Linux下實現視頻讀取（二）---camera參數設定

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Camera的可設定項極多，V4L2 支援了不少。但Sam之前對這些設定的用法和涵義都是在看videodev2.h中邊看邊理解，感覺非常生澀。直到寫這篇blog時，才發現v4l2有專門的SPEC來說明：
http://www.linuxtv.org/downloads/legacy/video4linux/API/V4L2_API/spec-single/v4l2.html

但也基本沒有時間仔細看了。先把自己看標頭檔看出的一些東西記錄在這裡吧。以實際設定過程為順序談談V4L2 設定。

1. 查詢V4L2 功能集：VIDIOC_QUERYCAP
struct v4l2_capability cap;
int rel = 0;
ioctl(Handle, VIDIOC_QUERYCAP, &cap);

使用ioctl VIDIOC_QUERYCAP 來查詢當前driver是否合乎規範。因為V4L2要求所有driver 和Device都支援這個Ioctl。所以，可以通過這個ioctl是否成功來判斷當前裝置和dirver 是否支援V4L2規範。當然，這樣同時還能夠得到裝置足夠的能力資訊。

struct v4l2_capability
{
 __u8 driver[16];   //驅動名。
 __u8 card[32];     // Device名
 __u8 bus_info[32];  //在Bus系統中存放位置
 __u32 version;      //driver 版本
 __u32 capabilities;  //能力集
 __u32 reserved[4];
};
能力集中包含：


V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE 0x00000001     The device supports the Video    Capture interface.
V4L2_CAP_VIDEO_OUTPUT   0x00000002     The device supports the Video    Output interface.
V4L2_CAP_VIDEO_OVERLAY 0x00000004     The device supports the Video    Overlay interface.
A video overlay device typically stores captured images directly in the video memory   of a graphics card,with hardware clipping and scaling.
V4L2_CAP_VBI_CAPTURE     0x00000010 The device supports the Raw  VBI Capture interface, providing Teletext and Closed Caption   data.
V4L2_CAP_VBI_OUTPUT     0x00000020      The device supports the Raw  VBI Output interface.
V4L2_CAP_SLICED_VBI_CAPTURE  0x00000040 The device supports the Sliced VBI Capture interface.
V4L2_CAP_SLICED_VBI_OUTPUT   0x00000080 The device supports the Sliced VBI Output interface.
V4L2_CAP_RDS_CAPTURE    0x00000100          [to be defined]
#define V4L2_CAP_TUNER 0x00010000  
#define V4L2_CAP_AUDIO 0x00020000  
#define V4L2_CAP_RADIO 0x00040000  
#define V4L2_CAP_READWRITE 0x01000000  
#define V4L2_CAP_ASYNCIO 0x02000000  
#define V4L2_CAP_STREAMING 0x04000000  

看起來很熟悉吧，其實就是Driver裡面的Type。

 __u8 driver[16]; driver名，通常為：uvcvideo
 __u8 card[32];  裝置名稱：廠商會填寫。
 __u8 bus_info[32];  bus,通常為：usb-hiusb-ehci-2.4
 __u32 version;
 __u32 capabilities;  通常為：V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE | V4L2_CAP_STREAMING
 __u32 reserved[4];

2. 枚舉裝置所支援的image format:  VIDIOC_ENUM_FMT
struct v4l2_fmtdesc fmtdesc;
fmtdesc.index = 0;
fmtdesc.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
ret = ioctl(Handle, VIDIOC_ENUM_FMT, &fmtdesc);

使用ioctl VIDIOC_ENUM_FMT 依次詢問，type為：V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE。 index從0開始，依次增加，直到返回. Driver會填充結構體struct v4l2_fmtdesc的其它內容，如果index超出範圍，則返回-1。
struct v4l2_fmtdesc
{
 __u32 index;                  // 需要填充，從0開始，依次上升。
 enum v4l2_buf_type type;      //Camera，則填寫V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE
 __u32 flags;                  // 如果壓縮的，則Driver 填寫：V4L2_FMT_FLAG_COMPRESSED，否則為0 
 __u8 description[32];         // image format的描述，如：YUV 4:2:2 (YUYV)
 __u32 pixelformat;        //所支援的格式。如：V4L2_PIX_FMT_UYVY
 __u32 reserved[4];
}; 

