kvm tools, setup: Create private directory
[linux-2.6/next.git] / Documentation / DocBook / v4l / common.xml
blob9028721438dc3625cce32fba512c715ab38f337f
1   <title>Common API Elements</title>
3   <para>Programming a V4L2 device consists of these
4 steps:</para>
6   <itemizedlist>
7     <listitem>
8       <para>Opening the device</para>
9     </listitem>
10     <listitem>
11       <para>Changing device properties, selecting a video and audio
12 input, video standard, picture brightness a.&nbsp;o.</para>
13     </listitem>
14     <listitem>
15       <para>Negotiating a data format</para>
16     </listitem>
17     <listitem>
18       <para>Negotiating an input/output method</para>
19     </listitem>
20     <listitem>
21       <para>The actual input/output loop</para>
22     </listitem>
23     <listitem>
24       <para>Closing the device</para>
25     </listitem>
26   </itemizedlist>
28   <para>In practice most steps are optional and can be executed out of
29 order. It depends on the V4L2 device type, you can read about the
30 details in <xref linkend="devices" />. In this chapter we will discuss
31 the basic concepts applicable to all devices.</para>
33   <section id="open">
34     <title>Opening and Closing Devices</title>
36     <section>
37       <title>Device Naming</title>
39       <para>V4L2 drivers are implemented as kernel modules, loaded
40 manually by the system administrator or automatically when a device is
41 first opened. The driver modules plug into the "videodev" kernel
42 module. It provides helper functions and a common application
43 interface specified in this document.</para>
45       <para>Each driver thus loaded registers one or more device nodes
46 with major number 81 and a minor number between 0 and 255. Assigning
47 minor numbers to V4L2 devices is entirely up to the system administrator,
48 this is primarily intended to solve conflicts between devices.<footnote>
49           <para>Access permissions are associated with character
50 device special files, hence we must ensure device numbers cannot
51 change with the module load order. To this end minor numbers are no
52 longer automatically assigned by the "videodev" module as in V4L but
53 requested by the driver. The defaults will suffice for most people
54 unless two drivers compete for the same minor numbers.</para>
55         </footnote> The module options to select minor numbers are named
56 after the device special file with a "_nr" suffix. For example "video_nr"
57 for <filename>/dev/video</filename> video capture devices. The number is
58 an offset to the base minor number associated with the device type.
59 <footnote>
60           <para>In earlier versions of the V4L2 API the module options
61 where named after the device special file with a "unit_" prefix, expressing
62 the minor number itself, not an offset. Rationale for this change is unknown.
63 Lastly the naming and semantics are just a convention among driver writers,
64 the point to note is that minor numbers are not supposed to be hardcoded
65 into drivers.</para>
66         </footnote> When the driver supports multiple devices of the same
67 type more than one minor number can be assigned, separated by commas:
68 <informalexample>
69           <screen>
70 &gt; insmod mydriver.o video_nr=0,1 radio_nr=0,1</screen>
71         </informalexample></para>
73       <para>In <filename>/etc/modules.conf</filename> this may be
74 written as: <informalexample>
75           <screen>
76 alias char-major-81-0 mydriver
77 alias char-major-81-1 mydriver
78 alias char-major-81-64 mydriver              <co id="alias" />
79 options mydriver video_nr=0,1 radio_nr=0,1   <co id="options" />
80           </screen>
81           <calloutlist>
82             <callout arearefs="alias">
83               <para>When an application attempts to open a device
84 special file with major number 81 and minor number 0, 1, or 64, load
85 "mydriver" (and the "videodev" module it depends upon).</para>
86             </callout>
87             <callout arearefs="options">
88               <para>Register the first two video capture devices with
89 minor number 0 and 1 (base number is 0), the first two radio device
90 with minor number 64 and 65 (base 64).</para>
91             </callout>
92           </calloutlist>
93         </informalexample> When no minor number is given as module
94 option the driver supplies a default. <xref linkend="devices" />
95 recommends the base minor numbers to be used for the various device
96 types. Obviously minor numbers must be unique. When the number is
97 already in use the <emphasis>offending device</emphasis> will not be
98 registered. <!-- Blessed by Linus Torvalds on
99 linux-kernel@vger.kernel.org, 2002-11-20. --></para>
101       <para>By convention system administrators create various
102 character device special files with these major and minor numbers in
103 the <filename>/dev</filename> directory. The names recommended for the
104 different V4L2 device types are listed in <xref linkend="devices" />.
105 </para>
107       <para>The creation of character special files (with
108 <application>mknod</application>) is a privileged operation and
109 devices cannot be opened by major and minor number. That means
110 applications cannot <emphasis>reliable</emphasis> scan for loaded or
111 installed drivers. The user must enter a device name, or the
112 application can try the conventional device names.</para>
114       <para>Under the device filesystem (devfs) the minor number
115 options are ignored. V4L2 drivers (or by proxy the "videodev" module)
116 automatically create the required device files in the
117 <filename>/dev/v4l</filename> directory using the conventional device
118 names above.</para>
119     </section>
121     <section id="related">
122       <title>Related Devices</title>
124       <para>Devices can support several related functions. For example
125 video capturing, video overlay and VBI capturing are related because
126 these functions share, amongst other, the same video input and tuner
127 frequency. V4L and earlier versions of V4L2 used the same device name
128 and minor number for video capturing and overlay, but different ones
129 for VBI. Experience showed this approach has several problems<footnote>
130           <para>Given a device file name one cannot reliable find
131 related devices. For once names are arbitrary and in a system with
132 multiple devices, where only some support VBI capturing, a
133 <filename>/dev/video2</filename> is not necessarily related to
134 <filename>/dev/vbi2</filename>. The V4L
135 <constant>VIDIOCGUNIT</constant> ioctl would require a search for a
136 device file with a particular major and minor number.</para>
137         </footnote>, and to make things worse the V4L videodev module
138 used to prohibit multiple opens of a device.</para>
140       <para>As a remedy the present version of the V4L2 API relaxed the
141 concept of device types with specific names and minor numbers. For
142 compatibility with old applications drivers must still register different
143 minor numbers to assign a default function to the device. But if related
144 functions are supported by the driver they must be available under all
145 registered minor numbers. The desired function can be selected after
146 opening the device as described in <xref linkend="devices" />.</para>
148       <para>Imagine a driver supporting video capturing, video
149 overlay, raw VBI capturing, and FM radio reception. It registers three
150 devices with minor number 0, 64 and 224 (this numbering scheme is
151 inherited from the V4L API). Regardless if
152 <filename>/dev/video</filename> (81, 0) or
153 <filename>/dev/vbi</filename> (81, 224) is opened the application can
154 select any one of the video capturing, overlay or VBI capturing
155 functions. Without programming (e.&nbsp;g. reading from the device
156 with <application>dd</application> or <application>cat</application>)
157 <filename>/dev/video</filename> captures video images, while
158 <filename>/dev/vbi</filename> captures raw VBI data.
