V4L2: request buffers, only 1 frame */
    rb.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
    rb.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
    rb.count = 1;

    ret = ioctl(fd, VIDIOC_REQBUFS, &rb);
    if (ret < 0) {
        ALOGE("Unable request buffers: %s", strerror(errno));
        return -1;
    }

    /* V4L2: map buffer  */
    memset(&buf, 0, sizeof(struct v4l2_buffer));

    buf.index = 0;
    buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
    buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;

    ret = ioctl(fd, VIDIOC_QUERYBUF, &buf);
    if (ret < 0) {
        ALOGE("Unable query buffer: %s", strerror(errno));
        return -1;
    }

    /* Only map one */
    mem = (unsigned char *)mmap(0, buf.length, PROT_READ | PROT_WRITE, 
                MAP_SHARED, fd, buf.m.offset);
    if (mem == MAP_FAILED) {
        ALOGE("Unable map buffer: %s", strerror(errno));
        return -1;
    }

    /* V4L2: queue buffer */
    ret = ioctl(fd, VIDIOC_QBUF, &buf);

这里是先申请了帧缓冲队列，只申请了一个，然后查询buff是否申请成功，最后做了内存映射，这里只用了一个buf，多个的话需要映射多个buf。最后一步ioctl(fd, VIDIOC_QBUF, &buf)是把缓冲区放到视频输入采集队列。

  • 开始数据采集
 enum v4l2_buf_type type;
 type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
 ret = ioctl(fd, VIDIOC_STREAMON, &type);
  • 循环数据采集处理 一般会起一个线程对数据进行采集处理
int V4L2Camera::GrabRawFrame(void *raw_base)
{
    int ret;

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

    /* V4L2: dequeue buffer */
    ret = ioctl(fd, VIDIOC_DQBUF, &buf);
    if (ret < 0) {
        ALOGE("Unable query buffer: %s", strerror(errno));
        return ret;
    }
    ALOGD("copy size :%d", buf.bytesused);

    /* copy to userspace */
    memcpy(raw_base, mem,  buf.bytesused);

    /* V4l2: queue buffer again after that */
    ret = ioctl(fd, VIDIOC_QBUF, &buf);
    if (ret < 0) {
        ALOGE("Unable query buffer: %s", strerror(errno));
        return ret;
    }

    return 0;
}

这里的处理方法是先取出视频输出队列的一个缓冲区，将数据拷贝到raw_base, 最后将缓冲区放到视频输入队列

  • 结束数据采集
    enum v4l2_buf_type type;
    type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
    ret = ioctl(fd, VIDIOC_STREAMOFF, &type);
  • 关闭文件描述符
close(fd)

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