嵌入式Linux下Camera编程--V4L2【转】

转自：http://blog.csdn.net/fwqlzz/article/details/51126653

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USB video class（又称为USB video device class or UVC）就是USB device class视频产品在不需要安装任何的驱动程序下即插即用，包括摄像头、数字摄影机、模拟视频转换器、电视卡及静态视频相机。

最新的UVC版本为UVC 1.5，由USB-IF（USB Implementers Forum）定义包括基本协议及负载格式 [1] [2].

这个链接是Linux中对UVC支持的相关描述。http://www.ideasonboard.org/uvc/

V4L2：

Video4Linux或V4L是一个视频截取及设备输出API，以及Linux的驱动程序框架，支持很多USB摄像头、电视调谐卡以及其他设备。Video4Linux与Linux内核紧密集成，Video4Linux取名的灵感来自Video for Windows（有时候会缩写为“V4W”），但两者在技术上并没有任何关系[1][2]。

从两个的介绍也能看出来这两者之间的关系。

简单的讲V4L2就是用来管理UVC设备的并且能够提供视频相关的一些API。那么这些API怎么使用或者能被谁使用呢。在Linux系统上有很多的开源软件能够支持V4L2。常见的又FFmpeg、OpenCV、Skype、Mplayer等等。

这样一个UVC能够进行视频显示的话应该满足三个条件：

1 UVC的camera硬件支持

2 UVC驱动支持，包括USB设备驱动以及v4l2的支持

3 上层的应用程序支持

linux UVC驱动是为了全面的支持UVC设备。它包括V4L2内核驱动程序和用户空间工具补丁。这个视频设备或者USB视频类的USB设备类的定义定义了在USB上的视频流的功能。UVC类型的外设只需要一个通用的驱动支持就能够正常工作，就像USB 大容量存储设备一样。

UVC的linux  kernel驱动程序和支持的硬件设备都在这里有相关的描述：http://www.ideasonboard.org/uvc/。

判断一个摄像头是否属于UVC规范可以使用如下方法：

1 使用lsusb命令或其他硬件信息查看工具，找出摄像头的设备号（Vendor ID）和产品号（Product ID）。

2 查找是否有视频类借口信息

lsusb -d VID：PID -v | grep "14 Video"

如果兼容UVC，则会输出类似信息

bFunctionClass 14 Video

bInterfaceClass 14 Video

bInterfaceClass 14 Video

bInterfaceClass 14 Video

如果没有以上信息，则是non-UVC设备。

1. Kernel配置：
Device Drivers  ---> <*> Multimediasupport  ---> <M>  Video For Linux
Device Drivers  ---> <*> Multimediasupport  ---> [*]  Video capture adapters --->  [*]  V4L USB devices --->   <M>  USB Video Class (UVC)

--- V4L USB devices  :这里还有很多特定厂商的driver.可供选择。

分析：
 "USB Video Class(UVC)"：对应的driver是：uvcvideo.ko
"Video For Linux": 对应driver是：videodev.ko

安装driver顺序如下：
insmod v4l1_compat.ko
insmod videodev.ko
insmod uvcvideo.ko

driver会创建一个或多个主设备号为81，次设备号：0-255的设备。
除了camera会创建为：/dev/videoX 之外，还有VBI设备-/dev/vbiX.Radio设备--/dev/radioX.

2. V4L2一些概念：
2.1：Video Input and Output:
video input and output是指device物理连接。
只有video 和VBI capture拥有input.
Radio设备则没有video input 和output.

2.2: Video Standards:
Video Device支持一个或多个Video 标准。

3. 使用V4L2编程：
使用V4L2(Video for Linux 2) API的过程大致如下：

Opening the device

Changing device properties, selecting a video and audio input,video standard, picture brightness a. o.