159 <filename>/dev/radio</filename> (81, 64) is invariable a radio device,
160 unrelated to the video functions. Being unrelated does not imply the
161 devices can be used at the same time, however. The &func-open;
162 function may very well return an &EBUSY;.</para>
164       <para>Besides video input or output the hardware may also
165 support audio sampling or playback. If so, these functions are
166 implemented as OSS or ALSA PCM devices and eventually OSS or ALSA
167 audio mixer. The V4L2 API makes no provisions yet to find these
168 related devices. If you have an idea please write to the linux-media
169 mailing list: &v4l-ml;.</para>
170     </section>
172     <section>
173       <title>Multiple Opens</title>
175       <para>In general, V4L2 devices can be opened more than once.
176 When this is supported by the driver, users can for example start a
177 "panel" application to change controls like brightness or audio
178 volume, while another application captures video and audio. In other words, panel
179 applications are comparable to an OSS or ALSA audio mixer application.
180 When a device supports multiple functions like capturing and overlay
181 <emphasis>simultaneously</emphasis>, multiple opens allow concurrent
182 use of the device by forked processes or specialized applications.</para>
184       <para>Multiple opens are optional, although drivers should
185 permit at least concurrent accesses without data exchange, &ie; panel
186 applications. This implies &func-open; can return an &EBUSY; when the
187 device is already in use, as well as &func-ioctl; functions initiating
188 data exchange (namely the &VIDIOC-S-FMT; ioctl), and the &func-read;
189 and &func-write; functions.</para>
191       <para>Mere opening a V4L2 device does not grant exclusive
192 access.<footnote>
193           <para>Drivers could recognize the
194 <constant>O_EXCL</constant> open flag. Presently this is not required,
195 so applications cannot know if it really works.</para>
196         </footnote> Initiating data exchange however assigns the right
197 to read or write the requested type of data, and to change related
198 properties, to this file descriptor. Applications can request
199 additional access privileges using the priority mechanism described in
200 <xref linkend="app-pri" />.</para>
201     </section>
203     <section>
204       <title>Shared Data Streams</title>
206       <para>V4L2 drivers should not support multiple applications
207 reading or writing the same data stream on a device by copying
208 buffers, time multiplexing or similar means. This is better handled by
209 a proxy application in user space. When the driver supports stream
210 sharing anyway it must be implemented transparently. The V4L2 API does
211 not specify how conflicts are solved. <!-- For example O_EXCL when the
212 application does not want to be preempted, PROT_READ mmapped buffers
213 which can be mapped twice, what happens when image formats do not
214 match etc.--></para>
215     </section>
217     <section>
218       <title>Functions</title>
220     <para>To open and close V4L2 devices applications use the
221 &func-open; and &func-close; function, respectively. Devices are
222 programmed using the &func-ioctl; function as explained in the
223 following sections.</para>
224     </section>
225   </section>
227   <section id="querycap">
228     <title>Querying Capabilities</title>
230     <para>Because V4L2 covers a wide variety of devices not all
231 aspects of the API are equally applicable to all types of devices.
232 Furthermore devices of the same type have different capabilities and
233 this specification permits the omission of a few complicated and less
234 important parts of the API.</para>
236     <para>The &VIDIOC-QUERYCAP; ioctl is available to check if the kernel
237 device is compatible with this specification, and to query the <link
238 linkend="devices">functions</link> and <link linkend="io">I/O
239 methods</link> supported by the device. Other features can be queried
240 by calling the respective ioctl, for example &VIDIOC-ENUMINPUT;
241 to learn about the number, types and names of video connectors on the
242 device. Although abstraction is a major objective of this API, the
243 ioctl also allows driver specific applications to reliable identify
244 the driver.</para>
246     <para>All V4L2 drivers must support
247 <constant>VIDIOC_QUERYCAP</constant>. Applications should always call
248 this ioctl after opening the device.</para>
249   </section>
251   <section id="app-pri">
252     <title>Application Priority</title>
254     <para>When multiple applications share a device it may be
255 desirable to assign them different priorities. Contrary to the
256 traditional "rm -rf /" school of thought a video recording application
257 could for example block other applications from changing video
258 controls or switching the current TV channel. Another objective is to
259 permit low priority applications working in background, which can be
260 preempted by user controlled applications and automatically regain
261 control of the device at a later time.</para>
263     <para>Since these features cannot be implemented entirely in user
264 space V4L2 defines the &VIDIOC-G-PRIORITY; and &VIDIOC-S-PRIORITY;
265 ioctls to request and query the access priority associate with a file
266 descriptor. Opening a device assigns a medium priority, compatible
267 with earlier versions of V4L2 and drivers not supporting these ioctls.
268 Applications requiring a different priority will usually call
269 <constant>VIDIOC_S_PRIORITY</constant> after verifying the device with
270 the &VIDIOC-QUERYCAP; ioctl.</para>
272     <para>Ioctls changing driver properties, such as &VIDIOC-S-INPUT;,
273 return an &EBUSY; after another application obtained higher priority.
