嵌入式Linux下LCD應用程式設計: 讀取攝像頭畫面完成本地視訊監控畫面顯示
2020-09-21 13:00:32
一、開發環境介紹
開發板：友善之臂Tiny4412
LCD型號: S702 、解析度: 800*480
Linux核心版本: Linux 3.5
攝像頭: USB免驅攝像頭
文字顯示採用向量字型檔, FreeType引擎。
二、核心程式碼
注意: 文字編碼必須是UTF-8編碼．
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <linux/videodev2.h>
#include <poll.h>
#include <string.h>
#include <linux/fb.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>
#include <wchar.h>
#include <time.h>
#include <string.h>
#include <locale.h>
#include <ft2build.h>
#include FT_FREETYPE_H
#include FT_STROKER_H
/*定義一個結構體存放向量字型的設定*/
struct FREE_TYPE_CONFIG
{
FT_Library library;
FT_Face face;
FT_GlyphSlot slot;
FT_Vector pen; /* untransformed origin */
FT_Error error;
FT_BBox bbox;
FT_Glyph glyph;
};
struct FREE_TYPE_CONFIG FreeTypeConfig;
typedef unsigned int u32;
typedef unsigned short u16;
typedef unsigned char u8;
/*全域性變數*/
int lcd_fd;
unsigned char *lcd_mem_p=NULL; //儲存LCD屏對映到程序空間的首地址
struct fb_var_screeninfo vinfo;
struct fb_fix_screeninfo finfo;
int video_fd;
char *video_buff_buff[4]; /*儲存攝像頭緩衝區的地址*/
int video_height=0;
int video_width=0;
unsigned char *lcd_display_buff; //LCD視訊記憶體空間
/*函數宣告*/
void LCD_WritePoint(int x,int y,int c);
int LCD_ReadPoint(int x,int y);
/* LCD顯示向量字型的點陣圖資訊
* bitmap : 要顯示的字型的向量點陣圖
* x : 顯示的x座標
* y : 顯示的y座標
*/
void LCD_DrawBitmap(FT_Bitmap* bitmap,FT_Int x,FT_Int y)
{
FT_Int i,j,p,q;
FT_Int x_max=x+bitmap->width;
FT_Int y_max=y+bitmap->rows;
/* 將點陣圖資訊迴圈列印到螢幕上 */
for(i=x,p=0;i<x_max;i++,p++)
{
for(j=y,q=0;j<y_max;j++,q++)
{
if((i>x_max)||(j>y_max)||(i<0)||(j<0))continue;
if(bitmap->buffer[q*bitmap->width+p]!=0)
{
LCD_WritePoint(i, j,0xFF0033);
}
else
{
//LCD_WritePoint(i, j,0xFFFFFF);
}
}
}
}
/*
函數功能: 初始化FreeType設定
*/
int InitConfig_FreeType(char *font_file)
{
FT_Error error;
/*1. 初始化freetype庫*/
error=FT_Init_FreeType(&FreeTypeConfig.library);
if(error)
{
printf("freetype字型庫初始化失敗.\n");
return -1;
}
/*2. 開啟載入的字型檔案*/
error=FT_New_Face(FreeTypeConfig.library,font_file,0,&FreeTypeConfig.face);
if(error)
{
printf("向量字型檔案載入失敗.\n");
return -2;
}
return 0;
}
/*
函數功能: 釋放FreeType設定
*/
void FreeType_Config(void)
{
FT_Done_Face(FreeTypeConfig.face);
FT_Done_FreeType(FreeTypeConfig.library);
}
/*
函數功能: 在LCD屏顯示一串文字資料
函數引數:
u32 x 座標位置
u32 y 座標位置
u32 size 字型大小
wchar_t *text 顯示的文字資料
*/
int LCD_DrawText(u32 x,u32 y,u32 size,wchar_t *text)
{
FT_Error error;
int i = 0;
int bbox_height_min = 10000;
int bbox_height_max = 0;
/*3. 設定字元的畫素的大小為size*size*/
error=FT_Set_Pixel_Sizes(FreeTypeConfig.face,size,0);
if(error)
{
printf("字元的畫素大小設定失敗.\n");
return -1;
}
/*4. 設定字型檔案的輪廓的插槽*/
FreeTypeConfig.slot=FreeTypeConfig.face->glyph;
/* 設定座標為原點座標
* 將LCD座標轉換成笛卡爾座標