Negotiating a data format

Negotiating an input/output method

The actual input/output loop

Closing the device

3.1：打开设备：
fd = open("/dev/video0", O_RDWR, 0); //以阻塞模式打开设想头

3.2: 查询设备能力：Querying Capabilities:
因为V4L2可以对多种设备编程，所以并不是所有API可以对所有设备编程，哪怕是同类型的设备，使用ioctl--VIDIOC_QUERYCAP去询问支持什么功能。

struct v4l2_capability cap;

rel = ioctl(fdUsbCam, VIDIOC_QUERYCAP,&cap);
if(rel != 0)
{

perror("ioctl VIDIOC_QUERYCAP");

return -1;

}

结构体如下：

struct v4l2_capability

{

 __u8 driver[16];

 __u8 card[32];

 __u8 bus_info[32];

 __u32 version;

 __u32 capabilities;

 __u32 reserved[4];

};
这里面最重要的是：capabilities: 

头文件linux/videodev2.h和kernel头文件linux/videodev2.h中都有描述：

#define V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE 0x00000001 

#define V4L2_CAP_VIDEO_OUTPUT 0x00000002  

#define V4L2_CAP_VIDEO_OVERLAY 0x00000004  

#define V4L2_CAP_VBI_CAPTURE 0x00000010  

#define V4L2_CAP_VBI_OUTPUT 0x00000020  

#define V4L2_CAP_SLICED_VBI_CAPTURE 0x00000040 

#define V4L2_CAP_SLICED_VBI_OUTPUT 0x00000080 

#define V4L2_CAP_RDS_CAPTURE 0x00000100  

#define V4L2_CAP_VIDEO_OUTPUT_OVERLAY 0x00000200 

#define V4L2_CAP_HW_FREQ_SEEK 0x00000400  

#define V4L2_CAP_RDS_OUTPUT 0x00000800  

#define V4L2_CAP_TUNER 0x00010000  

#define V4L2_CAP_AUDIO 0x00020000  

#define V4L2_CAP_RADIO 0x00040000  

#define V4L2_CAP_MODULATOR 0x00080000  

#define V4L2_CAP_READWRITE            0x01000000 

#define V4L2_CAP_ASYNCIO              0x02000000 

#define V4L2_CAP_STREAMING            0x04000000 

这里要说到VBI， Vertical Blanking Interval的缩写 。电视信号包括一部分非可视信号，它不传送可视信息，因此被称为ⅦI(垂直消隐期间)。VBI可以用于传送其他信息，通常是一种专用字幕信号
这和Blog 重显率中所说暗合。

在这里， V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE 说明设备是个图像采集设备，V4L2_CAP_STREAMING 说明是个Streaming设备。
通常，摄像头都支持以上两个能力。

3.3：查询当前捕获格式：

 memset(&fmt, 0, sizeof(structv4l2_format));

fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

if (ioctl(fdUsbCam, VIDIOC_G_FMT, &fmt)< 0)

    {

       printf("get format failed\n");

       return -1;

    }
注意，此处，fmt是个in/out参数。
参见Kernel代码v4l2_ioctl.c中。此ioctl，它会首先判断
fmt.type.
type类型和含义如下：

V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE     ：vid-cap

V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_OVERLAY     ：vid-overlay

V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_OUTPUT      :vid-out

V4L2_BUF_TYPE_VBI_CAPTURE       :vbi-cap

V4L2_BUF_TYPE_VBI_OUTPUT        : vbi-out

V4L2_BUF_TYPE_SLICED_VBI_CAPTURE  :sliced-vbi-cap

V4L2_BUF_TYPE_SLICED_VBI_OUTPUT  :sliced-vbi-out

V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_OUTPUT_OVERLAY : vid-out-overlay
咱们是使用Video Cam的。所以用V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE

struct v4l2_format

{

 enum v4l2_buf_type type;

 union

 {

 struct v4l2_pix_format pix;

 struct v4l2_window win;

 struct v4l2_vbi_format vbi;

 struct v4l2_sliced_vbi_format sliced;

 __u8 raw_data[200];

 } fmt;

};
我们得到的信息在v4l2_pix_format中。
你可以看到，宽，高，像素格式。
其中像素格式包括：

#define V4L2_PIX_FMT_RGB332 v4l2_fourcc('R','G','B','1') 

#define V4L2_PIX_FMT_RGB555 v4l2_fourcc('R','G','B','O') 

#define V4L2_PIX_FMT_RGB565 v4l2_fourcc('R','G','B','P') 