274 An event mechanism to notify applications about asynchronous property
275 changes has been proposed but not added yet.</para>
276   </section>
278   <section id="video">
279     <title>Video Inputs and Outputs</title>
281     <para>Video inputs and outputs are physical connectors of a
282 device. These can be for example RF connectors (antenna/cable), CVBS
283 a.k.a. Composite Video, S-Video or RGB connectors. Only video and VBI
284 capture devices have inputs, output devices have outputs, at least one
285 each. Radio devices have no video inputs or outputs.</para>
287     <para>To learn about the number and attributes of the
288 available inputs and outputs applications can enumerate them with the
289 &VIDIOC-ENUMINPUT; and &VIDIOC-ENUMOUTPUT; ioctl, respectively. The
290 &v4l2-input; returned by the <constant>VIDIOC_ENUMINPUT</constant>
291 ioctl also contains signal status information applicable when the
292 current video input is queried.</para>
294     <para>The &VIDIOC-G-INPUT; and &VIDIOC-G-OUTPUT; ioctl return the
295 index of the current video input or output. To select a different
296 input or output applications call the &VIDIOC-S-INPUT; and
297 &VIDIOC-S-OUTPUT; ioctl. Drivers must implement all the input ioctls
298 when the device has one or more inputs, all the output ioctls when the
299 device has one or more outputs.</para>
301     <!--
302     <figure id=io-tree>
303       <title>Input and output enumeration is the root of most device properties.</title>
304       <mediaobject>
305         <imageobject>
306           <imagedata fileref="links.pdf" format="ps" />
307         </imageobject>
308         <imageobject>
309           <imagedata fileref="links.gif" format="gif" />
310         </imageobject>
311         <textobject>
312           <phrase>Links between various device property structures.</phrase>
313         </textobject>
314       </mediaobject>
315     </figure>
316     -->
318     <example>
319       <title>Information about the current video input</title>
321       <programlisting>
322 &v4l2-input; input;
323 int index;
325 if (-1 == ioctl (fd, &VIDIOC-G-INPUT;, &amp;index)) {
326         perror ("VIDIOC_G_INPUT");
327         exit (EXIT_FAILURE);
330 memset (&amp;input, 0, sizeof (input));
331 input.index = index;
333 if (-1 == ioctl (fd, &VIDIOC-ENUMINPUT;, &amp;input)) {
334         perror ("VIDIOC_ENUMINPUT");
335         exit (EXIT_FAILURE);
338 printf ("Current input: %s\n", input.name);
339       </programlisting>
340     </example>
342     <example>
343       <title>Switching to the first video input</title>
345       <programlisting>
346 int index;
348 index = 0;
350 if (-1 == ioctl (fd, &VIDIOC-S-INPUT;, &amp;index)) {
351         perror ("VIDIOC_S_INPUT");
352         exit (EXIT_FAILURE);
354       </programlisting>
355     </example>
356   </section>
358   <section id="audio">
359     <title>Audio Inputs and Outputs</title>
361     <para>Audio inputs and outputs are physical connectors of a
362 device. Video capture devices have inputs, output devices have
363 outputs, zero or more each. Radio devices have no audio inputs or
364 outputs. They have exactly one tuner which in fact
365 <emphasis>is</emphasis> an audio source, but this API associates
366 tuners with video inputs or outputs only, and radio devices have
367 none of these.<footnote>
368         <para>Actually &v4l2-audio; ought to have a
369 <structfield>tuner</structfield> field like &v4l2-input;, not only
370 making the API more consistent but also permitting radio devices with
371 multiple tuners.</para>
372       </footnote> A connector on a TV card to loop back the received
373 audio signal to a sound card is not considered an audio output.</para>
375     <para>Audio and video inputs and outputs are associated. Selecting
376 a video source also selects an audio source. This is most evident when
377 the video and audio source is a tuner. Further audio connectors can
378 combine with more than one video input or output. Assumed two
379 composite video inputs and two audio inputs exist, there may be up to
380 four valid combinations. The relation of video and audio connectors
381 is defined in the <structfield>audioset</structfield> field of the
382 respective &v4l2-input; or &v4l2-output;, where each bit represents
383 the index number, starting at zero, of one audio input or output.</para>
385     <para>To learn about the number and attributes of the
386 available inputs and outputs applications can enumerate them with the
387 &VIDIOC-ENUMAUDIO; and &VIDIOC-ENUMAUDOUT; ioctl, respectively. The
388 &v4l2-audio; returned by the <constant>VIDIOC_ENUMAUDIO</constant> ioctl
389 also contains signal status information applicable when the current
390 audio input is queried.</para>
392     <para>The &VIDIOC-G-AUDIO; and &VIDIOC-G-AUDOUT; ioctl report
393 the current audio input and output, respectively. Note that, unlike
394 &VIDIOC-G-INPUT; and &VIDIOC-G-OUTPUT; these ioctls return a structure
395 as <constant>VIDIOC_ENUMAUDIO</constant> and
396 <constant>VIDIOC_ENUMAUDOUT</constant> do, not just an index.</para>
398     <para>To select an audio input and change its properties
399 applications call the &VIDIOC-S-AUDIO; ioctl. To select an audio
400 output (which presently has no changeable properties) applications
401 call the &VIDIOC-S-AUDOUT; ioctl.</para>
403     <para>Drivers must implement all input ioctls when the device
404 has one or more inputs, all output ioctls when the device has one
405 or more outputs. When the device has any audio inputs or outputs the
406 driver must set the <constant>V4L2_CAP_AUDIO</constant> flag in the
407 &v4l2-capability; returned by the &VIDIOC-QUERYCAP; ioctl.</para>
409     <example>
410       <title>Information about the current audio input</title>
412       <programlisting>
413 &v4l2-audio; audio;
415 memset (&amp;audio, 0, sizeof (audio));
417 if (-1 == ioctl (fd, &VIDIOC-G-AUDIO;, &amp;audio)) {
418         perror ("VIDIOC_G_AUDIO");
419         exit (EXIT_FAILURE);
422 printf ("Current input: %s\n", audio.name);
423       </programlisting>
424     </example>
426     <example>
427       <title>Switching to the first audio input</title>
429       <programlisting>
430 &v4l2-audio; audio;
432 memset (&amp;audio, 0, sizeof (audio)); /* clear audio.mode, audio.reserved */
434 audio.index = 0;
436 if (-1 == ioctl (fd, &VIDIOC-S-AUDIO;, &amp;audio)) {
437         perror ("VIDIOC_S_AUDIO");
438         exit (EXIT_FAILURE);
440       </programlisting>
441     </example>
442   </section>
444   <section id="tuner">
445     <title>Tuners and Modulators</title>
447     <section>
448       <title>Tuners</title>
450       <para>Video input devices can have one or more tuners
451 demodulating a RF signal. Each tuner is associated with one or more
452 video inputs, depending on the number of RF connectors on the tuner.
