基于Linux的USB摄像头的探索使用和编程实现

2024年4月21日发(作者：)

！　殳：　

ＳｃＩｅｎｃｅ　ａｎｄ　ＴｅｃｈｎｏＩｏｇｙ　ｌｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｉｄ　

丁技术　

基于Ｌ　ｉ　ｎ　ｕ　ｘ的Ｕ　Ｓ　Ｂ摄像头的探索使用和编程实现　

徐向前１ｌ　

（１．苏州大学　江苏苏州　２１　５０２１；２．苏州工业园区工业技术学校　江苏苏州　２１　５１　２３）　

摘要：在Ｗｉ　ｎｄｏｗｓ　ＯＳ中，ＵＳＢ接口的摄像头目其成本低廉，安装方便而被广泛应用，，￣Ｌｉｎｕｘ作为目前最具有潜力的Ｏｓ被业界一直看好，　

因此，如何在Ｉ　ｉｆｌＵＸ下开发ＵＳＢ摄像头的应用成为了一种迫切需求。本文介绍了当今Ｌｉｎｔｌｘ内核都普遍支持的摄像头驱动的安装以及鳊程　

实现，目的只为把读者引－＆ＵＳＢ摄像头的Ｌｉｎｉｌｘ世界。　

关键词：ｌ，ｉｎｕｘ　ＵＳＢ　摄像头　鳊程实现　

中图分类号：Ｇ　６　２　３．５　８　文献标识码：Ａ　文章编号：１６　７４—０９８ｘ（２ＯＯ９）１　２（ｃ）－Ｏ０１　３－－０２　

ＵｓＢ摄像头连接简单、使用灵活、价格　

ｓｐｃａ　５ＸＸ．ｋ０（这里使用的是ｓｐｃａ　５ＸＸ一　

低廉Ｈ．具有良好的性能，因此，得到ｒ广泛　

２００６０５０１．ｔａｒ．ｇｚ）。　

Ｉｎｔ　ｍｉｎｈｅｉｇｈｔ；／十捕捉图像的最小宽度　

（单位：像素）　／　

的应用。Ｕｓ｝｛｛聂像头在嵌入武系统中主要　

应用十图像采集设备、视频监控系统以及　

可视电话等方面。　

Ｉ　ｉＦｌＵＸ　核包含＇广多种ＵｓＢ摄像头驱　

动，最常用的有基干０Ｖ５１１及其兼容芯片　

（包括ＯＶ　５ｌ１／０Ｖ　５１　１＋以及０Ｖ６６２０／　

ＯＶ７６ｌＯ／２０／２ＯＡＥ）。不过，基于ＯＶ５１ｌ芯片　

的摄像头并不多。目前，在低端市场占有率　

较高的摄像头芯片是中芯微公司生产的　

ＺＣ　０　３０Ｘ系列摄像头芯片，它町以使用　

ｈｔｔｐ：／／ｍｘｈａａｒｄ．ｆｒｅｅ．ｆｒ／提供的ＳＰＣＡ５ＸＸ　

驱动稃序驱动（该驱动是一一个支持多种摄　

像头的通用驱动程序）。　

１摄像头驱动安装　

１．１　ＯＶ５１１兼容摄像头　

由于内核自带了ＯＶ　５ｌｌ芯片摄像头的　

驱动，因此，只须修改内核配置并编译即　

可。在２．６．１６版本之前的内核，ＯＶ５ｌｌ的支　

持可住配置菜单中选择。　

１）ｅｖｉｃｅ　Ｄｒｉｖｅｒｓ　＞　

Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ　ｄｅｘ　ｉｃｅｓ一＞　

＜　＞Ｖｉｄｅｏ　Ｆｏｒ　１　ｉＨＵＸ　

ＵＳＢ　ｓｕｐｐｏｒｔ一＞　

＜十＞ＵＳＢ　ＯＶ　５ｌ　ｌ　Ｃａｍｅｒａ　ｓｕｐｐｏｒｔ　

（ＮＥＷ）　

而２．６．１６版本之后的内核，ＵＳＢ摄像头　

的菜单移动到了Ｖｉｄｅｏ　Ｆｏｒ　Ｌｉｎｕｘ的子菜　

中。　

Ｄｅｖｉｃｅ　Ｄｒｉｖｃｒｓ　＞　

Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ　ｄｅｖｉｃｅｓ一＞　