#define V4L2_PIX_FMT_RGB555X v4l2_fourcc('R','G','B','Q') 

#define V4L2_PIX_FMT_RGB565X v4l2_fourcc('R','G','B','R') 

#define V4L2_PIX_FMT_BGR24 v4l2_fourcc('B','G','R','3') 

#define V4L2_PIX_FMT_RGB24 v4l2_fourcc('R','G','B','3') 

#define V4L2_PIX_FMT_BGR32 v4l2_fourcc('B','G','R','4') 

#define V4L2_PIX_FMT_RGB32 v4l2_fourcc('R','G','B','4') 

#define V4L2_PIX_FMT_GREY v4l2_fourcc('G','R','E','Y') 

#define V4L2_PIX_FMT_YVU410 v4l2_fourcc('Y','V','U','9') 

#define V4L2_PIX_FMT_YVU420 v4l2_fourcc('Y','V','1','2') 

#define V4L2_PIX_FMT_YUYV v4l2_fourcc('Y','U','Y','V') 

#define V4L2_PIX_FMT_UYVY v4l2_fourcc('U','Y','V','Y') 

#define V4L2_PIX_FMT_YUV422P v4l2_fourcc('4','2','2','P') 

#define V4L2_PIX_FMT_YUV411P v4l2_fourcc('4','1','1','P') 

#define V4L2_PIX_FMT_Y41P v4l2_fourcc('Y','4','1','P') 

#define V4L2_PIX_FMT_NV12 v4l2_fourcc('N','V','1','2') 

#define V4L2_PIX_FMT_NV21 v4l2_fourcc('N','V','2','1') 

#define V4L2_PIX_FMT_YUV410 v4l2_fourcc('Y','U','V','9') 

#define V4L2_PIX_FMT_YUV420 v4l2_fourcc('Y','U','1','2') 

#define V4L2_PIX_FMT_YYUV v4l2_fourcc('Y','Y','U','V') 

#define V4L2_PIX_FMT_HI240 v4l2_fourcc('H','I','2','4') 

#define V4L2_PIX_FMT_HM12 v4l2_fourcc('H','M','1','2') 

#define V4L2_PIX_FMT_SBGGR8 v4l2_fourcc('B','A','8','1') 

#define V4L2_PIX_FMT_MJPEG v4l2_fourcc('M','J','P','G') 

#define V4L2_PIX_FMT_JPEG v4l2_fourcc('J','P','E','G') 

#define V4L2_PIX_FMT_DV v4l2_fourcc('d','v','s','d') 

#define V4L2_PIX_FMT_MPEG v4l2_fourcc('M','P','E','G') 

#define V4L2_PIX_FMT_WNVA v4l2_fourcc('W','N','V','A') 

#define V4L2_PIX_FMT_SN9C10X v4l2_fourcc('S','9','1','0') 

#define V4L2_PIX_FMT_PWC1 v4l2_fourcc('P','W','C','1') 

#define V4L2_PIX_FMT_PWC2 v4l2_fourcc('P','W','C','2') 

#define V4L2_PIX_FMT_ET61X251 v4l2_fourcc('E','6','2','5') 

fxxk,真TNND多。

请注意，此时取到的宽，高，像素格式均正确。但不知为何，bytesperline却为0。

3.4：设置当前捕获格式 

fmt.fmt.pix.width =  640;

fmt.fmt.pix.height = 480;

fmt.fmt.pix.pixelformat=V4L2_PIX_FMT_YUYV;

rel = ioctl(fdUsbCam, VIDIOC_S_FMT, &fmt);

if (rel < 0)

{

printf("\nSet format failed\n");

return -1;

}

此时，再取当前捕获格式，则一切正常。包括 bytesperline 

3.5：读取Stream 设置。

struct v4l2_streamparm *setfps;

setfps=(struct v4l2_streamparm *) calloc(1, sizeof(structv4l2_streamparm));

memset(setfps, 0, sizeof(struct v4l2_streamparm));

setfps->type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; 

    rel = ioctl(fdUsbCam,VIDIOC_G_PARM, setfps);

    if(rel == 0)