453 The <structfield>type</structfield> field of the respective
454 &v4l2-input; returned by the &VIDIOC-ENUMINPUT; ioctl is set to
455 <constant>V4L2_INPUT_TYPE_TUNER</constant> and its
456 <structfield>tuner</structfield> field contains the index number of
457 the tuner.</para>
459       <para>Radio devices have exactly one tuner with index zero, no
460 video inputs.</para>
462       <para>To query and change tuner properties applications use the
463 &VIDIOC-G-TUNER; and &VIDIOC-S-TUNER; ioctl, respectively. The
464 &v4l2-tuner; returned by <constant>VIDIOC_G_TUNER</constant> also
465 contains signal status information applicable when the tuner of the
466 current video input, or a radio tuner is queried. Note that
467 <constant>VIDIOC_S_TUNER</constant> does not switch the current tuner,
468 when there is more than one at all. The tuner is solely determined by
469 the current video input. Drivers must support both ioctls and set the
470 <constant>V4L2_CAP_TUNER</constant> flag in the &v4l2-capability;
471 returned by the &VIDIOC-QUERYCAP; ioctl when the device has one or
472 more tuners.</para>
473     </section>
475     <section>
476       <title>Modulators</title>
478       <para>Video output devices can have one or more modulators, uh,
479 modulating a video signal for radiation or connection to the antenna
480 input of a TV set or video recorder. Each modulator is associated with
481 one or more video outputs, depending on the number of RF connectors on
482 the modulator. The <structfield>type</structfield> field of the
483 respective &v4l2-output; returned by the &VIDIOC-ENUMOUTPUT; ioctl is
484 set to <constant>V4L2_OUTPUT_TYPE_MODULATOR</constant> and its
485 <structfield>modulator</structfield> field contains the index number
486 of the modulator. This specification does not define radio output
487 devices.</para>
489       <para>To query and change modulator properties applications use
490 the &VIDIOC-G-MODULATOR; and &VIDIOC-S-MODULATOR; ioctl. Note that
491 <constant>VIDIOC_S_MODULATOR</constant> does not switch the current
492 modulator, when there is more than one at all. The modulator is solely
493 determined by the current video output. Drivers must support both
494 ioctls and set the <constant>V4L2_CAP_MODULATOR</constant> flag in
495 the &v4l2-capability; returned by the &VIDIOC-QUERYCAP; ioctl when the
496 device has one or more modulators.</para>
497     </section>
499     <section>
500       <title>Radio Frequency</title>
502       <para>To get and set the tuner or modulator radio frequency
503 applications use the &VIDIOC-G-FREQUENCY; and &VIDIOC-S-FREQUENCY;
504 ioctl which both take a pointer to a &v4l2-frequency;. These ioctls
505 are used for TV and radio devices alike. Drivers must support both
506 ioctls when the tuner or modulator ioctls are supported, or
507 when the device is a radio device.</para>
508     </section>
509   </section>
511   <section id="standard">
512     <title>Video Standards</title>
514     <para>Video devices typically support one or more different video
515 standards or variations of standards. Each video input and output may
516 support another set of standards. This set is reported by the
517 <structfield>std</structfield> field of &v4l2-input; and
518 &v4l2-output; returned by the &VIDIOC-ENUMINPUT; and
519 &VIDIOC-ENUMOUTPUT; ioctl, respectively.</para>
521     <para>V4L2 defines one bit for each analog video standard
522 currently in use worldwide, and sets aside bits for driver defined
523 standards, &eg; hybrid standards to watch NTSC video tapes on PAL TVs
524 and vice versa. Applications can use the predefined bits to select a
525 particular standard, although presenting the user a menu of supported
526 standards is preferred. To enumerate and query the attributes of the
527 supported standards applications use the &VIDIOC-ENUMSTD; ioctl.</para>
529     <para>Many of the defined standards are actually just variations
530 of a few major standards. The hardware may in fact not distinguish
531 between them, or do so internal and switch automatically. Therefore
532 enumerated standards also contain sets of one or more standard
533 bits.</para>
535     <para>Assume a hypothetic tuner capable of demodulating B/PAL,
536 G/PAL and I/PAL signals. The first enumerated standard is a set of B
537 and G/PAL, switched automatically depending on the selected radio
538 frequency in UHF or VHF band. Enumeration gives a "PAL-B/G" or "PAL-I"
539 choice. Similar a Composite input may collapse standards, enumerating
540 "PAL-B/G/H/I", "NTSC-M" and "SECAM-D/K".<footnote>
541         <para>Some users are already confused by technical terms PAL,
542 NTSC and SECAM. There is no point asking them to distinguish between
543 B, G, D, or K when the software or hardware can do that
544 automatically.</para>
545     </footnote></para>
547     <para>To query and select the standard used by the current video
548 input or output applications call the &VIDIOC-G-STD; and
549 &VIDIOC-S-STD; ioctl, respectively. The <emphasis>received</emphasis>
550 standard can be sensed with the &VIDIOC-QUERYSTD; ioctl. Note parameter of all these ioctls is a pointer to a &v4l2-std-id; type (a standard set), <emphasis>not</emphasis> an index into the standard enumeration.<footnote>
551         <para>An alternative to the current scheme is to use pointers
552 to indices as arguments of <constant>VIDIOC_G_STD</constant> and
553 <constant>VIDIOC_S_STD</constant>, the &v4l2-input; and
554 &v4l2-output; <structfield>std</structfield> field would be a set of
555 indices like <structfield>audioset</structfield>.</para>
556         <para>Indices are consistent with the rest of the API
557 and identify the standard unambiguously. In the present scheme of
558 things an enumerated standard is looked up by &v4l2-std-id;. Now the
559 standards supported by the inputs of a device can overlap. Just
560 assume the tuner and composite input in the example above both
561 exist on a device. An enumeration of "PAL-B/G", "PAL-H/I" suggests
562 a choice which does not exist. We cannot merge or omit sets, because
563 applications would be unable to find the standards reported by
564 <constant>VIDIOC_G_STD</constant>. That leaves separate enumerations
565 for each input. Also selecting a standard by &v4l2-std-id; can be
566 ambiguous. Advantage of this method is that applications need not
