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

一、開發環境介紹

開發闆：友善之臂Tiny4412

LCD型号: S702 、分辨率: 800*480

Linux核心版本: Linux 3.5

攝像頭: USB免驅攝像頭

文本顯示采用矢量字庫, FreeType引擎。

完整項目代碼下載下傳位址(包含矢量字庫源碼和編譯安裝方法):

https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/16680219

二、核心代碼

注意:　文本編碼必須是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矢量字型的配置*/
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;
 
 
/*全局變量*/
int lcd_fd;
unsigned char *lcd_mem_p=NULL;  //儲存LCD屏映射到程序空間的首位址
struct fb_var_screeninfo vinfo;
struct fb_fix_screeninfo finfo;
int video_fd;
char *video_buff_buff[4]; /*儲存攝像頭緩沖區的位址*/
int video_height=0;
int video_width=0;
unsigned char *lcd_display_buff; //LCD顯存空間
 
/*函數聲明*/
void LCD_WritePoint(int x,int y,int c);
int LCD_ReadPoint(int x,int y);
 
 
/*  LCD顯示矢量字型的位圖資訊
 *      bitmap : 要顯示的字型的矢量位圖
 *      x : 顯示的x坐标
 *      y : 顯示的y坐标
 */
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;
 
    /* 将位圖資訊循環列印到螢幕上 */
    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配置
*/
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. 打開加載的字型檔案*/
    error=FT_New_Face(FreeTypeConfig.library,font_file,0,&FreeTypeConfig.face);
    if(error)
    {
        printf("矢量字型檔案加載失敗.\n");
        return -2;
    }
    return 0;
}
 
/*
函數功能: 釋放FreeType配置
*/
void FreeType_Config(void)
{
    FT_Done_Face(FreeTypeConfig.face);
    FT_Done_FreeType(FreeTypeConfig.library);
}
 
/*
函數功能: 在LCD屏顯示一串文本資料
函數參數:
    u32 x   坐标位置
    u32 y   坐标位置
    u32 size 字型大小
    wchar_t *text 顯示的文本資料
*/
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. 設定字元的像素的大小為size*size*/
    error=FT_Set_Pixel_Sizes(FreeTypeConfig.face,size,0);
    if(error)
    {
        printf("字元的像素大小設定失敗.\n");
        return -1;
    }
    
    /*4. 設定字型檔案的輪廓的插槽*/
    FreeTypeConfig.slot=FreeTypeConfig.face->glyph;
 
    /* 設定坐标為原點坐标
     * 将LCD坐标轉換成笛卡爾坐标
     * 機關是 1/64 Point
     */
    FreeTypeConfig.pen.x=x*64;
    FreeTypeConfig.pen.y=(vinfo.yres-size-y)*64;
 
    /*5. 循環的将文字顯示出來*/
    for(i=0;i<wcslen(text);i++)
    {
        FT_Set_Transform(FreeTypeConfig.face,0,&FreeTypeConfig.pen);    //設定字型的起始坐标位置
        /*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，把笛卡爾坐标轉換成LCD坐标*/
        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坐标位置
            FreeTypeConfig.pen.y=(vinfo.yres-size-y-size)*64; //更新Y坐标位置
        }
        else
        {
            /* 更新原點坐标位置 */
            FreeTypeConfig.pen.x+=FreeTypeConfig.slot->advance.x;
            FreeTypeConfig.pen.y+=FreeTypeConfig.slot->advance.y;
        }
    }
    return 0;
}
 