＜　＞Ｖｉｄｅｏ　Ｆｏｒ　Ｌｉｎｕｘ　

Ｖｉｄｅｏ　Ｃａｐｔｕｒｅ　Ａｄａｐｔｅｒｓ一＞　

Ｖ４Ｉ　ＵＳＢ　ｄｅｖｉｃｅｓ一＞　

＜￥＞ＵＳＢ　０Ｖ５ｌ　ｌ　Ｃａｍｅｒａ　

（ＮＥＷ）　

１．２　ＳＰＣＡ５ＸＸ￣Ｉｇ动支持的摄像头　

ＳＰＣＡ　５Ｘｘ驱动的安装比较容易，从　

ｈｔｔｐ：／／ｍｘｈａａｒｄ．ｆｒｅｅ．ｆｒ／ｄｏｗｎｌｏａｄ．ｈｔｍｌ上　

下载驱动程序，交叉编译（使用目标平台为　

ＡＲＭ处　器）后，就可以得到内核模块文件　

＃ｔａｒ　ｘｚｆ　ｓｐｃａ５ｘｘ一２００６Ｏ５０１．ｔａｒ．ｇｚ　

；　

＃ｃｄ　ｓＤｃａ５ｘｘ　２００６Ｏ５０１　

帧缓ＮＯ（ＦｒａｍｅＢｕｆｆｅｒ）处理指令用于将　

赶ｍａｋｅ　ＣＣ＝ａｒｍ－ｌｉｎｕｘ　ｇｃｃ　ＫＥＲＮ—　

采集到的图像数据直接放到ＦｒａｍｅＢｕｆｆｅｒ显　

ＥＬＤＩＲ＝￥ＫＥＲＮＥＬ—ＳＲＣ　

示缓冲区显示出来（该方法不是每个图像　

采集设备都支持的）。指令ＶＩＤＩＯＳＣＦＢＵＦ／　

２基于Ｖｉｄｅｏ４Ｌｉｎｕｘ的视频采集　

ＶＩＤＩＯＣＧＦＢＵＦ用于设置／捕获ＦｒａｍｅＢｕｆｆｅｒ　

Ｌｉｎｕｘ系统中的视频子系统Ｖｉｄｅ—　的信息，需使用ｓｔｒｕｃｔ　ｖｉｄｅｏ—ｂｕｆｆｅｒ数据结　

ｏ４Ｌｉｎｕｘ为视频应用程序提供＿『一套统一　

构实现。　

的ＡＰＩ，视频应用程序通过调节即可操作各　

Ｓｔｒｕｃｔ　ｖｉｄｅｏ—　ｂｕｆｆｅｒ　

种不同的视频捕狭设备，包括电视卡、视频　｛　

捕捉卡和ＵＳＢ摄像头等。对于摄像头的视　

Ｖｏｉｄ＊ｂａｓｅ；／＊ＦｒａｍｅＢｕｆｆｅｒ的物理基地　

频采集，需要使用Ｖｉｄｅｏ４Ｌｉｎｕｘ提供的设备　

址｝／　

接口／ｄｅｖ／ｖｉｄｅｏ，若文件系统中没有这个设　

Ｉｎｔ　ｈｅｉｇｈｔ，ｗｉｄｔｈ；／＊ＦｒａｍｅＢｕｆｆｅｒ图像　

备文件，则先建立该设备节点文件。　

的高度和宽度　／　

＃ｍｋｎｏｄ／ｄｅｖ／ｖｉｄｅｏ　Ｃ　８１　０　

Ｉｎｔ　ｄｅｐｔｈ；／｝ＦｒａｍｅＢｕｆｆｅｒ的位深度十／　

基于Ｖｉｄｅ０４Ｌｉｎｕｘ的视频采集就是对／　

Ｉｎｔ　ｂｙｔｅｓｐｅｒｌｉｎｅ；／　ＦｒａｍｅＢｕｆｆｅｒ每行　

ｄｅｖ／ｖｉｄｅｏ设备的操作，其过程如图７—１　３所　

所占用内存字节数　／　

不。　

｝；　

其中，打开和关闭视频设备操作比较　图像参数处理（ＶＩＤＩＯ　Ｃ　ＧＰＩ　Ｃ　Ｔ／　

简单，即使用标准的Ｉ／Ｏ做操—　ｐｅｎ（）和　

ＶＩＤＩＯＣＳＰＩｃＴ）指令用于获取／设置采集图　

ｃｌｏｓｅ（）函数，较为复杂是它的ｉｏｃｔｌ０操作。下　像的各项参数，并保存在结构体　

面对视频采集相关的几条重要ｉｏｃｔｌ（）控制　

ｖｉｄｅｏ—ｐｉｃｔｕｒｅ中。　

指令以及用到的相关数据结构做些说明。　

Ｓｔｒｕｃｔ　ｖｉｄｅｏ

—

ｐｉｃｔｕｒｅ　

功能查询指令（ＶＩＤＩＯＣＧｃＡＰ）用于查　｛　

询视频设备。这个操作可返回设备的一些　ｕ１６　ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ；／｛图像亮度　／　