567 identify the standard indirectly, after enumerating.</para><para>So in
568 summary, the lookup itself is unavoidable. The difference is only
569 whether the lookup is necessary to find an enumerated standard or to
570 switch to a standard by &v4l2-std-id;.</para>
571       </footnote> Drivers must implement all video standard ioctls
572 when the device has one or more video inputs or outputs.</para>
574     <para>Special rules apply to USB cameras where the notion of video
575 standards makes little sense. More generally any capture device,
576 output devices accordingly, which is <itemizedlist>
577         <listitem>
578           <para>incapable of capturing fields or frames at the nominal
579 rate of the video standard, or</para>
580         </listitem>
581         <listitem>
582           <para>where <link linkend="buffer">timestamps</link> refer
583 to the instant the field or frame was received by the driver, not the
584 capture time, or</para>
585         </listitem>
586         <listitem>
587           <para>where <link linkend="buffer">sequence numbers</link>
588 refer to the frames received by the driver, not the captured
589 frames.</para>
590         </listitem>
591       </itemizedlist> Here the driver shall set the
592 <structfield>std</structfield> field of &v4l2-input; and &v4l2-output;
593 to zero, the <constant>VIDIOC_G_STD</constant>,
594 <constant>VIDIOC_S_STD</constant>,
595 <constant>VIDIOC_QUERYSTD</constant> and
596 <constant>VIDIOC_ENUMSTD</constant> ioctls shall return the
597 &EINVAL;.<footnote>
598         <para>See <xref linkend="buffer" /> for a rationale. Probably
599 even USB cameras follow some well known video standard. It might have
600 been better to explicitly indicate elsewhere if a device cannot live
601 up to normal expectations, instead of this exception.</para>
602             </footnote></para>
604     <example>
605       <title>Information about the current video standard</title>
607       <programlisting>
608 &v4l2-std-id; std_id;
609 &v4l2-standard; standard;
611 if (-1 == ioctl (fd, &VIDIOC-G-STD;, &amp;std_id)) {
612         /* Note when VIDIOC_ENUMSTD always returns EINVAL this
613            is no video device or it falls under the USB exception,
614            and VIDIOC_G_STD returning EINVAL is no error. */
616         perror ("VIDIOC_G_STD");
617         exit (EXIT_FAILURE);
620 memset (&amp;standard, 0, sizeof (standard));
621 standard.index = 0;
623 while (0 == ioctl (fd, &VIDIOC-ENUMSTD;, &amp;standard)) {
624         if (standard.id &amp; std_id) {
625                printf ("Current video standard: %s\n", standard.name);
626                exit (EXIT_SUCCESS);
627         }
629         standard.index++;
632 /* EINVAL indicates the end of the enumeration, which cannot be
633    empty unless this device falls under the USB exception. */
635 if (errno == EINVAL || standard.index == 0) {
636         perror ("VIDIOC_ENUMSTD");
637         exit (EXIT_FAILURE);
639       </programlisting>
640     </example>
642     <example>
643       <title>Listing the video standards supported by the current
644 input</title>
646       <programlisting>
647 &v4l2-input; input;
648 &v4l2-standard; standard;
650 memset (&amp;input, 0, sizeof (input));
652 if (-1 == ioctl (fd, &VIDIOC-G-INPUT;, &amp;input.index)) {
653         perror ("VIDIOC_G_INPUT");
654         exit (EXIT_FAILURE);
657 if (-1 == ioctl (fd, &VIDIOC-ENUMINPUT;, &amp;input)) {
658         perror ("VIDIOC_ENUM_INPUT");
659         exit (EXIT_FAILURE);
662 printf ("Current input %s supports:\n", input.name);
664 memset (&amp;standard, 0, sizeof (standard));
665 standard.index = 0;
667 while (0 == ioctl (fd, &VIDIOC-ENUMSTD;, &amp;standard)) {
668         if (standard.id &amp; input.std)
669                 printf ("%s\n", standard.name);
671         standard.index++;
674 /* EINVAL indicates the end of the enumeration, which cannot be
675    empty unless this device falls under the USB exception. */
677 if (errno != EINVAL || standard.index == 0) {
678         perror ("VIDIOC_ENUMSTD");
679         exit (EXIT_FAILURE);
681       </programlisting>
682     </example>
684     <example>
685       <title>Selecting a new video standard</title>
687       <programlisting>
688 &v4l2-input; input;
689 &v4l2-std-id; std_id;
691 memset (&amp;input, 0, sizeof (input));
693 if (-1 == ioctl (fd, &VIDIOC-G-INPUT;, &amp;input.index)) {
694         perror ("VIDIOC_G_INPUT");
695         exit (EXIT_FAILURE);
698 if (-1 == ioctl (fd, &VIDIOC-ENUMINPUT;, &amp;input)) {
699         perror ("VIDIOC_ENUM_INPUT");
700         exit (EXIT_FAILURE);
703 if (0 == (input.std &amp; V4L2_STD_PAL_BG)) {
704         fprintf (stderr, "Oops. B/G PAL is not supported.\n");
705         exit (EXIT_FAILURE);
708 /* Note this is also supposed to work when only B
709    <emphasis>or</emphasis> G/PAL is supported. */
711 std_id = V4L2_STD_PAL_BG;
713 if (-1 == ioctl (fd, &VIDIOC-S-STD;, &amp;std_id)) {
714         perror ("VIDIOC_S_STD");
715         exit (EXIT_FAILURE);
717       </programlisting>
718     </example>
719   <section id="dv-timings">
720         <title>Digital Video (DV) Timings</title>
721         <para>
722         The video standards discussed so far has been dealing with Analog TV and the
723 corresponding video timings. Today there are many more different hardware interfaces
724 such as High Definition TV interfaces (HDMI), VGA, DVI connectors etc., that carry
725 video signals and there is a need to extend the API to select the video timings
726 for these interfaces. Since it is not possible to extend the &v4l2-std-id; due to
727 the limited bits available, a new set of IOCTLs is added to set/get video timings at
728 the input and output: </para><itemizedlist>
729         <listitem>
730         <para>DV Presets: Digital Video (DV) presets. These are IDs representing a
731 video timing at the input/output. Presets are pre-defined timings implemented
732 by the hardware according to video standards. A __u32 data type is used to represent
733 a preset unlike the bit mask that is used in &v4l2-std-id; allowing future extensions
734 to support as many different presets as needed.</para>
735         </listitem>
736         <listitem>
737         <para>Custom DV Timings: This will allow applications to define more detailed
738 custom video timings for the interface. This includes parameters such as width, height,
739 polarities, frontporch, backporch etc.