* 單位是 1/64 Point
*/
FreeTypeConfig.pen.x=x*64;
FreeTypeConfig.pen.y=(vinfo.yres-size-y)*64;
/*5. 迴圈的將文字顯示出來*/
for(i=0;i<wcslen(text);i++)
{
FT_Set_Transform(FreeTypeConfig.face,0,&FreeTypeConfig.pen); //設定字型的起始座標位置
/*裝載字元編碼，填充face的glyph slot成員*/
error=FT_Load_Char(FreeTypeConfig.face,text[i],FT_LOAD_RENDER);
if(error)
{
printf("裝載字元編碼失敗.\n");
return -1;
}
/*通過glyph slot來獲得glyph*/
FT_Get_Glyph(FreeTypeConfig.slot,&FreeTypeConfig.glyph);
/*通過glyph來獲得cbox*/
FT_Glyph_Get_CBox(FreeTypeConfig.glyph,FT_GLYPH_BBOX_TRUNCATE,&FreeTypeConfig.bbox);
/*獲得字型高度的最大值和最小值*/
if(bbox_height_min>FreeTypeConfig.bbox.yMin)bbox_height_min=FreeTypeConfig.bbox.yMin;
if(bbox_height_max<FreeTypeConfig.bbox.yMax)bbox_height_max=FreeTypeConfig.bbox.yMax;
/*畫點，把笛卡爾座標轉換成LCD座標*/
LCD_DrawBitmap(&FreeTypeConfig.slot->bitmap,
FreeTypeConfig.slot->bitmap_left,
vinfo.yres-FreeTypeConfig.slot->bitmap_top);
if(FreeTypeConfig.slot->bitmap_left+size*2>vinfo.xres)
{
FreeTypeConfig.pen.x=0; //更新X座標位置
FreeTypeConfig.pen.y=(vinfo.yres-size-y-size)*64; //更新Y座標位置
}
else
{
/* 更新原點座標位置 */
FreeTypeConfig.pen.x+=FreeTypeConfig.slot->advance.x;
FreeTypeConfig.pen.y+=FreeTypeConfig.slot->advance.y;
}
}
return 0;
}
// 將char型別轉化為wchar
// src: 源
// dest: 目標
// locale: 環境變數的值，mbstowcs依賴此值來判斷src的編碼方式
void CharToWchar(char *src, wchar_t *dest)
{
// 根據環境變數設定locale
setlocale(LC_CTYPE,"zh_CN.utf8");
// mbstowcs函數得到轉化為需要的寬字元大小: 計算char轉為wcchar存放時實際佔用空間大小.
// 也可以直接傳入一個大陣列代替
//w_size=mbstowcs(NULL, src, 0) + 1;
mbstowcs(dest, src, strlen(src)+1);
}
/**
* 畫點函數
*/
void LCD_WritePoint(int x,int y,int c)
{
unsigned int *p=(unsigned int *)(lcd_display_buff+vinfo.xres*y*vinfo.bits_per_pixel/8+x*vinfo.bits_per_pixel/8);
*p=c;
}
/**
* 讀點函數
*/
int LCD_ReadPoint(int x,int y)
{
int c;
unsigned int *p=(unsigned int *)(lcd_display_buff+vinfo.xres*y*vinfo.bits_per_pixel/8+x*vinfo.bits_per_pixel/8);
c=*p;
return c;
}
/*初始化攝像頭裝置*/
int VideoDev_Init(const char *dev_path)
{
/*1. 開啟攝像頭裝置*/
video_fd=open(dev_path,2);
if(video_fd<0)return -1;
/*2. 設定攝像頭的輸出影象尺寸與影象格式*/
struct v4l2_format video_format;
memset(&video_format,0,sizeof(struct v4l2_format));
video_format.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; //捕獲裝置
video_format.fmt.pix.height=480;
video_format.fmt.pix.width=800;
video_format.fmt.pix.pixelformat=V4L2_PIX_FMT_YUYV;
if(ioctl(video_fd,VIDIOC_S_FMT,&video_format))return -2;
printf("當前攝像頭支援的解析度:%dx%d\n",video_format.fmt.pix.width,video_format.fmt.pix.height);
if(video_format.fmt.pix.pixelformat!=V4L2_PIX_FMT_YUYV)
{
printf("當前攝像頭不支援YUYV格式輸出.\n");
return -3;
}
else
{
video_height=video_format.fmt.pix.height;
