Usb камера для linux

Web-камеры в Linux

Оригинал: Webcams in Linux
Автор: Carla Schroder
Дата: 21 февраля 2008
Перевод: Андрей Синицын aka boombick
Дата перевода: 25 февраля 2009

При копировании материала обязательны указание автора, переводчика и ссылки на оригинал статьи и настоящую страницу как первоисточник перевода!

Linux и web-камеры

Сегодня web-камеры используются очень широко: большинство ноутбуков уже имеет встроенную web-камеру, многие LCD-мониторы оснащаются ими. Да и приобрести web-камеры, работающую через USB-интерфейс сегодня можно менее, чем 40$. В этой статье я расскажу вам, как настроить web-камеру для работы в linux и полноценно использовать все ее возможности

Вы не добьетесь высокого качества изображения от недорогих web-камер, в любом случае картинка будет не очень четкой и «прерывистой». Но это вполне приемлемая «прерывистость». Камеры low-end класса обычно поддерживают режим 15 кадров в секунду при разрешении 320×240 пикселей. Для сравнения, в фильмах обычно используются 24 кадра в секунду. В более дорогих моделях качество изображения лучше и битрейт повыше. Например, Logitech QuickCam Pro 9000. За цену около 100$ вы получаете встроенный микрофон, автофокус, довольно неплохую оптику и видео с разрещением до 960×720 пикселей

Так что для хорошего изображения на камере лучше не экономить. Также у вас должен быть относительно современный PC, оптимально двухядерный. Обработка видео — ресурсоемкая операция и требует «лошадиных сил». Стандартная минимальная ширина канала для передачи видео — 256 кбит/с в обе стороны

Поддержка web-камер в Linux довольно неплоха, за что стоит сказать спасибо разработчикам Linux. Обычно, производителей камер не очень заботят пользователи операционных систем, отличных от MS Windows. Michel Xhaard (Мишель Ксард) , например, с незначительной сторонней помощью разработал драйвер, который подходит более чем к 250 моделям web-камер. Этот базовый драйвер, GSPCA/SPCA5xx, входит в Debian и производные от него дистрибутивы. Также хорошие люди поддерживают проект драйвера и ПО Linux UVC , с помощью которого можно заставить заработать еще некоторые модели камер. Еще можно поблагодарить разработчиков проекта Драйвера для USB-камер Philips , хотя они по большей части поддерживают более старые модели

Плохой момент в словосочетании «неплохая поддержка» заключается в том, что в большинстве случаев драйвера придется компилировать и устанавливать руками. Добро пожаловать в старые добрые времена!

Заставляем камеру работать

Если вы еще не приобрели камеру, то сперва имеет смысл выяснить, какие модели наиболее хорошо поддерживаются в вашем дистрибутиве. Mandriva Linux наиболее «дружественна» к web-камерам. Камеры от Logitech — самые популярные, но не все модели имеют «нативные» драйвера для Linux

Если у вас уже есть web-камера, то можете уповать на везение — возможно камера заработает, как только вы подключите ее. Вот самый короткий и простой путь:

Если Camorama не работает, то можно попробовать использовать аккаунт Testbed в kopete. На рисунке изображен мой разговор с лучшим другом через kopete.

Также на скриншоте видна проблема с настройкой интегрированной камеры — вы должны поворачивать весь монитор для получения корректного изображения. К слову, я сидела довольно высоко 🙂

Camorama не поддерживает v4l2, а жаль — во второй версии сделано довольно много улучшений и исправлено много ошибок по сравнению с первой версией. На Ubuntuforums пользователи часто спрашивают, почему у них появляется ошибка «could not connect to video device (dev/video0)» при использовании Camorama. Это означает, что используется драйвер, которому нужен v4l2, или v4l вообще не установлен.