740         </para>
741         </listitem>
742         </itemizedlist>
743         <para>To enumerate and query the attributes of DV presets supported by a device,
744 applications use the &VIDIOC-ENUM-DV-PRESETS; ioctl. To get the current DV preset,
745 applications use the &VIDIOC-G-DV-PRESET; ioctl and to set a preset they use the
746 &VIDIOC-S-DV-PRESET; ioctl.</para>
747         <para>To set custom DV timings for the device, applications use the
748 &VIDIOC-S-DV-TIMINGS; ioctl and to get current custom DV timings they use the
749 &VIDIOC-G-DV-TIMINGS; ioctl.</para>
750         <para>Applications can make use of the <xref linkend="input-capabilities" /> and
751 <xref linkend="output-capabilities"/> flags to decide what ioctls are available to set the
752 video timings for the device.</para>
753         </section>
754   </section>
756   &sub-controls;
758   <section id="format">
759     <title>Data Formats</title>
761     <section>
762       <title>Data Format Negotiation</title>
764       <para>Different devices exchange different kinds of data with
765 applications, for example video images, raw or sliced VBI data, RDS
766 datagrams. Even within one kind many different formats are possible,
767 in particular an abundance of image formats. Although drivers must
768 provide a default and the selection persists across closing and
769 reopening a device, applications should always negotiate a data format
770 before engaging in data exchange. Negotiation means the application
771 asks for a particular format and the driver selects and reports the
772 best the hardware can do to satisfy the request. Of course
773 applications can also just query the current selection.</para>
775       <para>A single mechanism exists to negotiate all data formats
776 using the aggregate &v4l2-format; and the &VIDIOC-G-FMT; and
777 &VIDIOC-S-FMT; ioctls. Additionally the &VIDIOC-TRY-FMT; ioctl can be
778 used to examine what the hardware <emphasis>could</emphasis> do,
779 without actually selecting a new data format. The data formats
780 supported by the V4L2 API are covered in the respective device section
781 in <xref linkend="devices" />. For a closer look at image formats see
782 <xref linkend="pixfmt" />.</para>
784       <para>The <constant>VIDIOC_S_FMT</constant> ioctl is a major
785 turning-point in the initialization sequence. Prior to this point
786 multiple panel applications can access the same device concurrently to
787 select the current input, change controls or modify other properties.
788 The first <constant>VIDIOC_S_FMT</constant> assigns a logical stream
789 (video data, VBI data etc.) exclusively to one file descriptor.</para>
791       <para>Exclusive means no other application, more precisely no
792 other file descriptor, can grab this stream or change device
793 properties inconsistent with the negotiated parameters. A video
794 standard change for example, when the new standard uses a different
795 number of scan lines, can invalidate the selected image format.
796 Therefore only the file descriptor owning the stream can make
797 invalidating changes. Accordingly multiple file descriptors which
798 grabbed different logical streams prevent each other from interfering
799 with their settings. When for example video overlay is about to start
800 or already in progress, simultaneous video capturing may be restricted
801 to the same cropping and image size.</para>
803       <para>When applications omit the
804 <constant>VIDIOC_S_FMT</constant> ioctl its locking side effects are
805 implied by the next step, the selection of an I/O method with the
806 &VIDIOC-REQBUFS; ioctl or implicit with the first &func-read; or
807 &func-write; call.</para>
809       <para>Generally only one logical stream can be assigned to a
810 file descriptor, the exception being drivers permitting simultaneous
811 video capturing and overlay using the same file descriptor for
812 compatibility with V4L and earlier versions of V4L2. Switching the
813 logical stream or returning into "panel mode" is possible by closing
814 and reopening the device. Drivers <emphasis>may</emphasis> support a
815 switch using <constant>VIDIOC_S_FMT</constant>.</para>
817       <para>All drivers exchanging data with
818 applications must support the <constant>VIDIOC_G_FMT</constant> and
819 <constant>VIDIOC_S_FMT</constant> ioctl. Implementation of the
820 <constant>VIDIOC_TRY_FMT</constant> is highly recommended but
821 optional.</para>
822     </section>
824     <section>
825       <title>Image Format Enumeration</title>
827       <para>Apart of the generic format negotiation functions
828 a special ioctl to enumerate all image formats supported by video
829 capture, overlay or output devices is available.<footnote>
830           <para>Enumerating formats an application has no a-priori
831 knowledge of (otherwise it could explicitly ask for them and need not
832 enumerate) seems useless, but there are applications serving as proxy
833 between drivers and the actual video applications for which this is
834 useful.</para>
835         </footnote></para>
837       <para>The &VIDIOC-ENUM-FMT; ioctl must be supported
838 by all drivers exchanging image data with applications.</para>
840       <important>
841         <para>Drivers are not supposed to convert image formats in
842 kernel space. They must enumerate only formats directly supported by
843 the hardware. If necessary driver writers should publish an example
844 conversion routine or library for integration into applications.</para>
845       </important>
846     </section>
847   </section>
849   &sub-planar-apis;
851   <section id="crop">
852     <title>Image Cropping, Insertion and Scaling</title>
854     <para>Some video capture devices can sample a subsection of the
855 picture and shrink or enlarge it to an image of arbitrary size. We
856 call these abilities cropping and scaling. Some video output devices
857 can scale an image up or down and insert it at an arbitrary scan line
858 and horizontal offset into a video signal.</para>
860     <para>Applications can use the following API to select an area in
861 the video signal, query the default area and the hardware limits.