    {

       printf("\n  Frame rate:  %u/%u\n",

            setfps->parm.capture.timeperframe.denominator,

            setfps->parm.capture.timeperframe.numerator

             );

    }

    else

    {

       perror("Unable to read out current framerate");

       return -1;

    }

注意： ioctl(fdUsbCam, VIDIOC_G_PARM,setfps); 参数3也是i/o 参数。必须要首先其type.
struct v4l2_streamparm
{
 enum v4l2_buf_type type;
 union
 {
 struct v4l2_captureparm capture;
 struct v4l2_outputparm output;
 __u8 raw_data[200];
 } parm;
};
type字段描述的是在涉及的操作的类型。对于视频捕获设备，应该为V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE。对于输出设备应该为V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_OUTPUT。它的值也可以是V4L2_BUF_TYPE_PRIVATE，在这种情况下，raw_data字段用来传递一些私有的，不可移植的，甚至是不鼓励的数据给内核。 

enum v4l2_buf_type {
 V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE = 1,
 V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_OUTPUT = 2,
 V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_OVERLAY = 3,
 V4L2_BUF_TYPE_VBI_CAPTURE = 4,
 V4L2_BUF_TYPE_VBI_OUTPUT = 5,

 V4L2_BUF_TYPE_SLICED_VBI_CAPTURE = 6,
 V4L2_BUF_TYPE_SLICED_VBI_OUTPUT = 7,
 V4L2_BUF_TYPE_PRIVATE = 0x80,
};
咱们当然选用V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE

对于捕获设备而言，parm.capture字段是要关注的内容，这个结构体如下：
struct v4l2_captureparm
    {
       __u32             capability;
       __u32             capturemode;
       structv4l2_fract  timeperframe;
       __u32             extendedmode;
       __u32          readbuffers;
       __u32             reserved[4];
   }; 

timeperframe字段用于指定想要使用的帧频率，它又是一个结构体：

    struct v4l2_fract{
       __u32  numerator;
       __u32  denominator;
    };
numerator和denominator所描述的系数给出的是成功的帧之间的时间间隔。
numerator 分子，denominator 分母。主要表达每次帧之间时间间隔。 numerator/denominator秒一帧。

3.6：设置Stream参数。(主要是采集帧数)
setfps->parm.capture.timeperframe.numerator=1;
setfps->parm.capture.timeperframe.denominator=60;
    rel = ioctl(fdUsbCam,VIDIOC_S_PARM, setfps);
if(rel != 0)
    {
       printf("\nUnable to Set FPS");
       return -1;
    }
当然，setfps的其它项目，都是之前使用VIDIOC_G_PARM取得的。

3.7：创建一组缓冲区(buf)
struct v4l2_requestbuffers rb;
memset(&rb, 0, sizeof(structv4l2_requestbuffers));
rb.count = 3;
rb.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
rb.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
rel = ioctl(fdUsbCam, VIDIOC_REQBUFS,&rb);
if (rel < 0)
{
       printf("Unable to allocate buffers: %d.\n",errno);
       return -1;
}

其中参数rb为：struct v4l2_requestbuffers:
struct v4l2_requestbuffers
{
 __u32 count;
 enum v4l2_buf_type type;
 enum v4l2_memory memory;
 __u32 reserved[2];
};
type 字段描述的是完成的I/O操作的类型。通常它的值要么是视频获得设备的V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE，要么是输出设备的V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_OUTPUT

struct v4l2_memory:
enum v4l2_memory {
 V4L2_MEMORY_MMAP = 1,
 V4L2_MEMORY_USERPTR = 2,
 V4L2_MEMORY_OVERLAY = 3,
};

想要使用内存映谢的缓冲区，它将会把memory字段置为V4L2_MEMORY_MMAP，count置为它想要使用的缓冲区的数目。

顺便看看USB TO Serail:
Device Drivers  --->[*] USB support ---> <M>  USB Serial Converter support --->  <M>  USB Prolific 2303 Single Port SerialDriver

USB Prolific 2303 Single Port Serial Driver是指出支持pl2303芯片的USB 2serial.
pl2303.ko

USB Serial Converter support是基础driver. 对应usbserial.ko

注1：ioctl中常用的cmd.