video_width=video_format.fmt.pix.width;
printf("當前攝像頭支援YUYV格式輸出.\n");
}
/*3. 申請緩衝區*/
struct v4l2_requestbuffers video_requestbuffers;
memset(&video_requestbuffers,0,sizeof(struct v4l2_requestbuffers));
video_requestbuffers.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
video_requestbuffers.count=4;
video_requestbuffers.memory=V4L2_MEMORY_MMAP;
if(ioctl(video_fd,VIDIOC_REQBUFS,&video_requestbuffers))return -4;
printf("成功申請的緩衝區數量:%d\n",video_requestbuffers.count);
/*4. 得到每個緩衝區的地址: 將申請的緩衝區對映到程序空間*/
struct v4l2_buffer video_buffer;
memset(&video_buffer,0,sizeof(struct v4l2_buffer));
int i;
for(i=0;i<video_requestbuffers.count;i++)
{
video_buffer.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
video_buffer.index=i;
video_buffer.memory=V4L2_MEMORY_MMAP;
if(ioctl(video_fd,VIDIOC_QUERYBUF,&video_buffer))return -5;
/*對映緩衝區的地址到程序空間*/
video_buff_buff[i]=mmap(NULL,video_buffer.length,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,video_fd,video_buffer.m.offset);
printf("第%d個緩衝區地址:%#X\n",i,video_buff_buff[i]);
}
/*5. 將緩衝區放入到採集佇列*/
memset(&video_buffer,0,sizeof(struct v4l2_buffer));
for(i=0;i<video_requestbuffers.count;i++)
{
video_buffer.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
video_buffer.index=i;
video_buffer.memory=V4L2_MEMORY_MMAP;
if(ioctl(video_fd,VIDIOC_QBUF,&video_buffer))return -6;
}
/*6. 啟動攝像頭採集*/
int opt_type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
if(ioctl(video_fd,VIDIOC_STREAMON,&opt_type))return -7;
return 0;
}
/*
將YUV格式資料轉為RGB
*/
void yuv_to_rgb(unsigned char *yuv_buffer,unsigned char *rgb_buffer,int iWidth,int iHeight)
{
int x;
int z=0;
unsigned char *ptr = rgb_buffer;
unsigned char *yuyv= yuv_buffer;
for (x = 0; x < iWidth*iHeight; x++)
{
int r, g, b;
int y, u, v;
if (!z)
y = yuyv[0] << 8;
else
y = yuyv[2] << 8;
u = yuyv[1] - 128;
v = yuyv[3] - 128;
r = (y + (359 * v)) >> 8;
g = (y - (88 * u) - (183 * v)) >> 8;
b = (y + (454 * u)) >> 8;
*(ptr++) = (b > 255) ? 255 : ((b < 0) ? 0 : b);
*(ptr++) = (g > 255) ? 255 : ((g < 0) ? 0 : g);
*(ptr++) = (r > 255) ? 255 : ((r < 0) ? 0 : r);
if(z++)
{
z = 0;
yuyv += 4;
}
}
}
/*
LCD顯示屏初始化
*/
int LCD_Init(const char *dev_path)
{
/*1. 開啟裝置檔案*/
lcd_fd=open(dev_path,2);
if(lcd_fd<0)
{
return -1;
}
/*2. 獲取可變引數*/
if(ioctl(lcd_fd,FBIOGET_VSCREENINFO,&vinfo))return -2;
printf("螢幕X:%d 螢幕Y:%d 畫素位數:%d\n",vinfo.xres,vinfo.yres,vinfo.bits_per_pixel);
//分配視訊記憶體空間,完成影象顯示
lcd_display_buff=malloc(vinfo.xres*vinfo.yres*vinfo.bits_per_pixel/8);
/*3. 獲取固定引數*/
if(ioctl(lcd_fd,FBIOGET_FSCREENINFO,&finfo))return -3;
printf("smem_len=%d Byte,line_length=%d Byte\n",finfo.smem_len,finfo.line_length);
/*4. 對映LCD屏實體地址到程序空間*/
