K230 VICAP摄像头图像捕获实验

2026-03-20

K230

K230 VICAP摄像头图像捕获实验

K230 VICAP摄像头图像捕获实验

本文基于 K230 SDK 中的 01_sample_vi 示例，介绍如何使用 VICAP（Video Capture）模块捕获摄像头图像数据。

概述

VICAP（Video Capture）是 K230 芯片中负责视频图像采集的重要模块。该示例演示了：

初始化 VICAP 设备并配置 Sensor
配置视频缓存池（VB）
捕获 YUV420 格式的图像数据
将图像数据保存为文件

使用的默认 Sensor 为 GC2093，这是一款 1080P MIPI CSI-2 接口的图像传感器。

编译方法

前置条件

确保已完成以下步骤：

SDK 环境搭建（参考 K230 SDK环境搭建）
已下载 toolchain 和源码
已挂载工具链目录

编译步骤

进入 01_sample_vi 目录：

cd k230_sdk/userapps/sample/01_sample_vi

执行编译：

make

编译产物位于：

k230_sdk/userapps/sample/elf/01_sample_vi.elf

注意: 编译依赖 MPP_SRC_DIR 环境变量，该变量在 SDK 的顶层 Makefile 中设置。请确保从 SDK 根目录执行编译，或正确设置环境变量。

测试方法

运行程序

将编译好的 ELF 文件拷贝到开发板
使用以下命令运行：

./sample_vicap -dev 0

参数说明：

参数	说明	可选值
`-dev`	VICAP设备号	0, 1, 2
`-help`	显示帮助信息	-

保存图像

程序启动后会进入交互模式，按下键盘对应按键执行操作：

---------------------------------------
 Input character to select test option
---------------------------------------
 d: dump data addr test
 q: to exit
---------------------------------------
please Input:

按 d 键：捕获一帧图像并保存为 YUV420SP 格式文件
按 q 键：退出程序

测试结果

每次成功保存图像后，会生成文件名格式为：

dev_00_chn_00_1920x1080_XXXX.yuv420sp

dev_00：设备号
chn_00：通道号
1920x1080：图像分辨率
XXXX：保存序号

代码详解

VB视频缓存池初始化

VICAP 模块依赖视频缓存池（Video Buffer）来管理图像数据内存：

static k_s32 sample_vicap_vb_init(vicap_device_obj *dev_obj)
{
    k_s32 ret = 0;
    k_vb_config config;
    
    memset(&config, 0, sizeof(config));
    config.max_pool_cnt = 64;

    // 配置公共缓存池
    config.comm_pool[k].blk_cnt = VICAP_OUTPUT_BUF_NUM;  // 缓冲区数量：6
    config.comm_pool[k].mode = VB_REMAP_MODE_NOCACHE;    // 无缓存重映射

    // 计算缓冲区大小（YUV420 = width * height * 3/2）
    k_u16 out_width = dev_obj[i].out_win[j].width;
    k_u16 out_height = dev_obj[i].out_win[j].height;
    config.comm_pool[k].blk_size = VICAP_ALIGN_UP(
        (out_width * out_height * 3 / 2), 
        VICAP_ALIGN_1K
    );

    // 设置VB配置并初始化
    ret = kd_mpi_vb_set_config(&config);
    ret = kd_mpi_vb_init();
    
    return 0;
}

VICAP设备属性配置

配置采集窗口、输入类型和ISP管道控制：

// 获取Sensor信息
ret = kd_mpi_vicap_get_sensor_info(
    device_obj[dev_num].sensor_type,  // GC2093_MIPI_CSI2_1920X1080_30FPS_10BIT_LINEAR
    &device_obj[dev_num].sensor_info
);

// 配置设备属性
dev_attr.input_type = VICAP_INPUT_TYPE_SENSOR;    // 输入类型：Sensor
dev_attr.acq_win.h_start = 0;                     // 采集窗口水平起始
dev_attr.acq_win.v_start = 0;                     // 采集窗口垂直起始
dev_attr.acq_win.width = device_obj[dev_num].in_width;   // 1920
dev_attr.acq_win.height = device_obj[dev_num].in_height; // 1080
dev_attr.mode = VICAP_WORK_ONLINE_MODE;           // 在线模式