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。
VIDIOC_G_PARM ：得到Stream信息。如帧数等。
VIDIOC_S_PARM:设置Stream信息。如帧数等。

注2：
如何判断某ioctl cmd所用参数类型：
例如：
ioctl-cmd:  VIDIOC_QUERYCAP.
它的返回参数类型ioctl(fd, cmd, 参数)。
首先想到的是从kernel Sourcev4l2_ioctl.c中看。但这比较麻烦，又个简单办法：可以在video2dev.h中看到：
#define VIDIOC_QUERYCAP _IOR ('V', 0, struct v4l2_capability)
即使用cmd为 VIDIOC_QUERYCAP 时，参数为structv4l2_capability 

V4L2是V4L的升级版本，linux下视频设备程序提供了一套接口规范。

常用的结构体在内核目录include/linux/videodev2.h中定义

struct v4l2_requestbuffers  //申请帧缓冲，对应命令VIDIOC_REQBUFS
struct v4l2_capability      //视频设备的功能，对应命令VIDIOC_QUERYCAP
struct v4l2_input           //视频输入信息，对应命令VIDIOC_ENUMINPUT
struct v4l2_standard        //视频的制式，比如PAL，NTSC，对应命令VIDIOC_ENUMSTD
struct v4l2_format          //帧的格式，对应命令VIDIOC_G_FMT、VIDIOC_S_FMT等
struct v4l2_buffer          //驱动中的一帧图像缓存，对应命令VIDIOC_QUERYBUF
struct v4l2_crop            //视频信号矩形边框
v4l2_std_id                 //视频制式

V4L2采用流水线的方式，操作更简单直观，基本遵循打开视频设备、设置格式、处理数据、关闭设备，更多的具体操作通过ioctl函数来实现。

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 cameraFd;
cameraFd = 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：
//cameraFd = open("/dev/video0", O_RDWR, 0);
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. 设定属性及采集方式
打开视频设备后，可以设置该视频设备的属性，例如裁剪、缩放等。这一步是可选的。在Linux编程中，一般使用ioctl函数来对设备的I/O通道进行管理：
 int ioctl (int __fd, unsigned long int __request, .../*args*/) ;
在进行V4L2开发中，常用的命令标志符如下(some are optional)：
•    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。
2.1检查当前视频设备支持的标准
在亚洲，一般使用PAL（720X576）制式的摄像头，而欧洲一般使用NTSC（720X480），使用VIDIOC_QUERYSTD来检测：
v4l2_std_id std;
do {
        ret = ioctl(fd, VIDIOC_QUERYSTD, &std);
} while (ret == -1 && errno == EAGAIN);
switch (std) {
    case V4L2_STD_NTSC:
        //……
    case V4L2_STD_PAL:
        //……
}
2.2 设置视频捕获格式
当检测完视频设备支持的标准后，还需要设定视频捕获格式，结构如下：
struct v4l2_format fmt;
memset ( &fmt, 0, sizeof(fmt) );
fmt.type                = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
fmt.fmt.pix.width       = 720;
fmt.fmt.pix.height      = 576;
fmt.fmt.pix.pixelformat = V4L2_PIX_FMT_YUYV;
fmt.fmt.pix.field       = V4L2_FIELD_INTERLACED;
if (ioctl(fd, VIDIOC_S_FMT, &fmt) == -1) {
  return -1;
}

v4l2_format结构如下：
struct v4l2_format {
      enum v4l2_buf_type type; //数据流类型，必须永远是V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE
      union
      {
          struct v4l2_pix_format   pix;
          struct v4l2_window        win;
          struct v4l2_vbi_format   vbi;
          __u8    raw_data[200];
      } fmt;
};
struct v4l2_pix_format {
    __u32                   width;          // 宽，必须是16的倍数
    __u32                   height;         // 高，必须是16的倍数
    __u32                   pixelformat;   // 视频数据存储类型，例如是YUV4：2：2还是RGB
    enum v4l2_field         field;
    __u32                   bytesperline;
    __u32                   sizeimage;
    enum v4l2_colorspace    colorspace;
    __u32                   priv;
};
2.3 分配内存
接下来可以为视频捕获分配内存：
struct v4l2_requestbuffers  req;