這樣，則知道當前硬體支援什麼樣的image format. 下一步，則可以設定image 了。當然，設定之前，還可以讀取當前預設設定。

3. 得到和設定Image Format: VIDIOC_G_FMT, VIDIOC_S_FMT:
3.1: 得到當前Image Format：
struct v4l2_format Format;
memset(&Format, 0, sizeof(struct v4l2_format));
Format.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
ioctl(Handle, VIDIOC_G_FMT, &Format);

利用ioctl VIDIOC_G_FMT. 得到當前設定。
因為Camera為CAPTURE裝置，所以需要設定type為： V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE
然後Driver會填充其它內容。

struct v4l2_format
{
 enum v4l2_buf_type type;   // Camera，則使用者必須填寫：V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE
 union
 {
 struct v4l2_pix_format pix;    // used by video capture and output devices
 struct v4l2_window win;
 struct v4l2_vbi_format vbi;
 struct v4l2_sliced_vbi_format sliced;
 __u8 raw_data[200];
 } fmt;
};


因為是Camera， 所以採用pix. 現在分析如下：
struct v4l2_pix_format
{
 __u32 width;    //Image width in pixels.
 __u32 height;   // Image Height in pixels.
 __u32 pixelformat;  // Image格式，最常見的有：V4L2_PIX_FMT_YYUV
 enum v4l2_field field; //是否漸進式掃描，是否隔行掃描. Sam通常採用V4L2_FIELD_NONE，逐行放置資料 (注1)
 __u32 bytesperline; //每行的byte數
 __u32 sizeimage;     //總共的byte數，bytesperline * height
 enum v4l2_colorspace colorspace;  //This information supplements the pixelformat and must be set by the driver
 __u32 priv;
};

3.2：設定Image Format:VIDIOC_S_FMT
之前通過VIDIOC_ENUM_FMT已經知道Device支援什麼Format。所以就不用猜測了，直接設定吧。


設定Image  Format ,利用 iocto VIDIOC_S_FMT.
需要APPLICATION填寫的Struct項目有：
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;//V4L2_PIX_FMT_YUYV;
Format.fmt.pix.field = field;
io_rel = ioctl(Handle, VIDIOC_S_FMT, &Format);

SamInfo：之前設定了Image Format，是指每一幀的資料格式，但Stream的行為呢，也需要設定，這就是下面所說的Stream 設定了。它就包含幀數設定和修改。

4. 得到和設定Stream資訊：VIDIOC_G_PARM， VIDIOC_S_PARM
Stream資訊，主要是設定幀數。
4.1：得到Stream資訊：
struct v4l2_streamparm Stream_Parm;

memset(&Stream_Parm, 0, sizeof(struct v4l2_streamparm));
Stream_Parm.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; 

io_rel = ioctl(Handle, VIDIOC_G_PARM, &Stream_Parm);

使用者只需要填充type為V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE。 Driver就會把結構體中其它部分填充好。
struct v4l2_streamparm
{
 enum v4l2_buf_type type;
 union
 {
 struct v4l2_captureparm capture;
 struct v4l2_outputparm output;
 __u8 raw_data[200];
 } parm;
};

因為是Camera， 所以使用capture. 它是 struct v4l2_captureparm

struct v4l2_captureparm
{
 __u32 capability;    //是否可以被timeperframe控制幀數。可以則：V4L2_CAP_TIMEPERFRAME
 __u32 capturemode;   //是否為高清模式。如果是：
則設定為：V4L2_MODE_HIGHQUALITY。 高清模式會犧牲其它資訊。通常設定為0。
 struct v4l2_fract timeperframe;  //幀數。
 __u32 extendedmode;  //定製的。如果不支援，設定為0
 __u32 readbuffers;
 __u32 reserved[4];
};
struct v4l2_fract timeperframe;  //幀數。

struct v4l2_fract {
 __u32 numerator;  // 分子。例：1
 __u32 denominator; //分母。 例：30
};

4.2：設定幀數：
struct v4l2_streamparm Stream_Parm;
memset(&Stream_Parm, 0, sizeof(struct v4l2_streamparm));
Stream_Parm.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; 

Stream_Parm.parm.capture.timeperframe.denominator =Denominator;;
Stream_Parm.parm.capture.timeperframe.numerator = Numerator;

io_rel = ioctl(Handle, VIDIOC_S_PARM, &Stream_Parm);

請注意，哪怕ioctl返回0。也有可能沒設定成功。所以需要再次Get。
當然，哪怕Get發現設定成功。真正抓幀也可能沒那麼高。

5. 利用VIDIOC_G_CTRL得到一些設定：
一些具體的設定，如曝光模式(Exposure Type)，曝光值(Exposure)，增益(Gain),白平衡(WHITE_BALANCE),亮度(BRIGHTNESS)，飽和度(SATURATION)，對比(CONTRAST)等資訊。可以通過VIDIOC_G_CTRL得到當前值。