// ISP管道控制
dev_attr.pipe_ctrl.bits.ae_enable = K_TRUE;      // 自动曝光
dev_attr.pipe_ctrl.bits.awb_enable = K_TRUE;      // 自动白平衡
dev_attr.pipe_ctrl.bits.dnr3_enable = K_FALSE;   // 3D降噪
dev_attr.pipe_ctrl.bits.ahdr_enable = K_FALSE;   // HDR

// 设置设备属性
ret = kd_mpi_vicap_set_dev_attr(dev_num, dev_attr);

VICAP通道属性配置

配置通道输出格式、分辨率和缓冲区：

// 配置通道属性
chn_attr.out_win.width = device_obj[dev_num].out_win[chn_num].width;
chn_attr.out_win.height = device_obj[dev_num].out_win[chn_num].height;
chn_attr.crop_win.width = device_obj[dev_num].in_width;
chn_attr.crop_win.height = device_obj[dev_num].in_height;
chn_attr.pix_format = PIXEL_FORMAT_YUV_SEMIPLANAR_420;  // 输出格式
chn_attr.buffer_num = VICAP_OUTPUT_BUF_NUM;              // 缓冲区数量
chn_attr.chn_enable = K_TRUE;                            // 通道使能

// 设置通道属性
ret = kd_mpi_vicap_set_chn_attr(dev_num, chn_num, chn_attr);

// 初始化设备并启动流
ret = kd_mpi_vicap_init(dev_num);
ret = kd_mpi_vicap_start_stream(dev_num);

图像Dump流程

从 VICAP 设备获取一帧图像并保存：

// 1. Dump一帧图像
memset(&dump_info, 0, sizeof(k_video_frame_info));
ret = kd_mpi_vicap_dump_frame(
    dev_num, chn_num, 
    VICAP_DUMP_YUV,      // DUMP YUV格式
    &dump_info, 
    1000                 // 超时时间(ms)
);

// 2. 计算图像大小
data_size = dump_info.v_frame.width * dump_info.v_frame.height * 3 / 2;

// 3. 映射物理地址到虚拟地址
virt_addr = kd_mpi_sys_mmap(dump_info.v_frame.phys_addr[0], data_size);

// 4. 保存到文件
snprintf(filename, sizeof(filename), 
    "dev_%02d_chn_%02d_%dx%d_%04d.yuv420sp",
    dev_num, chn_num, dump_info.v_frame.width, 
    dump_info.v_frame.height, dump_count);
    
FILE *file = fopen(filename, "wb+");
fwrite(virt_addr, 1, data_size, file);
fclose(file);

// 5. 解除映射
kd_mpi_sys_munmap(virt_addr, data_size);

// 6. 释放Dump帧
ret = kd_mpi_vicap_dump_release(dev_num, chn_num, &dump_info);

涉及的驱动与内核模块

VICAP驱动

VICAP（Video Capture）驱动负责：

MIPI CSI-2 接口数据接收
图像格式转换
缩放、裁剪等图像处理
与 ISP 模块对接

Sensor驱动

Sensor（GC2093）驱动负责：

图像传感器初始化
曝光、白平衡控制
输出分辨率和帧率配置

该示例使用 GC2093_MIPI_CSI2_1920X1080_30FPS_10BIT_LINEAR 配置：

参数	值
分辨率	1920x1080
帧率	30fps
位深	10bit
接口	MIPI CSI-2
模式	Linear

ISP驱动

ISP（Image Signal Processor）驱动负责：

自动曝光（AE）
自动白平衡（AWB）
3D降噪（3DNR）
HDR处理

通过 pipe_ctrl 字段控制各项功能的开关。

VB视频缓存驱动

VB（Video Buffer）驱动负责：

分配和管理视频帧缓冲区
物理地址到虚拟地址的映射
缓冲区池管理