这是一个 V4L2(Video4Linux2) 的 C++ 封装库，用于简化 Linux 下视频设备的操作。该库提供了面向对象的接口，使视频采集和输出操作更加简单和安全。
- 支持视频设备的捕获和输出
- 支持两种 I/O 模式:
- MMAP(内存映射)模式
- Read/Write(读写)模式
- 支持设置视频格式、分辨率和帧率
- 支持查询设备能力
- 支持部分写入操作(用于大数据分段传输)
- 自动管理缓冲区生命周期
- Linux 内核支持 V4L2
- libv4l2 开发库
- log4cpp (可选,用于日志记录)
- 内核空间到用户空间的数据传递:
- 驱动分配连续的物理内存作为缓冲区
- 通过 mmap 系统调用将内核缓冲区映射到用户空间
- 应用程序可以直接访问这些缓冲区,无需额外拷贝
- 每帧数据只发生一次内存映射,没有实际的数据拷贝
数据流程:
硬件 -> 驱动缓冲区(内核空间) <-映射-> 应用程序缓冲区(用户空间)
- 内核空间到用户空间的数据传递:
- 驱动将数据写入内核缓冲区
- read() 系统调用将数据从内核缓冲区拷贝到用户空间
- 每帧数据发生一次完整的内存拷贝
数据流程:
硬件 -> 驱动缓冲区(内核空间) -拷贝-> 应用程序缓冲区(用户空间)
classDiagram
V4L2DeviceParameters <.. V4l2Device: uses
V4l2Device <|-- V4l2MmapDevice: implements
V4l2Device <|-- V4l2ReadWriteDevice: implements
V4l2Device --* V4l2Access: contains
V4l2Access <|-- V4l2Capture: implements
V4l2Access <|-- V4l2Output: implements
class V4l2Device {
-int m_fd
-string m_devName
+init()
+close()
+getFd()
}
click V4l2Device call linkCallback("/home/henry/Workspace/camera/libv4l2cpp/inc/V4l2Device.h#L63")
class V4l2MmapDevice {
-buffer m_buffer[V4L2MMAP_NBBUFFER]
-bool m_partialWriteInProgress
+readInternal()
+writeInternal()
+startPartialWrite()
}
click V4l2MmapDevice call linkCallback("/home/henry/Workspace/camera/libv4l2cpp/inc/V4l2MmapDevice.h#L25")
class V4l2ReadWriteDevice {
+readInternal()
+writeInternal()
}
click V4l2ReadWriteDevice call linkCallback("/home/henry/Workspace/camera/libv4l2cpp/inc/V4l2ReadWriteDevice.h#L17")
class V4l2Access {
#V4l2Device* m_device
+isReadable()
+isWritable()
}
click V4l2Access call linkCallback("/home/henry/Workspace/camera/libv4l2cpp/inc/V4l2Access.h#L16")
class V4l2Capture {
+create()
+read()
}
click V4l2Capture call linkCallback("/home/henry/Workspace/camera/libv4l2cpp/inc/V4l2Capture.h#L19")
class V4l2Output {
+create()
+write()
}
click V4l2Output call linkCallback("/home/henry/Workspace/camera/libv4l2cpp/inc/V4l2Output.h#L19")
class V4L2DeviceParameters {
+string m_devName
+unsigned int m_format
+unsigned int m_width
+unsigned int m_height
}
基础设备类,实现了:
- 设备的打开/关闭
- 格式设置
- 参数配置
- 能力查询
MMAP 模式的设备实现:
- 管理内存映射的缓冲区
- 实现零拷贝数据传输
- 支持部分写入操作
Read/Write 模式的设备实现:
- 使用系统调用读写数据
- 实现更简单但效率较低
设备访问封装:
- 封装了读写操作
- 提供设备状态查询
- 管理设备生命周期
// 使用 MMAP 模式打开摄像头
V4L2DeviceParameters param("/dev/video0", V4L2_PIX_FMT_YUYV, 640, 480, 30, IOTYPE_MMAP);
V4l2Capture* capture = V4l2Capture::create(param);char buffer[WIDTH * HEIGHT * 2];
timeval tv;
tv.tv_sec = 1;
tv.tv_usec = 0;
// 等待数据可读
if (capture->isReadable(&tv)) {
// 读取一帧数据
size_t size = capture->read(buffer, sizeof(buffer));
if (size > 0) {
// 处理视频帧...
}
}-
优先使用 MMAP 模式:
- 避免不必要的数据拷贝
- 降低 CPU 使用率
- 提高数据传输效率
-
合理设置缓冲区数量:
- MMAP 模式默认使用多个缓冲区
- 可以平衡延迟和资源使用
-
使用部分写入功能:
- 处理大数据时避免一次性分配大内存
- 支持流式处理
-
设备兼容性:
- 需要设备驱动支持 V4L2
- 部分功能可能需要特定的驱动支持
-
错误处理:
- 所有操作都应检查返回值
- 使用日志功能记录错误信息
-
资源管理:
- 正确关闭设备
- 及时释放缓冲区
- 处理好设备的异常断开
-
设备打开失败:
- 检查设备文件权限
- 确认设备是否被其他程序占用
-
格式设置失败:
- 查询设备支持的格式
- 确认请求的分辨率是否受支持
-
读取数据失败:
- 检查缓冲区大小是否足够
- 确认设备是否正常工作
项目遵循以下原则:
- 代码在公共领域
- 无技术支持
- 按原样提供
- 无明示或暗示的保证
本软件位于公共领域,可自由使用,修改和分发。