基本信息，并将结果存放在结构体ｖｉｄｅ　ｕｌ６　ｈｕｅ；／｝图像色调（只对彩色图　

ｏ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ中。　像有效）　／　

Ｓｔｒｕｃｔ　ｖｉｄｅｏ—ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ　

Ｕｌ６　ｃｏｌｏｒ；／｝图像颜色数（只对彩　

Ｊ　

色图像有效）　／　

Ｃｈａｒ　ｎａｍｅ［　１；／｝设备名称　／　Ｕ１６　ｃｏｎｔｒａｓｔ；／｝图像对比度十／　

Ｉｎｔ　ｔｙｐｅ；／十设备功能标识　／　ｕ１６　ｗｈｉｔｅｎｅｓｓ；／十图像白度（只对黑　

Ｉｎｔ　ｃｈａｎｎｅｌｓ；／｛设备支持的视频通道　白图像有效）　／　

数　／　

ｕ１６　ｄｅｐｔｈ；／｝图像色深｝／　

Ｉｎｔ　ａｕｄｉｏｓ；／　设备支持的音频通道数　

ｕ１６　ｐａｌｅｔｔｅ；／　调色板格式｝／　

｝；　

Ｉｎｔ　ｍａｘｗｉｄｔｈ；／　捕捉图像的最大宽度　

可以使用内存映射（ｍｍａｐ）方式取得采　

（单位：像素）　／　集图像数据。Ｍｍａｐ（）函数用于将某个文件　

Ｉｎｔ　ｍａｘｈｅｉｇｈｔ；／耐甫捉图像的最大高　的内容（此处为设备文件／ｄｅｖ／ｖｉｄｅｏ的图像　

度（单位：像素）　／　数据空间）映射到进程的虚拟地址空间，则　

ｌｎｔ　ｍｉｎｗｉｄｔｈ；／　捕捉图像的最小宽度　

对该内存区域的存取即是直接对该文件内　

（单位：像素）　／　

容的读写。这样，通过使用ｍｍａｐ（）进行内存　

科技创新导报Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ　１　３　

Ｔ技术　

映射，使得多个进程间可以实现内存共享。　

文件被映射到进程的虚拟地址空间后，进　

程可以像访问普通内存一样对文件进行访　

Ｓｔｒｕｃｔ　ｖｉｄｅｏ＿ｍｂｕｆ　

ｍｍ．ｗｉｄｔｈ＝ｖｃｐ．ｍａｘｗｉｄｔｈｔ　

ｍｍ．ｆｏｒｍａｔ＝ｖｐ．ｐａｌｅｔｔｅ；　

｛　

Ｉｎｔ　ｓｉｚｅ；／｝可映射的内存大小　／　

ｉｏｃｔｌ（ｆｖｉｄｅｏ，ＶＩＤ１０ＣＭＣＡＰＴＵＲＥ，　

问，不必再调用ｒｅａｄ（），ｗｒｉｔｅ（）等操作。Ｍｍａｐ　

（）函数的原型为：　

Ｖｏｉｄ＊ｍｍａｐ（ｖｏｉｄ　ｓｔａｒｔ，ｓｉｚｅ—ｔ　ｌｅｎｇｔｈ，　

ｉｎｔ　ｐｏｒｔ，ｉｎｔ　ｆｌａｇｓ，ｉｎｔ　ｆｄ，ｏｆｆ＿ｔ　ｏｆｆｓｅｔ）；　

Ｉｎｔ　ｆｒａｍｅｓ｝／｛图像帧数｝／　

Ｉｎｔ　ｏｆｆｓｅｔ［ＶＩＤＥＯ—ＭＡＸ—ＦＲＡＭＥ］；／十　

＆ｍｍ）；／／开始采集　