862 <emphasis>Despite their name, the &VIDIOC-CROPCAP;, &VIDIOC-G-CROP;
863 and &VIDIOC-S-CROP; ioctls apply to input as well as output
864 devices.</emphasis></para>
866     <para>Scaling requires a source and a target. On a video capture
867 or overlay device the source is the video signal, and the cropping
868 ioctls determine the area actually sampled. The target are images
869 read by the application or overlaid onto the graphics screen. Their
870 size (and position for an overlay) is negotiated with the
871 &VIDIOC-G-FMT; and &VIDIOC-S-FMT; ioctls.</para>
873     <para>On a video output device the source are the images passed in
874 by the application, and their size is again negotiated with the
875 <constant>VIDIOC_G/S_FMT</constant> ioctls, or may be encoded in a
876 compressed video stream. The target is the video signal, and the
877 cropping ioctls determine the area where the images are
878 inserted.</para>
880     <para>Source and target rectangles are defined even if the device
881 does not support scaling or the <constant>VIDIOC_G/S_CROP</constant>
882 ioctls. Their size (and position where applicable) will be fixed in
883 this case. <emphasis>All capture and output device must support the
884 <constant>VIDIOC_CROPCAP</constant> ioctl such that applications can
885 determine if scaling takes place.</emphasis></para>
887     <section>
888       <title>Cropping Structures</title>
890       <figure id="crop-scale">
891         <title>Image Cropping, Insertion and Scaling</title>
892         <mediaobject>
893           <imageobject>
894             <imagedata fileref="crop.pdf" format="PS" />
895           </imageobject>
896           <imageobject>
897             <imagedata fileref="crop.gif" format="GIF" />
898           </imageobject>
899           <textobject>
900             <phrase>The cropping, insertion and scaling process</phrase>
901           </textobject>
902         </mediaobject>
903       </figure>
905       <para>For capture devices the coordinates of the top left
906 corner, width and height of the area which can be sampled is given by
907 the <structfield>bounds</structfield> substructure of the
908 &v4l2-cropcap; returned by the <constant>VIDIOC_CROPCAP</constant>
909 ioctl. To support a wide range of hardware this specification does not
910 define an origin or units. However by convention drivers should
911 horizontally count unscaled samples relative to 0H (the leading edge
912 of the horizontal sync pulse, see <xref linkend="vbi-hsync" />).
913 Vertically ITU-R line
914 numbers of the first field (<xref linkend="vbi-525" />, <xref
915 linkend="vbi-625" />), multiplied by two if the driver can capture both
916 fields.</para>
918       <para>The top left corner, width and height of the source
919 rectangle, that is the area actually sampled, is given by &v4l2-crop;
920 using the same coordinate system as &v4l2-cropcap;. Applications can
921 use the <constant>VIDIOC_G_CROP</constant> and
922 <constant>VIDIOC_S_CROP</constant> ioctls to get and set this
923 rectangle. It must lie completely within the capture boundaries and
924 the driver may further adjust the requested size and/or position
925 according to hardware limitations.</para>
927       <para>Each capture device has a default source rectangle, given
928 by the <structfield>defrect</structfield> substructure of
929 &v4l2-cropcap;. The center of this rectangle shall align with the
930 center of the active picture area of the video signal, and cover what
931 the driver writer considers the complete picture. Drivers shall reset
932 the source rectangle to the default when the driver is first loaded,
933 but not later.</para>
935       <para>For output devices these structures and ioctls are used
936 accordingly, defining the <emphasis>target</emphasis> rectangle where
937 the images will be inserted into the video signal.</para>
939     </section>
941     <section>
942       <title>Scaling Adjustments</title>
944       <para>Video hardware can have various cropping, insertion and
945 scaling limitations. It may only scale up or down, support only
946 discrete scaling factors, or have different scaling abilities in
947 horizontal and vertical direction. Also it may not support scaling at
948 all. At the same time the &v4l2-crop; rectangle may have to be
949 aligned, and both the source and target rectangles may have arbitrary
950 upper and lower size limits. In particular the maximum
951 <structfield>width</structfield> and <structfield>height</structfield>
952 in &v4l2-crop; may be smaller than the
953 &v4l2-cropcap;.<structfield>bounds</structfield> area. Therefore, as
954 usual, drivers are expected to adjust the requested parameters and
955 return the actual values selected.</para>
957       <para>Applications can change the source or the target rectangle
958 first, as they may prefer a particular image size or a certain area in
959 the video signal. If the driver has to adjust both to satisfy hardware
960 limitations, the last requested rectangle shall take priority, and the
961 driver should preferably adjust the opposite one. The &VIDIOC-TRY-FMT;
962 ioctl however shall not change the driver state and therefore only
963 adjust the requested rectangle.</para>
965       <para>Suppose scaling on a video capture device is restricted to
966 a factor 1:1 or 2:1 in either direction and the target image size must
967 be a multiple of 16&nbsp;&times;&nbsp;16 pixels. The source cropping
968 rectangle is set to defaults, which are also the upper limit in this
969 example, of 640&nbsp;&times;&nbsp;400 pixels at offset 0,&nbsp;0. An
970 application requests an image size of 300&nbsp;&times;&nbsp;225
971 pixels, assuming video will be scaled down from the "full picture"
972 accordingly. The driver sets the image size to the closest possible
973 values 304&nbsp;&times;&nbsp;224, then chooses the cropping rectangle
974 closest to the requested size, that is 608&nbsp;&times;&nbsp;224
975 (224&nbsp;&times;&nbsp;2:1 would exceed the limit 400). The offset
976 0,&nbsp;0 is still valid, thus unmodified. Given the default cropping
977 rectangle reported by <constant>VIDIOC_CROPCAP</constant> the
978 application can easily propose another offset to center the cropping
979 rectangle.</para>
981       <para>Now the application may insist on covering an area using a
982 picture aspect ratio closer to the original request, so it asks for a
983 cropping rectangle of 608&nbsp;&times;&nbsp;456 pixels. The present
984 scaling factors limit cropping to 640&nbsp;&times;&nbsp;384, so the
985 driver returns the cropping size 608&nbsp;&times;&nbsp;384 and adjusts
986 the image size to closest possible 304&nbsp;&times;&nbsp;192.</para>