// 将char類型轉化為wchar
// src:  源
// dest: 目标
// locale: 環境變量的值，mbstowcs依賴此值來判斷src的編碼方式
void CharToWchar(char *src, wchar_t *dest)
{
  // 根據環境變量設定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存放時實際占用空間大小.
  // 也可以直接傳入一個大數組代替
  //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. 打開攝像頭裝置*/
    video_fd=open(dev_path,2);
    if(video_fd<0)return -1;
    /*2. 設定攝像頭的輸出圖像尺寸與圖像格式*/
    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("目前攝像頭支援的分辨率:%dx%d\n",video_format.fmt.pix.width,video_format.fmt.pix.height);
    if(video_format.fmt.pix.pixelformat!=V4L2_PIX_FMT_YUYV)
    {
        printf("目前攝像頭不支援YUYV格式輸出.\n");
        return -3;
    }
    else
    {
        video_height=video_format.fmt.pix.height;
        video_width=video_format.fmt.pix.width; 
        printf("目前攝像頭支援YUYV格式輸出.\n");
    }
    /*3. 申請緩沖區*/
    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("成功申請的緩沖區數量:%d\n",video_requestbuffers.count);
    /*4. 得到每個緩沖區的位址: 将申請的緩沖區映射到程序空間*/
    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;
        /*映射緩沖區的位址到程序空間*/
        video_buff_buff[i]=mmap(NULL,video_buffer.length,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,video_fd,video_buffer.m.offset);
        printf("第%d個緩沖區位址:%#X\n",i,video_buff_buff[i]);
    }   
    /*5. 将緩沖區放入到采集隊列*/
    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. 啟動攝像頭采集*/
    int opt_type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
    if(ioctl(video_fd,VIDIOC_STREAMON,&opt_type))return -7;
    return 0;
}
 
/*
将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. 打開裝置檔案*/
    lcd_fd=open(dev_path,2);
    if(lcd_fd<0)
    {
        return -1;
    }
    /*2. 擷取可變參數*/
    if(ioctl(lcd_fd,FBIOGET_VSCREENINFO,&vinfo))return -2;
    printf("螢幕X:%d   螢幕Y:%d  像素位數:%d\n",vinfo.xres,vinfo.yres,vinfo.bits_per_pixel);
    //配置設定顯存空間,完成圖像顯示
    lcd_display_buff=malloc(vinfo.xres*vinfo.yres*vinfo.bits_per_pixel/8);
    /*3. 擷取固定參數*/
    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. 映射LCD屏實體位址到程序空間*/
    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映射
    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> <矢量字型檔案>\n");
        return 0;
    }
    /*初始化配置FreeType*/
    InitConfig_FreeType(argv[2]);
    
    /*1. 初始化攝像頭*/
    printf("攝像頭初始化狀态:%d\n",VideoDev_Init(argv[1]));
    /*2. 初始化LCD顯示屏*/
    printf("LCD顯示屏的初始化狀态:%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; //攝像頭圖檔顯示的起始位置
    while(1)
    {
        /*等待攝像頭采集資料*/
        poll(&video_fds,1,-1);
        /*得到緩沖區的編号*/
        video_buffer.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
        video_buffer.memory=V4L2_MEMORY_MMAP;
        ioctl(video_fd,VIDIOC_DQBUF,&video_buffer);
        //printf("目前采集OK的緩沖區編号:%d,位址:%#X\n",video_buffer.index,video_buff_buff[video_buffer.index]);
        /*對緩沖區資料進行處理*/
        yuv_to_rgb(video_buff_buff[video_buffer.index],rgb_buffer,video_width,video_height);
        /*将圖像資料顯示在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); /*繪制像素點到LCD屏*/
            }
        }
        
        /*擷取本地時間*/
        sec=time(NULL); //擷取目前系統的秒機關時間
        localtime_r(&sec,&c_timedate); //将秒機關時間轉為結構體傳回
        
        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類型轉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: 将顯存空間的資料拷貝到LCD屏進行顯示
        memcpy(lcd_mem_p,lcd_display_buff,vinfo.xres*vinfo.yres*vinfo.bits_per_pixel/8);
 
        /*将緩沖區放入采集隊列*/
        ioctl(video_fd,VIDIOC_QBUF,&video_buffer);
    }
    /*4. 關閉視訊裝置*/
    close(video_fd);
    return 0;
}
       

三、編譯與運作效果

[root@wbyq code]# ./app /dev/video15 simhei.ttf 
目前攝像頭支援的分辨率:640x480
目前攝像頭支援YUYV格式輸出.
成功申請的緩沖區數量:4
第0個緩沖區位址:0XB6CE9000
第1個緩沖區位址:0XB6C53000
第2個緩沖區位址:0XB6BBD000
第3個緩沖區位址:0XB6B27000
攝像頭初始化狀态:0
螢幕X:800   螢幕Y:480  像素位數:32
smem_len=4608000 Byte,line_length=3200 Byte
LCD顯示屏的初始化狀态:0