Webcam-Ansteuerung in C unter Linux
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Eine ausführliche Darstellung für die Ansteuerung einer Webcam in C finden Sie unter folgendem Link:
http://v4l2spec.bytesex.org/spec-single/v4l2.html - Spezifikation, Beschreibung und Anwendungsbeispiel für V4L2.
Diese Darstellung richtet sich vornehmlich an Entwickler von Treibern und Programmen zur Ansteuerung von Webcams und Audio-Geräten. Dargestellt wird eine Linux-Kernel-Programmier-Schnittstelle, die den Namen "V4L2" (Video for Linux, Version 2) trägt.
Vor Einführung dieser Schnittstelle mußten für jedes Gerät ein eigener neuer proprietärer Treiber geschrieben werden. Die Einführung von V4L2 ermöglicht hier eine Vereinheitlichung.
Um ein Gerät anzusteuern, das diese Schnittstelle verwendet, sind im allgemeinen folgende Schritte notwendig:
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Wir wollen hier einfach das unter dem Link bereitgestellte Beispielprogramm verwenden.
Um es anpassen zu können müssen wir herausbekommen, in welchem Format ein erfasstes Bild dann zur Verfügung steht:
Nach der Erfassung steht das Bild in dem struct buffers[0] zur Verfügung. Dieser struct besteht aus einer Variablen, in der die Länge des Speicherbereichs mit dem Bild vermerkt ist und einer weiteren Variablen, in der die Adresse vermerkt ist, ab der das Bild im Arbeitsspeicher steht.
...
struct buffer {
void * start;
size_t length;
};
static char * dev_name = NULL;
static io_method io = IO_METHOD_MMAP;
static int fd = -1;
struct buffer * buffers = NULL;
static unsigned int n_buffers = 0;
...
Code 0-1: Deklarationsteil des Beispielprogramms ab Zeile 38 mit der Deklaration des struct buffer und der Deklaration eines Arrays aus diesem struct mit dem Namen buffers.
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...
fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
fmt.fmt.pix.width = 640;
fmt.fmt.pix.height = 480;
fmt.fmt.pix.pixelformat = V4L2_PIX_FMT_YUYV;
fmt.fmt.pix.field = V4L2_FIELD_INTERLACED;
...
Code 0-2: Ausschnitt aus der Methode init_device().
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Das YUV-Farbmodell besitzt wie das RGB-Farbmodell drei Komponenten. Diese haben hier aber eine andere Bedeutung:
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Die Umrechnung zwischen RGB und YUV kann in folgender Weise geschehen:
Y = 0.299*R + 0.587*G + 0.114*B U = (B - Y)*0.493 V = (R - Y)*0.877
Code 0-3: Umrechnung von RGB nach YUV
B = Y + U/0.493 R = Y + V/0.877 G = 1.7*Y - 0.509*R - 0.194*B
Code 0-4: Umrechnung von YUV nach RGB
Das YUV-Modell findet Anwendung in der Fernsehtechnik. Bei der Festlegung der Lichtstärke Y werden dabei die physiologischen Eigenschaften des menschlichen Auges mit berücksichtigt, von dem grünes Licht am intensivsten und blaues am schwächsten wahrgenommen wird.
Bei dem speziellen Format V4L2_PIX_FMT_YUYV handelt es sich um ein komprimiertes Format, bei dem in den zwei Byte pro Pixel das jeweils erste Byte der Y-Wert für das Pixel darstellt. Das zweite Byte gilt immer für zwei in einer Zeile benachbarte Pixel. Im linken Pixel entspricht es dem U-Wert beider Pixel, im rechten dem V-Wert für beide Pixel. Daher der Name ..YUYV. In einem angenommen Bild mit 2x2 Pixeln ergibt sich beispielsweise folgende Zuordnung:
Geometrische Anordnung und Indizierung der Pixel: P00 P01 P10 P11 Verteilung der Y, U und V-Werte im Arbeitsspeicher für die einzelnen Pixel (Idizierung wie bei den Pixeln): Speicherplatz Komponente Pixelzuordnung 0 Y 00 1 U 00 und 01 2 Y 01 3 V 00 und 01 4 Y 10 5 U 10 und 11 6 Y 11 7 V 10 und 11
Code 0-5: Beispiel für die Repräsentation eines Bildes im Arbeitsspeicher bei Verwendung des komprimierten Formats V4L2_PIX_FMT_YUYV.
Das V4L2_PIX_FMT_YUYV Format hat in horizontale Richtung somit nur die halbe Auflösung, was die Komponenten U und V betrifft.
Übung
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