用法：APP 填寫結構體中的id. 通過調用VIDIOC_G_CTRL，driver 會填寫結構體中value項。
struct v4l2_control ctrl;
struct v4l2_control
{
 __u32 id;
 __s32 value;
};
以曝光模式，曝光，和增益為例; 

曝光模式：
struct v4l2_control ctrl;
ctrl.id = V4L2_CID_EXPOSURE_AUTO;
ret = ioctl(Handle, VIDIOC_G_CTRL, &ctrl);
ctrl.value 則由Driver填寫。告知當前曝光模式。
有以下幾個選擇：
enum  v4l2_exposure_auto_type {
V4L2_EXPOSURE_AUTO = 0,
V4L2_EXPOSURE_MANUAL = 1,
V4L2_EXPOSURE_SHUTTER_PRIORITY = 2,
V4L2_EXPOSURE_APERTURE_PRIORITY = 3
};
曝光：
struct v4l2_control ctrl;
ctrl.id = V4L2_CID_EXPOSURE_ABSOLUTE;
ret = ioctl(Handle, VIDIOC_G_CTRL, &ctrl);
同樣，driver填寫ctrl.value. 內容為曝光值。

增益：
struct v4l2_control ctrl;
ctrl.id = V4L2_CID_GAIN;
ret = ioctl(Handle, VIDIOC_G_CTRL, &ctrl);
同樣，driver填寫ctrl.value. 內容為增益。

6. 利用VIDIOC_QUERYCTRL 得到設定具體資訊：
在很多情況下，我們並不知道如何設定一些資訊，例如，曝光應該設定為多少？Driver能夠接受的範圍是多少？最大，最小值是多少？步長是多少？預設值為多少？
可以通過VIDIOC_QUERYCTRL得到。

咱們還是以增益為例：
struct v4l2_queryctrl  Setting;
Setting.id = V4L2_CID_GAIN;
ret = ioctl(Handle, VIDIOC_QUERYCTRL, &Setting);
Driver就會填寫結構體中所有資訊。

struct v4l2_queryctrl
{
 __u32 id;  //使用者佈建。指定尋找的是哪個ID。
 enum v4l2_ctrl_type type;
 __u8 name[32];  //ID對應的名字。
 __s32 minimum;
 __s32 maximum;
 __s32 step;   //步長
 __s32 default_value;
 __u32 flags;
 __u32 reserved[2];
};
這樣，就知道設定什麼值是合法的了。那麼，下一步就是設定了。

7. 利用VIDIOC_S_CTRL來設定：
很簡單，設定id和value.調用ioctl就好。
還是以增益為例：
struct v4l2_control ctrl;
ctrl.id = V4L2_CID_GAIN;
ctrl.value = Gain;
ret = ioctl(Handle, VIDIOC_S_CTRL, &ctrl);
有時候，硬體設定很奇怪，可以設定某個資訊，卻無法得到如何設定的資訊。例如：HD-500可以設定增益。卻無法得到該如何設定。

8. 利用擴充Ctrl設定:
焦距(FOUCE);

注1：enum v4l2_field field; 詳解：

9.設定解析度:

struct v4l2_control control;

memset(&control, 0, sizeof(control));
control.id = V4L2_CID_AUTO_WHITE_BALANCE;
control.value = 1;
if (ioctl(fd, VIDIOC_S_CTRL, &control) < 0) 
{
printf("Couldn‘t set auto white balance!\n");
//return -1;
}

memset(&control, 0, sizeof(control));
control.id = V4L2_CID_EXPOSURE_AUTO;
control.value = 1;

if (ioctl(fd, VIDIOC_S_CTRL, &control) < 0) 
{
printf("Couldn‘t set auto exposure!\n");
//return -1;
}

memset(&control, 0, sizeof(control));
control.id = V4L2_CID_HFLIP;
control.value = 1;
if (ioctl(fd, VIDIOC_S_CTRL, &control) < 0) 
{
printf("Couldn‘t set h flip!\n");
//return -1;
}


memset(&control, 0, sizeof(control));
control.id = V4L2_CID_VFLIP;
control.value = 1;
if (ioctl(fd, VIDIOC_S_CTRL, &control) < 0) 
{
printf("Couldn‘t set v flip!\n");
//return -1;
}

Linux下實現視頻讀取（二）---camera參數設定