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

if (ioctl(fd, VIDIOC_REQBUFS, &req) == -1) {
      return -1;
}

v4l2_requestbuffers　结构如下：
struct v4l2_requestbuffers {
   u32                count;//缓存数量,也就是说在缓存队列里保持多少张照片
   enum v4l2_buf_type type; //数据流类型,必须永远是V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE
   enum v4l2_memory   memory;//V4L2_MEMORY_MMAP或V4L2_MEMORY_USERPTR
   u32                reserved[2];
};
2.4 获取并记录缓存的物理空间
使用VIDIOC_REQBUFS，我们获取了req.count个缓存，下一步通过调用VIDIOC_QUERYBUF命令来获取这些缓存的地址，然后使用mmap函数转换成应用程序中的绝对地址，最后把这段缓存放入缓存队列：

typedef struct VideoBuffer {
    void   *start;
    size_t  length;
} VideoBuffer;

v4l2_buffer     结构如下：
struct v4l2_buffer {
        __u32                 index;
        enum v4l2_buf_type    type;
        __u32                 bytesused;
        __u32                 flags;
        enum v4l2_field       field;
        struct timeval        timestamp;
        struct v4l2_timecode  timecode;
        __u32                 sequence;
        /* memory location */
        enum v4l2_memory      memory;
        union {
                __u32            offset;
                unsigned long  userptr;
        } m;
        __u32                   length;
        __u32                   input;
        __u32                   reserved;
};
VideoBuffer*         buffers = calloc( req.count, sizeof(*buffers) );
struct v4l2_buffer  buf;

for (numBufs = 0; numBufs < req.count; numBufs++)
{
    memset( &buf, 0, sizeof(buf) );
    buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
    buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
    buf.index = numBufs;
    // 读取缓存
    if (ioctl(fd, VIDIOC_QUERYBUF, &buf) == -1) {
        return -1;
    }

    buffers[numBufs].length = buf.length;
    // 转换成相对地址
    buffers[numBufs].start = mmap(NULL, buf.length, PROT_READ | PROT_WRITE,
                                        MAP_SHARED,fd, buf.m.offset);

    if (buffers[numBufs].start == MAP_FAILED) {
        return -1;
    }

    // 放入缓存队列
    if (ioctl(fd, VIDIOC_QBUF, &buf) == -1) {
        return -1;
    }
}
2.5 视频采集方式
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。
2.6 处理采集数据
V4L2有一个数据缓存，存放req.count数量的缓存数据。数据缓存采用FIFO的方式，当应用程序调用缓存数据时，缓存队列将最先采集到的视频数据缓存送出，并重新采集一张视频数据。这个过程需要用到两个ioctl命令,VIDIOC_DQBUF和VIDIOC_QBUF：
struct v4l2_buffer buf;
memset(&buf,0,sizeof(buf));
buf.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
buf.memory=V4L2_MEMORY_MMAP;
buf.index=0;
//读取缓存
if (ioctl(cameraFd, VIDIOC_DQBUF, &buf) == -1)
{
    return -1;
}
//…………视频处理算法
//重新放入缓存队列
if (ioctl(cameraFd, VIDIOC_QBUF, &buf) == -1) {
    return -1;
}

3. 关闭视频设备
使用close函数关闭一个视频设备
close(cameraFd)
如果使用mmap,最后还需要使用munmap方法。

下面是damo程序（经过实际验证，修改了网上的例程的错误）
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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <assert.h>
#include <getopt.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <malloc.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/ioctl.h>

#include <asm/types.h>
#include <linux/videodev2.h>

#define CAMERA_DEVICE "/dev/video0"
#define CAPTURE_FILE "frame.jpg"

#define VIDEO_WIDTH 640
#define VIDEO_HEIGHT 480
#define VIDEO_FORMAT V4L2_PIX_FMT_YUYV
#define BUFFER_COUNT 4

typedef struct VideoBuffer {
    void   *start;
    size_t  length;
} VideoBuffer;

int main()
{
    int i, ret;