В современных Linux-дистрибутивах udev и HAL должны самостоятельно определить камеру, создать устройство /dev/video0, владельцем которого является root и принадлежащее группе video, и загрузить нужный модуль ядра. Если вы не входите в группу video, то добавьте себя туда и перелогиньтесь. Для проверки членства в группе запустите команду id без параметров. Чтобы проверить, загрузился ли нужный модуль, запустите lsmod

Узнаем «секретное имя» web-камеры

Моя камера встроена в LCD-монитор Viewsonic VX2255. Также у этого монитора есть встроенный микрофон. Камера подключается при помощи отдельного USB-кабеля. Я подключила ее и запустила следующие команды, чтобы проверить, «схватила» ли ее моя Ubuntu Gutsy

Это говорит о том, что камера поддерживается модулем ucvvideo и я могу воспользовать web-поиском для получения более подробной информации, потому что я знаю Супер Секретное Имя Web-Камеры. Помните, что вывод dmesg обновляется при подключении и отключении устройств, так что не лишним будет запомнить последние строки. Если же в выводе dmesg нет камеры, значит ядро не видит устройство и вам не повезло

Полезные ресурсы

• Один человек написал драйвера для 235 USB Web-камер
• Linux UVS драйвера и ПО
• Установка web-камеры. HOWTO. Это руководство написано для Gentoo, но подойдет для всех дистрибутивов
• Web-камеры в Ubuntu
• Настройка камеры в Debian Etch
• Linux и Logitech QuickCam Pro 9000

Другие статьи на тему вебкамер на нашем сайте:

• Jun Auza, перевод: Н.Ромоданов, «Превращаем обычную веб-камеру в камеру слежения, работающую в Ubuntu Linux» Если вы хотите превратить обычную веб-камеру в камеру слежения, чтобы знать, кто крадет ваших кур, то вам следует прочитать данную статью.

Источник

Захват видео с USB камер на устройствах под управлением Linux

Предыстория

1. Видео в разрешении FullHD (1920Х1080) или HD (1280х720) и нормальная частота кадров (чтобы можно было играть).
2. Игрушку я планировал отдать детям, поэтому нужен был автостарт и поддержка подключения/отключения камеры.

В общем хотелось что-то вроде этого:

Ограничения

Я не собирался искать решение, которое работает всегда и везде. Следующие ограничения меня вполне устраивали:

1. Хороший WiFi сигнал.
2. Ограниченное число подключений, приоритет отдавался случаю, когда есть всего один клиент.
3. Камера поддерживает режим MJPG.

HW и SW

Предварительный анализ

Код UVC драйвера оказался готов к добавлению различного рода “специальных” решений, и я легко нашел место, где надо скорректировать размер буфера (функция uvc_fixup_video_ctrl()). Более того, драйвер поддерживает набор quirks, которые позволяют поддерживать камеры с разного рода отклонениями от стандарта UVC. В общем, разработчики драйвера сделали лучшее, что возможно для поддержки зоопарка камер.

Добавив коррекцию размера буфера, я получил стабильную работу в режиме 1280х720 и даже в режиме 1920х1080. Ура! Половина задачи решена!

В поисках новых приключений

Немного порадовавшись первой удаче, я вспомнил, что mjpg-streamer далек от совершенства. Наверняка можно сделать что-то простое, не такое универсальное как mjpg-streamer, но более подходящее для моих условий. Так я решил сделать uvc2http.

В mjpg-streamer мне не понравилось использование нескольких потоков и копирование буферов. Это определило архитектуру решения: 1 поток и никакого копирования. Используя non-blocking IO, это делается достаточно просто: захватываем кадр и без копирования отсылаем его клиенту. Есть небольшая проблема: пока мы отсылаем данные из буфера, мы не можем вернуть буфер обратно в очередь. А пока буфер не в очереди, драйвер не может положить в него новый кадр. Но если размер очереди > 1, то это становится возможным. Число буферов определяет максимальное количество подключений, которое можно гарантированно обслуживать. Т.е., если я хочу гарантированно поддерживать 1 клиента, то 3-х буферов достаточно (в один буфер пишет драйвер, из второго отсылаем данные, третий в запасе, чтобы избежать конкуренции с драйвером за буфер при попытке получить новый кадр).