lcd_mem_p =(unsigned char *)mmap(0,finfo.smem_len,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,lcd_fd,0); //從檔案的那個地方開始對映
memset(lcd_mem_p,0xFFFFFFFF,finfo.smem_len);
return 0;
}
//[root@wbyq code]# ./app /dev/video15 simhei.ttf
//[root@wbyq code]# date -s "2020-09-19 09:39:20"
//編譯程式記得加上-lfreetype
int main(int argc,char **argv)
{
if(argc!=3)
{
printf("傳參格式:./app </dev/videoX> <向量字型檔案>\n");
return 0;
}
/*初始化設定FreeType*/
InitConfig_FreeType(argv[2]);
/*1. 初始化攝像頭*/
printf("攝像頭初始化狀態:%d\n",VideoDev_Init(argv[1]));
/*2. 初始化LCD顯示屏*/
printf("LCD顯示屏的初始化狀態:%d\n",LCD_Init("/dev/fb0"));
/*3. 讀取攝像頭的資料*/
struct pollfd video_fds;
video_fds.events=POLLIN;
video_fds.fd=video_fd;
struct v4l2_buffer video_buffer;
memset(&video_buffer,0,sizeof(struct v4l2_buffer));
unsigned char *rgb_buffer=malloc(video_height*video_width*3);
unsigned char *rgb_p;
int w,h;
int x0;
unsigned char r,g,b;
unsigned int c;
time_t sec;
struct tm c_timedate;
char time_date[50];
wchar_t time_date_wchar[100];
x0=(vinfo.xres-video_width)/2; //攝像頭圖片顯示的起始位置
while(1)
{
/*等待攝像頭採集資料*/
poll(&video_fds,1,-1);
/*得到緩衝區的編號*/
video_buffer.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
video_buffer.memory=V4L2_MEMORY_MMAP;
ioctl(video_fd,VIDIOC_DQBUF,&video_buffer);
//printf("當前採集OK的緩衝區編號:%d,地址:%#X\n",video_buffer.index,video_buff_buff[video_buffer.index]);
/*對緩衝區資料進行處理*/
yuv_to_rgb(video_buff_buff[video_buffer.index],rgb_buffer,video_width,video_height);
/*將影象資料顯示在LCD螢幕上*/
rgb_p=rgb_buffer;
for(h=0;h<video_height;h++)
{
for(w=0;w<video_width;w++)
{
b=*rgb_p++;
g=*rgb_p++;
r=*rgb_p++;
c=r<<16|g<<8|b<<0;
LCD_WritePoint(w+x0,h,c); /*繪製畫素點到LCD屏*/
}
}
/*獲取本地時間*/
sec=time(NULL); //獲取當前系統的秒單位時間
localtime_r(&sec,&c_timedate); //將秒單位時間轉為結構體返回
sprintf(time_date,"%d-%d-%d %d:%d:%d",c_timedate.tm_year+1900,c_timedate.tm_mon+1,c_timedate.tm_mday,c_timedate.tm_hour,c_timedate.tm_min,c_timedate.tm_sec);
//printf("time_date=%s\n",time_date);
//char型別轉Wchar
CharToWchar(time_date,time_date_wchar);
LCD_DrawText(x0,0,32,L"實訓樓六樓");
LCD_DrawText(x0,32,32,time_date_wchar);
//顯示屏進行顯示: 將視訊記憶體空間的資料拷貝到LCD屏進行顯示
memcpy(lcd_mem_p,lcd_display_buff,vinfo.xres*vinfo.yres*vinfo.bits_per_pixel/8);
/*將緩衝區放入採集佇列*/
ioctl(video_fd,VIDIOC_QBUF,&video_buffer);
}
/*4. 關閉視訊裝置*/
close(video_fd);
return 0;
}
三、編譯與執行效果
[root@wbyq code]# ./app /dev/video15 simhei.ttf
當前攝像頭支援的解析度:640x480
當前攝像頭支援YUYV格式輸出.
成功申請的緩衝區數量:4
第0個緩衝區地址:0XB6CE9000
第1個緩衝區地址:0XB6C53000
第2個緩衝區地址:0XB6BBD000
第3個緩衝區地址:0XB6B27000
攝像頭初始化狀態:0
螢幕X:800 螢幕Y:480 畫素位數:32
smem_len=4608000 Byte,line_length=3200 Byte
LCD顯示屏的初始化狀態:0
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