988     </section>
990     <section>
991       <title>Examples</title>
993       <para>Source and target rectangles shall remain unchanged across
994 closing and reopening a device, such that piping data into or out of a
995 device will work without special preparations. More advanced
996 applications should ensure the parameters are suitable before starting
997 I/O.</para>
999       <example>
1000         <title>Resetting the cropping parameters</title>
1002         <para>(A video capture device is assumed; change
1003 <constant>V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE</constant> for other
1004 devices.)</para>
1006         <programlisting>
1007 &v4l2-cropcap; cropcap;
1008 &v4l2-crop; crop;
1010 memset (&amp;cropcap, 0, sizeof (cropcap));
1011 cropcap.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
1013 if (-1 == ioctl (fd, &VIDIOC-CROPCAP;, &amp;cropcap)) {
1014         perror ("VIDIOC_CROPCAP");
1015         exit (EXIT_FAILURE);
1018 memset (&amp;crop, 0, sizeof (crop));
1019 crop.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
1020 crop.c = cropcap.defrect;
1022 /* Ignore if cropping is not supported (EINVAL). */
1024 if (-1 == ioctl (fd, &VIDIOC-S-CROP;, &amp;crop)
1025     &amp;&amp; errno != EINVAL) {
1026         perror ("VIDIOC_S_CROP");
1027         exit (EXIT_FAILURE);
1029       </programlisting>
1030       </example>
1032       <example>
1033         <title>Simple downscaling</title>
1035         <para>(A video capture device is assumed.)</para>
1037         <programlisting>
1038 &v4l2-cropcap; cropcap;
1039 &v4l2-format; format;
1041 reset_cropping_parameters ();
1043 /* Scale down to 1/4 size of full picture. */
1045 memset (&amp;format, 0, sizeof (format)); /* defaults */
1047 format.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
1049 format.fmt.pix.width = cropcap.defrect.width &gt;&gt; 1;
1050 format.fmt.pix.height = cropcap.defrect.height &gt;&gt; 1;
1051 format.fmt.pix.pixelformat = V4L2_PIX_FMT_YUYV;
1053 if (-1 == ioctl (fd, &VIDIOC-S-FMT;, &amp;format)) {
1054         perror ("VIDIOC_S_FORMAT");
1055         exit (EXIT_FAILURE);
1058 /* We could check the actual image size now, the actual scaling factor
1059    or if the driver can scale at all. */
1060         </programlisting>
1061       </example>
1063       <example>
1064         <title>Selecting an output area</title>
1066         <programlisting>
1067 &v4l2-cropcap; cropcap;
1068 &v4l2-crop; crop;
1070 memset (&amp;cropcap, 0, sizeof (cropcap));
1071 cropcap.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_OUTPUT;
1073 if (-1 == ioctl (fd, VIDIOC_CROPCAP;, &amp;cropcap)) {
1074         perror ("VIDIOC_CROPCAP");
1075         exit (EXIT_FAILURE);
1078 memset (&amp;crop, 0, sizeof (crop));
1080 crop.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_OUTPUT;
1081 crop.c = cropcap.defrect;
1083 /* Scale the width and height to 50 % of their original size
1084    and center the output. */
1086 crop.c.width /= 2;
1087 crop.c.height /= 2;
1088 crop.c.left += crop.c.width / 2;
1089 crop.c.top += crop.c.height / 2;
1091 /* Ignore if cropping is not supported (EINVAL). */
1093 if (-1 == ioctl (fd, VIDIOC_S_CROP, &amp;crop)
1094     &amp;&amp; errno != EINVAL) {
1095         perror ("VIDIOC_S_CROP");
1096         exit (EXIT_FAILURE);
1098 </programlisting>
1099       </example>
1101       <example>
1102         <title>Current scaling factor and pixel aspect</title>
1104         <para>(A video capture device is assumed.)</para>
1106         <programlisting>
1107 &v4l2-cropcap; cropcap;
1108 &v4l2-crop; crop;
1109 &v4l2-format; format;
1110 double hscale, vscale;
1111 double aspect;
1112 int dwidth, dheight;
1114 memset (&amp;cropcap, 0, sizeof (cropcap));
1115 cropcap.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
1117 if (-1 == ioctl (fd, &VIDIOC-CROPCAP;, &amp;cropcap)) {
1118         perror ("VIDIOC_CROPCAP");
1119         exit (EXIT_FAILURE);
1122 memset (&amp;crop, 0, sizeof (crop));
1123 crop.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
1125 if (-1 == ioctl (fd, &VIDIOC-G-CROP;, &amp;crop)) {
1126         if (errno != EINVAL) {
1127                 perror ("VIDIOC_G_CROP");
1128                 exit (EXIT_FAILURE);
1129         }
1131         /* Cropping not supported. */
1132         crop.c = cropcap.defrect;
1135 memset (&amp;format, 0, sizeof (format));
1136 format.fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
1138 if (-1 == ioctl (fd, &VIDIOC-G-FMT;, &amp;format)) {
1139         perror ("VIDIOC_G_FMT");
1140         exit (EXIT_FAILURE);
1143 /* The scaling applied by the driver. */
1145 hscale = format.fmt.pix.width / (double) crop.c.width;
1146 vscale = format.fmt.pix.height / (double) crop.c.height;
1148 aspect = cropcap.pixelaspect.numerator /
1149          (double) cropcap.pixelaspect.denominator;
1150 aspect = aspect * hscale / vscale;
1152 /* Devices following ITU-R BT.601 do not capture
1153    square pixels. For playback on a computer monitor
1154    we should scale the images to this size. */
1156 dwidth = format.fmt.pix.width / aspect;
1157 dheight = format.fmt.pix.height;
1158         </programlisting>
1159       </example>
1160     </section>
1161   </section>
1163   <section id="streaming-par">
1164     <title>Streaming Parameters</title>
1166     <para>Streaming parameters are intended to optimize the video
1167 capture process as well as I/O. Presently applications can request a
1168 high quality capture mode with the &VIDIOC-S-PARM; ioctl.</para>
1170     <para>The current video standard determines a nominal number of
1171 frames per second. If less than this number of frames is to be
1172 captured or output, applications can request frame skipping or
1173 duplicating on the driver side. This is especially useful when using
1174 the &func-read; or &func-write;, which are not augmented by timestamps
1175 or sequence counters, and to avoid unnecessary data copying.</para>
1177     <para>Finally these ioctls can be used to determine the number of
1178 buffers used internally by a driver in read/write mode. For
1179 implications see the section discussing the &func-read;
1180 function.</para>
1182     <para>To get and set the streaming parameters applications call
1183 the &VIDIOC-G-PARM; and &VIDIOC-S-PARM; ioctl, respectively. They take
1184 a pointer to a &v4l2-streamparm;, which contains a union holding
1185 separate parameters for input and output devices.</para>
1187     <para>These ioctls are optional, drivers need not implement
1188 them. If so, they return the &EINVAL;.</para>
1189   </section>
1191   <!--
1192 Local Variables:
1193 mode: sgml
1194 sgml-parent-document: "v4l2.sgml"
1195 indent-tabs-mode: nil
1196 End:
1197   -->