Работа с usb видеокамерой в Linux. Часть 2

   Привествую!

   Продолжаем цикл статей про программирование видеокамеры в Linux. В первой части [1], мы рассмотрели механизм открытия и считывания первичных параметров видеоустройства. Была написана простенькая утилита catvd. Сегодня расширим функционал нашей маленькой программы, но сначала надо написать обертку для функции ioctl.

int videodevice::xioctl(int fd, int request, void *arg)
{
       int r;

       r = ioctl (fd, request, arg);

       if(r == -1)
       {
           if (errno == EAGAIN)
               return EAGAIN;

           stringstream ss;

           ss << "ioctl code " << request << " ";

           errno_exit(ss.str());
       }

       return r;
}

Эта обертка позволяет прервать программу если была ошибка и показать сообщение.

&nbsp&nbspПопробуем считать картинку с камеры и сохранить в файл.

void videodevice::getFrame(string file_name)
{
    initMMAP();

    startCapturing();

    long int i = 0;

    for (;;)
    {
        if(readFrame(file_name))
           break;

        i++;
    }

    cout << "iter == " << i << endl;

    stopCapturing();

    freeMMAP();
}

метод readFrame — отвечает за чтение и обработку полученого изображения.
методы initMMAP(), freeMMAP() — создание/очистка буфера памяти устройства.
методы startCapturing(), stopCapturing() — включение/выключение режима streaming у видеоустройства. Наличие этих функций, у камеры, можно проверить флагом V4L2_CAP_STREAMING [*].

&nbsp&nbspРазберем метод initMMAP

void videodevice::initMMAP()
{
    struct v4l2_requestbuffers req;

    req.count = 1;
    req.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
    req.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;

    xioctl(fd, VIDIOC_REQBUFS, &req);

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

    struct v4l2_buffer buf;

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

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

    xioctl(fd, VIDIOC_QUERYBUF, &buf);

    devbuffer->length = buf.length;
    devbuffer->start =
               mmap(NULL,
                    buf.length,
                    PROT_READ | PROT_WRITE,
                    MAP_SHARED,
                    fd,
                    buf.m.offset);

    if (devbuffer->start == MAP_FAILED)
        errno_exit("mmap");
}

функция VIDIOC_REQBUFS [↓] позволяет проинициализировать буфер памяти внутри устройства. Структура v4l2_requestbuffers задает параметры инициализации

struct v4l2_requestbuffers {
	__u32			count;		//количество буферов
	__u32			type;		//тип или цель использования
	__u32			memory;		//режим работы с памятью.
	__u32			reserved[2];	//всегда в ноль
};

&nbsp&nbspПосле того, как буфер был проинициализирован, его надо отобразить на область памяти (mapping).
Функция VIDIOC_QUERYBUF [↓] позволяет считать параметры буфера, которые будут использоваться для создания memory-mapping области. Структура v4l2_buffer большая, опишу необходимые поля:

struct v4l2_buffer {
//до выполнения VIDIOC_QUERYBUF  устанавливаем следующие поля
__u32   index;         // ноль или номер буфера (если v4l2_requestbuffers.cout > 1)
__u32   type;	       // тип  (совпадает со значением v4l2_requestbuffers.type)


//после выполнения VIDIOC_QUERYBUF  используем эти поля в качестве параметров для memory-mapping
union {
__u32   offset;		// смещение буфера относительно начала памяти устройства
	} m;
__u32   length;		// размер  буфера
};

системная функция mmap() [3] позволяет отображать файл или область памяти устройств в оперативную память. Для использования mmap() необходимо подключить

<sys/mman.h>

&nbsp&nbspДалее необходимо переключить камеру в режим захвата.

void videodevice::startCapturing()
{
    struct v4l2_buffer buf;

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

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

    xioctl(fd, VIDIOC_QBUF, &buf);

    enum v4l2_buf_type type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

    xioctl(fd, VIDIOC_STREAMON, &type);
}

Функция VIDIOC_QBUF [↓] ставит буфер в очередь обработки драйвером устройства. Поля используются такие же, как и для VIDIOC_REQBUFS или VIDIOC_QUERYBUF.
Функция VIDIOC_STREAMON[↓] включает камеру в режим захвата.

&nbsp&nbspТеперь камера включена и захватывает изображения. Но картинку еще надо получить.

int videodevice::readFrame(string file_name)
{
    struct v4l2_buffer buf;

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

    if (xioctl(fd, VIDIOC_DQBUF, &buf) == EAGAIN)
            return 0;

    buffer *temp = devbuffer;

    FILE *out_file = fopen(file_name.c_str(),"w");

    fwrite(temp->start,temp->length,1,out_file);

    fclose(out_file);

    return 1;
}

Функция VIDIOC_DQBUF[↓] освобождает буфер из очереди обработки драйвера. В результате можем получить ошибку EAGAIN. Ничего опасного в этом нет, надо еще раз вызвать VIDIOC_DQBUF. Это происходит потому, что драйвер еще обрабатывает запрос и не может освободить буфер из очереди. При успешном выполнении этой функции, мы получаем в «руки» нашу картинку. В самом начале статьи, в коде был добавлен итератор. Итератор позволяет проследить сколько итераций вхолостую проходит цикл до успешного выполнения VIDIOC_DQBUF.

Компиляция

$ cmake&nbsp.
$ make

Вывод программы следующий

$./getimage
Open device /dev/video0
Init mmap
Start capturing
read frame from buffer and write to file
iter == 831013
stop Capturing
free mmap
Close device /dev/video0

Из «iter == 831013» видно — картинка скидывается в буфер довольно долго. Для ускорения можно использовать несколько буферов и вытаскивать картинку с первого свободного и т.д.

&nbsp&nbspСегодня была рассмотрена инициализация буфера памяти и чтения из него картинки. Изображение сохраняется в raw формате. Можно открыть программой Shotwell. В следующей статье будет рассмотрен вывод изображению в текстуру (через SDL2), затронуты некоторые форматы изображения и настройки камеры.

Ресурсы используемые в статье:

1. Работа с usb видеокамерой в Linux. Часть 1
2. video for Linux API
3. подробнее про mmap()

Ссылки на используемые функции:

• VIDIOC_REQBUFS
• VIDIOC_QUERYBUF
• VIDIOC_QBUF, VIDIOC_DQBUF
• VIDIOC_STREAMON, VIDIOC_STREAMOFF

Исходный код

Автор: svistkovr

Источник