基于V4L2的摄像头图像采集
一、V4L2的定义
V4L2(Video For Linux Two) 是内核提供给应用程序访问音、视频驱动的统一接口,在Linux中，视频设备是设备文件，可以像访问普通文件一样对其进行读写，摄像头在/dev/videoN下，N可能为0，1，2，3... 一般为0。
二、工作流程
Step1:初始化摄像头。打开设备->检查和设置设备属性->设置帧格式
Step2:启动采集命令。申请帧缓冲->内存映射->帧缓冲入队列->开始采集->帧缓冲出队列->重新入队列循环采集
Step3:停止采集命令
Step4:关闭摄像头
三、常用的结构体(参见/usr/include/linux/videodev2.h)
struct v4l2_requestbuffers reqbufs;//向驱动申请帧缓冲的请求，里面包含申请的个数
struct v4l2_capability cap;//这个设备的功能，比如是否是视频输入设备
struct v4l2_input input; //视频输入
struct v4l2_standard std;//视频的制式，比如PAL，NTSC
struct v4l2_format fmt;//帧的格式，比如宽度，高度等
struct v4l2_buffer buf;//代表驱动中的一帧
v4l2_std_id stdid;//视频制式，例如：V4L2_STD_PAL_B
struct v4l2_queryctrl query;//查询的控制
struct v4l2_control control;//具体控制的值
VIDIOC_REQBUFS：分配内存
VIDIOC_QUERYBUF：把VIDIOC_REQBUFS中分配的数据缓存转换成物理地址
VIDIOC_QUERYCAP：查询驱动功能
VIDIOC_ENUM_FMT：获取当前驱动支持的视频格式
VIDIOC_S_FMT：设置当前驱动的频捕获格式
VIDIOC_G_FMT：读取当前驱动的频捕获格式
VIDIOC_TRY_FMT：验证当前驱动的显示格式
VIDIOC_CROPCAP：查询驱动的修剪能力
VIDIOC_S_CROP：设置视频信号的边框
VIDIOC_G_CROP：读取视频信号的边框
VIDIOC_QBUF：把数据从缓存中读取出来
VIDIOC_DQBUF：把数据放回缓存队列
VIDIOC_STREAMON：开始视频显示函数
VIDIOC_STREAMOFF：结束视频显示函数
VIDIOC_QUERYSTD：检查当前视频设备支持的标准，例如PAL或NTSC。
五、详细的开发流程
１．打开视频设备
在V4L2中，视频设备被看做一个文件。使用open函数打开这个设备：
// 用非阻塞模式打开摄像头设备
int fd;
fd = open(“/dev/video0″, O_RDWR | O_NONBLOCK, 0);
// 如果用阻塞模式打开摄像头设备，上述代码变为：
fd = open(”/dev/video0″, O_RDWR, 0);
关于阻塞模式和非阻塞模式:
应用程序能够使用阻塞模式或非阻塞模式打开视频设备，如果使用非阻塞模式调用视频设备，即使尚未捕获到信息，驱动依旧会把缓存（DQBUFF）里的东西返回给应用程序。
２．检查和设置设备属性
（２）查询设备功能： VIDIOC_QUERYCAP
相关函数：
ioctl(fd, VIDIOC_QUERYCAP, &cap)
相关结构体：
struct v4l2_capability
{
__u8 driver[16]; // 驱动名字
__u8 card[32]; // 设备名字
__u8 bus_info[32]; // 设备在系统中的位置
__u32 version; // 驱动版本号
__u32 capabilities; // 设备支持的操作
__u32 reserved[4]; // 保留字段
};
（３）获取视频设备支持的视频格式：VIDIOC_ENUM_FMT
相关函数：ioctl(fd,VIDIOC_ENUM_FMT,&fmtdesc)
相关结构体：struct v4l2_fmtdesc
（４）设置视频设备的视频数据格式：VIDIOC_S_FMT
相关函数：ioctl(fd, VIDIOC_S_FMT, &fmt)
相关结构体：struct v4l2_format
３．采集图像
（１）申请帧缓冲：VIDIOC_REQBUFS
相关函数：ioctl(fd,VIDIOC_REQBUFS,&req)
相关结构体：struct v4l2_requestbuffers
（２）查询帧缓冲的相关信息，包括视频缓冲区的使用状态、在内核空间的偏移地址、缓冲区长度等：VIDIOC_QUERYBUF
相关函数：ioctl (fd, VIDIOC_QUERYBUF, &buf)
相关结构体：struct v4l2_buffer
（３）内存映射
应用程序中调用VIDIOC_QUERYBUF取得了内核缓冲区信息后，紧接着调用mmap函数把内核空间地址映射到用户空间，方便用户空间应用程序的访问。
操作系统一般把系统使用的内存划分成用户空间和内核空间，分别由应用程序管理和操作系统管理。应用程序可以直接访问内存的地址，而内核空间存放的是 供内核访问的代码和数据，用户不能直接访问。v4l2捕获的数据，最初是存放在内核空间的，这意味着用户不能直接访问该段内存，必须通过某些手段来转换地 址。
一共有三种视频采集方式：使用read、write方式；内存映射方式和用户指针模式。
read、write方式:在用户空间和内核空间不断拷贝数据，占用了大量用户内存空间，效率不高。
内存映射方式：把设备里的内存映射到应用程序中的内存控件，直接处理设备内存，这是一种有效的方式。上面的mmap函数就是使用这种方式。
用户指针模式：内存片段由应用程序自己分配。这点需要在v4l2_requestbuffers里将memory字段设置成V4L2_MEMORY_USERPTR。
（４）帧缓冲入队列：VIDIOC_QBUF相关函数：ioctl(fd, VIDIOC_QBUF, &buf);
（５）启动采集命令：VIDIOC_STREAMON
（６）帧缓冲出队列：VIDIOC_DQBUF
相关函数：ioctl(fd, VIDIOC_DQBUF, &buf);
４．停止采集命令：VIDIOC_STREAMOFF
５．关闭设备：close(fd)
六、采集结果
图1 终端程序运行
图2 采集的图像文件
图3 左摄像头采集的图像
图4 右摄像头采集的图像