ｉｏｃｔｌ（ｆｖｉｄｅｏ，ＶＩＤＩＯＣＳＹＮＣ，　＆ｍｍ．　

每帧图像的偏移量　／　

ｆ；　

ｆｒａｍｅ）；／／等待采集结束　

ｗｒｉｔｅ

ｂｍｐ（ｍｍｂｕｆ＋ｍｂ．ｏｆｆｓｅｔｓ［０】，　

其中，参数ｓｔａｒｔ指向欲映射的内存起始　

接下来，就可以使用Ｖ　Ｉ　Ｄ　１　０一　

ＣＭＣＡＰＴＵＲＥ￣ＩＩＶＩＤＩＯＣＳＹＮＣ指令对图像　

向视频采集设备发送采集图像数据命令，　

ｍｍ）；／／将采集到的图像写入ｂｍｐ文件　

ｍ　ｕｎｍ　ａＰ（ｍｍｂＵｆ，ｍｂ．Ｓｉ　ｚ　ｅ）；　

地址，通常设为ＮＵＬＬ，表示让系统自动选　

定地址，映射成功则返回该地址；参数　

进行数据采集。ＶＩＤＩＯＣＭＣＡＰＴＵＲＥ指令　／／取消内存映射　

ｃｌｏｓｅ（ｆｖｉｄｅｏ）；／／关闭图像采集设备　

ｌｅｎｇｔｈ表示映射到内存中的文件长度；参数　

ｐｏｒｔ表示映射区域的保护方式，它可以使以　ｖＩＤ１０ｃＳＹＮｃ则等待数据采集结束。这两　

下几种方式或其组合：　

条指令总是成对出现，控制设备完成一帧　

Ｐ０ＲＴ

ＥＸＥＣ　映射区域可披执行；　

图像采集，且须使用ｖｉｄｅｏ—ｍｍａｐ结构体向　

ＰＯＲＴ—ＲＥＡＤ　映射区域可被读取；　

设备传递相关信息。　

ＰＯＲＴＳｔｒｕｃｔ　ｖｉｄｅｏ

ＷＲＩＴＥ映射区域可被写入；　

ｍｍａｐ　

ＰＯＲＴ　ＮＯＮＥ　映射区域不能存取；　

参数ｆｌａｇｓ会影响映射区域的各种特性，　Ｕｎｓｉｇｎｅｄ　ｉｎｔ　ｆｒａｍｅ；／｝帧号（Ｏ～ｎ）　／　

它可以为：　

Ｉｎｔ　ｈｅｉｇｈｔ，ｗｉｄｔｈ；／｝图像的高度和宽　

ＭＡＰ

ＦＩｘＥＤ如果参数ｓｔａｒｔ所指向的　

度十／　

地址无法成功建立映射，则放弃映射，且不　

Ｕｎｓｉｇｎｅｄ　ｉｎｔ　ｆｏｒｍａｔ；／｝图像格式｝／　

对地址做修正。通常不鼓励用此标志位。　

；　

ＭＡＰ

ＳＨＡＲＥＤ与其他进程共享该映　下面是一个采用内存映射方式从摄像　

射，对映射区域的写入操作等同于对文件　

头采集一帧图像数据的示例代码。　

的写操作。　

Ｉｎｔ　ｆｖｉｄｅｏ；　

ＭＡＰ

ＰＲＩＶＡＴＥ对映射区域的写入操　

Ｓｔｒｕｃｔ　ｖｉｄｅｏ—ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ　ｖｃａｐ；　

作会产生一个映射文件的复制，即私有的　

Ｓｔｒｕｃｔ　ｖｉｄｅｏ—ｐｉｃｔｕｒｅ　ｖｐ；　

“写入时复制”（ｃｏｐｙ　ｏｎ　ｗｒｉｔｅ），对此区域　

Ｓｔｒｕｃｔ　ｖｉｄｅｏｍｂｕｆ一　０；　

的任何修改不会影响原来的文件内容。　

Ｕｎｓｉｇｎｅｄ　ｃｈａｒ＊ｍｍｂｕｆ；　