Uvc2http

Uvc2http состоит из двух компонентов: UvcGrabber и HttpStreamer. Первый отвечает за получение буферов (кадров) из очереди и возврат их обратно в очередь. Второй отвечает за обслуживание клиентов по HTTP. Есть еще немного кода, который связывает эти компоненты. Подробности можно посмотреть в исходниках.

Неожиданная проблема

Все было замечательно: приложение работало и в разрешении 1280х720 выдавало 20+ кадров/сек. Я делал косметические изменения в коде. После очередной порции изменений я замерил частоту кадров. Результат был удручающий — меньше 15 кадров. Я бросился искать, что же привело к деградации. Я потратил, наверное, 2 часа в течение которых частота уменьшалась с каждым замером до значения 7 кадров/сек. В голову лезли разные мысли о деградации из-за долгой работы роутера, из-за его перегрева. Это было что-то непонятное. В какой-то момент я отключил стримминг и увидел, что просто один захват (без стримминга) давал те же 7 кадров. Я даже начал подозревать проблемы с камерой. В общем какая-то чушь. Дело было вечером и камера, повернутая в окно, показывала что-то серое. Дабы сменить мрачное изображение я повернул камеру внутрь комнаты. И, о чудо! Частота кадров увеличилась до 15 и я все понял. Камера автоматически подстраивала время экспозиции и в какой-то момент это время стало больше длительности кадра при заданной частоте. За эти два часа случилось следующее: сначала плавно темнело (это был вечер), а потом я повернул камеру внутрь освещенной комнаты. Направив камеру на люстру я получил 20+ кадров/сек. Ура.

Другие проблемы и нюансы использования

Результаты

Ниже табличка с результатами сравнения mjpg-streamer и uvc2http. Если коротко — есть значительный выигрыш в потреблении памяти и небольшой выигрыш в частоте кадров и загрузке CPU.

1280×720						1920×1080
VSZ, KB, 1 client	VSZ, KB, 2 clients	CPU, %, 1 client	CPU, %, 2 clients	FPS, f/s, 1 client	FPS, f/s, 2 clients	VSZ, KB, 1 client	VSZ, KB, 2 clients	CPU, %, 1 client	CPU, %, 2 clients	FPS, f/s, 1 client	FPS, f/s, 2 clients
Mjpg-streamer	16860	19040	26	43	17.6	15	25456	25812	28	50	13.8	10
uvc2http	3960	3960	26	43	22	19.6	7576	7576	28	43	15.5	12.2

Ну и конечно же видео, которое я сделал вместе с детьми:

Фото получившегося танка (получилось что-то вроде цыганской телеги):

Использование

Исходники находятся здесь. Для использования на PC Linux надо всего лишь собрать (при условии что вы не хотите патчить драйвер UVC). Утилита собирается с помощью CMake стандартным способом. Если же надо использовать в OpenWRT, то надо сделать дополнительные шаги:

1. Скопировать содержимое директории OpenWrt-15.05 в корень репозитория OpenWRT. Эти файлы только для OpenWRT 15.05. Они описывают новый пакет для OpenWRT и патч для драйвера UVC.
2. Если ваша камера также возвращает завышенный размер необходимого буфера, то надо добавить использование quirk UVC_QUIRK_COMPRESSION_RATE для вашей камеры в файле uvc_driver.c. Для этого надо сделать собственный патч для драйвера UVC. Как это сделать, описано здесь wiki.openwrt.org/doc/devel/patches. Вам необходимо добавить описание вашей камеры в массив uvc_ids. В качестве примера можно посмотреть на описание моей камеры:

Настроить сборку OpenWRT стандартный методом (http://wiki.openwrt.org/doc/howto/build). При настройке необходимо выбрать пакет uvc2http в меню Multimedia.