    // 打开设备
    int fd;
    fd = open(CAMERA_DEVICE, O_RDWR, 0);
    if (fd < 0) {
        printf("Open %s failed\n", CAMERA_DEVICE);
        return -1;
    }

    // 获取驱动信息
    struct v4l2_capability cap;
    ret = ioctl(fd, VIDIOC_QUERYCAP, &cap);
    if (ret < 0) {
        printf("VIDIOC_QUERYCAP failed (%d)\n", ret);
        return ret;
    }
    // Print capability infomations
    printf("Capability Informations:\n");
    printf(" driver: %s\n", cap.driver);
    printf(" card: %s\n", cap.card);
    printf(" bus_info: %s\n", cap.bus_info);
    printf(" version: %08X\n", cap.version);
    printf(" capabilities: %08X\n", cap.capabilities);

    // 设置视频格式
    struct v4l2_format fmt;
    memset(&fmt, 0, sizeof(fmt));
    fmt.type                = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
    fmt.fmt.pix.width       = VIDEO_WIDTH;
    fmt.fmt.pix.height      = VIDEO_HEIGHT;
    fmt.fmt.pix.pixelformat = V4L2_PIX_FMT_YUYV;
    fmt.fmt.pix.field       = V4L2_FIELD_INTERLACED;
    ret = ioctl(fd, VIDIOC_S_FMT, &fmt);
    if (ret < 0) {
        printf("VIDIOC_S_FMT failed (%d)\n", ret);
        return ret;
    }

    // 获取视频格式
    ret = ioctl(fd, VIDIOC_G_FMT, &fmt);
    if (ret < 0) {
        printf("VIDIOC_G_FMT failed (%d)\n", ret);
        return ret;
    }
    // Print Stream Format
    printf("Stream Format Informations:\n");
    printf(" type: %d\n", fmt.type);
    printf(" width: %d\n", fmt.fmt.pix.width);
    printf(" height: %d\n", fmt.fmt.pix.height);
    char fmtstr[8];
    memset(fmtstr, 0, 8);
    memcpy(fmtstr, &fmt.fmt.pix.pixelformat, 4);
    printf(" pixelformat: %s\n", fmtstr);
    printf(" field: %d\n", fmt.fmt.pix.field);
    printf(" bytesperline: %d\n", fmt.fmt.pix.bytesperline);
    printf(" sizeimage: %d\n", fmt.fmt.pix.sizeimage);
    printf(" colorspace: %d\n", fmt.fmt.pix.colorspace);
    printf(" priv: %d\n", fmt.fmt.pix.priv);
    printf(" raw_date: %s\n", fmt.fmt.raw_data);

    // 请求分配内存
    struct v4l2_requestbuffers reqbuf;

    reqbuf.count = BUFFER_COUNT;
    reqbuf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
    reqbuf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;

    ret = ioctl(fd , VIDIOC_REQBUFS, &reqbuf);
    if(ret < 0) {
        printf("VIDIOC_REQBUFS failed (%d)\n", ret);
        return ret;
    }

    // 获取空间
    VideoBuffer*  buffers = calloc( reqbuf.count, sizeof(*buffers) );
    struct v4l2_buffer buf;

    for (i = 0; i < reqbuf.count; i++)
    {
        buf.index = i;
        buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
        buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
        ret = ioctl(fd , VIDIOC_QUERYBUF, &buf);
        if(ret < 0) {
            printf("VIDIOC_QUERYBUF (%d) failed (%d)\n", i, ret);
            return ret;
        }

        // mmap buffer
        framebuf[i].length = buf.length;
        framebuf[i].start = (char *) mmap(0, buf.length, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, buf.m.offset);
        if (framebuf[i].start == MAP_FAILED) {
            printf("mmap (%d) failed: %s\n", i, strerror(errno));
            return -1;
        }

        // Queen buffer
        ret = ioctl(fd , VIDIOC_QBUF, &buf);
        if (ret < 0) {
            printf("VIDIOC_QBUF (%d) failed (%d)\n", i, ret);
            return -1;
        }

        printf("Frame buffer %d: address=0x%x, length=%d\n", i, (unsigned int)framebuf[i].start, framebuf[i].length);
    }