ＭＡＰ

ＡＮ０ＮＹＭＯＵＳ建立匿名映射。　

Ｓｔｒｕｃｔ　ｖｉｄｅｏ　ｍｍａｐ　ｍｉｎ；　

此时，会忽略参数ｆｄ，不涉及文件，而且映　

Ｆ　ｖｉｄ　ｅｏ＝ｏＰ　ｅｎ（“／ｄｅｖ／ｖｉｄｅ　ｏ，　

射区域无法和其他进程共享。　

Ｏ

ＲＤＷＲ”）；／／打开设备　

ＭＡＰ

Ｌ０ＣＫＥＤ将映射区域锁定，该区　Ｉｏｃｔｌ（ｆｖｉｄｅｏ，ＶＩＤＩＯ　ＣＧ　ＣＡＰ，＆ｖｃａｐ）；　

域不会被置换（ｓｗａｐ）出内存。这个标志位在　／／获得设备参数　

老的内核中不可用　Ｉｏｃｔｌ（ｆｖｉｄｅｏ，ＶＩＤＩＯＣＧＰＩＣＴ．＆ｖｐ、　，　

调用ｍ　ｍ　ａ　Ｐ（）时，必须指定标识　获取图像采集参数　

ＭＡＰ

ＳＨＡＲＥＤ或ＭＡＰ—ＰＲ　ＩＶＡＴＥ。参数ｆｄ　

／／根据实际需要修改图像采集参数设　

为ｏｐｅｎ（）函数返回的文件描述符，表示进行　

置　

映射操作的文件；参数ｏｆｆｓｅｔ为文件映射的　

Ｖｐ．ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ：４２７６７；　

偏移量，通常设置为０，表示从文件起始处　

Ｖｐ．ｃｏｎｔｒａｓｔ＝２２７６７；　

开始映射，ｏｆｆｓｅｔ必须是内存分页大小的整　

Ｖｐ．ｈｕｅ＝３２７６７；　

数倍。若映射成功，则函数的返回值为映射　

Ｖｐ．ｃｏｌｏｒ＝４４７６７；　

区域的内存起始地址，否则，返回　

ＶＤ．ｐａｌｅｔｔｅ＝ＶＩＤＥＯ￣ＰＡＬＥＴＴＥ

ＲＧＢ２４；　

ＭＡＰ

ＦＡＩＬＥＤ（～１）。　

Ｖｐ．ｄｅｐｔｈ＝２４；　

用内存映射方式可以提高数据处理的　ｉｏｃｔｌ（ｆｖｉｄｅｏ，ＶＩＤ１０ＣＳＰＩＣＴ，＆ｖｐ）；　

效率，且较容易实现多线程的程序设计，其　／／进行内存映射　

中，一个进程读取图像数据，另一个处理图　

Ｉｏｃｔｌ（ｆｖｉｄｅｏ，ＶＩＤＩＯｃＧＭＢＵＦ，＆ｍｂ）；　

像数据（例如保存为文件或压缩等操作）。两　Ｍｍｂｕｆ＝（ｕｎｓｉｇｎｅｄ　ｃｈａｒ＊）ｍｍａｐ（０，　

个进程间的数据共享通过共享内存来实　

ｍｂ．ｓｉｅ，ＰＯＲＴ—ＲＥＡＤＩＰＯＲＴ——ＷＲＩＴＥ，　

现。进行内存映射之前，需要使用　

ＭＡＰ

ＳＨＡＲＥＤ，ｆｖｉｄｅｏ，０）；　

ＶＩＤ１０ｃＧＭＢＵＦ指令取得设备支持的内存　／／采集一帧图像　

映射属性，而这些属性存放于结构体　

ｍｍ．ｆｒａｍｅ＝０：　

ｖｉｄｅｏ＿ｍｂｕｆ。　ｌｎｍ．ｈｅｉｇｈｔ＝ｖｃｐ．ｍａｘｈｅｉｇｈ＊；　

１　４　科技创新导报Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