Собрать пакет uvc2http или полный образ (обязательно если вам необходим патч драйвера) для вашей целевой платформы. Если установить утилиту как пакет, то она будет запускаться при старте.

Установить пакет на устройство/обновить систему

Что дальше

Решение состоит из двух частей: патч драйвера и другой алгоритм стримминга. Патч драйвера можно было бы включить в новую версию ядра линукса, но это спорное решение, так как оно основано на предположении о минимальном коэффициенте сжатия. Утилита же, на мой взгляд, хорошо подходит для использования на слабых системах (игрушках, домашних системах видеонаблюдения), и ее можно немного улучшить, добавив возможность задавать настройки камеры через параметры.

Алгоритм стримминга можно улучшить так как есть запас по загрузке CPU и по ширине канала (я легко получал с роутера 50+ MBit подключая десяток клиентов). Также можно добавить поддержку звука.

Источник

Работа с usb видеокамерой в Linux. Часть 2

Продолжаем цикл статей про программирование видеокамеры в Linux. В первой части [1], мы рассмотрели механизм открытия и считывания первичных параметров видеоустройства. Была написана простенькая утилита catvd. Сегодня расширим функционал нашей маленькой программы , но сначала надо написать обертку для функции ioctl.

Эта обертка позволяет прервать программу если была ошибка и показать сообщение.

&nbsp&nbspПопробуем считать картинку с камеры и сохранить в файл.

метод readFrame — отвечает за чтение и обработку полученого изображения.
методы initMMAP(), freeMMAP() — создание/очистка буфера памяти устройства.
методы startCapturing(), stopCapturing() — включение/выключение режима streaming у видеоустройства. Наличие этих функций, у камеры, можно проверить флагом V4L2_CAP_STREAMING [*].

&nbsp&nbspРазберем метод initMMAP

функция VIDIOC_REQBUFS [↓] позволяет проинициализировать буфер памяти внутри устройства. Структура v4l2_requestbuffers задает параметры инициализации

&nbsp&nbspПосле того, как буфер был проинициализирован, его надо отобразить на область памяти (mapping).
Функция VIDIOC_QUERYBUF [↓] позволяет считать параметры буфера, которые будут использоваться для создания memory-mapping области. Структура v4l2_buffer большая, опишу необходимые поля:

системная функция mmap() [3] позволяет отображать файл или область памяти устройств в оперативную память. Для использования mmap() необходимо подключить

&nbsp&nbspДалее необходимо переключить камеру в режим захвата.

Функция VIDIOC_QBUF [↓] ставит буфер в очередь обработки драйвером устройства. Поля используются такие же, как и для VIDIOC_REQBUFS или VIDIOC_QUERYBUF.
Функция VIDIOC_STREAMON[↓] включает камеру в режим захвата.

&nbsp&nbspТеперь камера включена и захватывает изображения. Но картинку еще надо получить.

Функция VIDIOC_DQBUF[↓] освобождает буфер из очереди обработки драйвера. В результате можем получить ошибку EAGAIN. Ничего опасного в этом нет, надо еще раз вызвать VIDIOC_DQBUF. Это происходит потому, что драйвер еще обрабатывает запрос и не может освободить буфер из очереди. При успешном выполнении этой функции, мы получаем в «руки» нашу картинку. В самом начале статьи, в коде был добавлен итератор. Итератор позволяет проследить сколько итераций вхолостую проходит цикл до успешного выполнения VIDIOC_DQBUF.

Вывод программы следующий

Из «iter == 831013» видно — картинка скидывается в буфер довольно долго. Для ускорения можно использовать несколько буферов и вытаскивать картинку с первого свободного и т.д.

&nbsp&nbspСегодня была рассмотрена инициализация буфера памяти и чтения из него картинки. Изображение сохраняется в raw формате. Можно открыть программой Shotwell. В следующей статье будет рассмотрен вывод изображению в текстуру (через SDL2), затронуты некоторые форматы изображения и настройки камеры.

Источник