    // 开始录制
    enum v4l2_buf_type type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
    ret = ioctl(fd, VIDIOC_STREAMON, &type);
    if (ret < 0) {
        printf("VIDIOC_STREAMON failed (%d)\n", ret);
        return ret;
    }

    // Get frame
    ret = ioctl(fd, VIDIOC_DQBUF, &buf);
    if (ret < 0) {
        printf("VIDIOC_DQBUF failed (%d)\n", ret);
        return ret;
    }

    // Process the frame
    FILE *fp = fopen(CAPTURE_FILE, "wb");
    if (fp < 0) {
        printf("open frame data file failed\n");
        return -1;
    }
    fwrite(framebuf[buf.index].start, 1, buf.length, fp);
    fclose(fp);
    printf("Capture one frame saved in %s\n", CAPTURE_FILE);

    // Re-queen buffer
    ret = ioctl(fd, VIDIOC_QBUF, &buf);
    if (ret < 0) {
        printf("VIDIOC_QBUF failed (%d)\n", ret);
        return ret;
    }

    // Release the resource
    for (i=0; i< 4; i++)
    {
        munmap(framebuf[i].start, framebuf[i].length);
    }

    close(fd);
    printf("Camera test Done.\n");
    return 0;
}
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

附件：
void *mmap(void *start, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
int munmap(void *start, size_t length);
参数说明：
——start：映射区的开始地址。
——length：映射区的长度。
——prot：期望的内存保护标志，不能与文件的打开模式冲突。是以下的某个值，可以通过or运算合理地组合在一起
　　    —PROT_EXEC //页内容可以被执行
　　    —PROT_READ //页内容可以被读取
　　    —PROT_WRITE //页可以被写入
        —PROT_NONE //页不可访问
——flags：指定映射对象的类型，映射选项和映射页是否可以共享。它的值可以是一个或者多个以下位的组合体
　    —MAP_FIXED //使用指定的映射起始地址，如果由start和len参数指定的内存区重叠于现存的映射空间，重叠部分将会被丢弃。如果指定的起始地址不可用，操作将会失败。并且起始地址必须落在页的边界上。
　    —MAP_SHARED //与其它所有映射这个对象的进程共享映射空间。对共享区的写入，相当于输出到文件。直到msync()或者munmap()被调用，文件实际上不会被更新。
　    —MAP_PRIVATE //建立一个写入时拷贝的私有映射。内存区域的写入不会影响到原文件。这个标志和以上标志是互斥的，只能使用其中一个。
　    —MAP_DENYWRITE //这个标志被忽略。
　    —MAP_EXECUTABLE //同上
　    —MAP_NORESERVE //不要为这个映射保留交换空间。当交换空间被保留，对映射区修改的可能会得到保证。当交换空间不被保留，同时内存不足，对映射区的修改会引起段违例信号。
　    —MAP_LOCKED //锁定映射区的页面，从而防止页面被交换出内存。
　    —MAP_GROWSDOWN //用于堆栈，告诉内核VM系统，映射区可以向下扩展。
　    —MAP_ANONYMOUS //匿名映射，映射区不与任何文件关联。
　    —MAP_ANON //MAP_ANONYMOUS的别称，不再被使用。
　    —MAP_FILE //兼容标志，被忽略。
　    —MAP_32BIT //将映射区放在进程地址空间的低2GB，MAP_FIXED指定时会被忽略。当前这个标志只在x86-64平台上得到支持。
　    —MAP_POPULATE //为文件映射通过预读的方式准备好页表。随后对映射区的访问不会被页违例阻塞。
　    —MAP_NONBLOCK //仅和MAP_POPULATE一起使用时才有意义。不执行预读，只为已存在于内存中的页面建立页表入口。
——fd：有效的文件描述词。如果MAP_ANONYMOUS被设定，为了兼容问题，其值应为-1。
——offset：被映射对象内容的起点。

返回值：
    成功执行时，mmap()返回被映射区的指针，munmap()返回0。
    失败时，mmap()返回MAP_FAILED[其值为(void *)-1]，munmap返回-1。errno被设为以下的某个值。