Documentation/DocBook/media/v4l/selection-api.xml

   1 <section id="selection-api">
   2
   3   <title>Experimental API for cropping, composing and scaling</title>
   4
   5       <note>
   6         <title>Experimental</title>
   7
   8         <para>This is an <link linkend="experimental">experimental</link>
   9 interface and may change in the future.</para>
  10       </note>
  11
  12   <section>
  13     <title>Introduction</title>
  14
  15 <para>Some video capture devices can sample a subsection of a picture and
  16 shrink or enlarge it to an image of arbitrary size. Next, the devices can
  17 insert the image into larger one. Some video output devices can crop part of an
  18 input image, scale it up or down and insert it at an arbitrary scan line and
  19 horizontal offset into a video signal. We call these abilities cropping,
  20 scaling and composing.</para>
  21
  22 <para>On a video <emphasis>capture</emphasis> device the source is a video
  23 signal, and the cropping target determine the area actually sampled. The sink
  24 is an image stored in a memory buffer.  The composing area specifies which part
  25 of the buffer is actually written to by the hardware. </para>
  26
  27 <para>On a video <emphasis>output</emphasis> device the source is an image in a
  28 memory buffer, and the cropping target is a part of an image to be shown on a
  29 display. The sink is the display or the graphics screen. The application may
  30 select the part of display where the image should be displayed. The size and
  31 position of such a window is controlled by the compose target.</para>
  32
  33 <para>Rectangles for all cropping and composing targets are defined even if the
  34 device does supports neither cropping nor composing. Their size and position
  35 will be fixed in such a case. If the device does not support scaling then the
  36 cropping and composing rectangles have the same size.</para>
  37
  38   </section>
  39
  40     <section>
  41       <title>Selection targets</title>
  42
  43       <figure id="sel-targets-capture">
  44         <title>Cropping and composing targets</title>
  45         <mediaobject>
  46           <imageobject>
  47             <imagedata fileref="selection.png" format="PNG" />
  48           </imageobject>
  49           <textobject>
  50             <phrase>Targets used by a cropping, composing and scaling
  51             process</phrase>
  52           </textobject>
  53         </mediaobject>
  54       </figure>
  55     </section>
  56
  57   <section>
  58
  59   <title>Configuration</title>
  60
  61 <para>Applications can use the <link linkend="vidioc-g-selection">selection
  62 API</link> to select an area in a video signal or a buffer, and to query for
  63 default settings and hardware limits.</para>
  64
  65 <para>Video hardware can have various cropping, composing and scaling
  66 limitations. It may only scale up or down, support only discrete scaling
  67 factors, or have different scaling abilities in the horizontal and vertical
  68 directions. Also it may not support scaling at all. At the same time the
  69 cropping/composing rectangles may have to be aligned, and both the source and
  70 the sink may have arbitrary upper and lower size limits. Therefore, as usual,
  71 drivers are expected to adjust the requested parameters and return the actual
  72 values selected. An application can control the rounding behaviour using <link
  73 linkend="v4l2-sel-flags"> constraint flags </link>.</para>
  74
  75    <section>
  76
  77    <title>Configuration of video capture</title>
  78
  79 <para>See figure <xref linkend="sel-targets-capture" /> for examples of the
  80 selection targets available for a video capture device.  It is recommended to
  81 configure the cropping targets before to the composing targets.</para>
  82
  83 <para>The range of coordinates of the top left corner, width and height of
  84 areas that can be sampled is given by the <constant> V4L2_SEL_TGT_CROP_BOUNDS
  85 </constant> target. It is recommended for the driver developers to put the
  86 top/left corner at position <constant> (0,0) </constant>.  The rectangle's
  87 coordinates are expressed in pixels.</para>
  88
  89 <para>The top left corner, width and height of the source rectangle, that is
  90 the area actually sampled, is given by the <constant> V4L2_SEL_TGT_CROP_ACTIVE
  91 </constant> target. It uses the same coordinate system as <constant>
  92 V4L2_SEL_TGT_CROP_BOUNDS </constant>. The active cropping area must lie
  93 completely inside the capture boundaries. The driver may further adjust the
  94 requested size and/or position according to hardware limitations.</para>
  95
  96 <para>Each capture device has a default source rectangle, given by the
  97 <constant> V4L2_SEL_TGT_CROP_DEFAULT </constant> target. This rectangle shall
  98 over what the driver writer considers the complete picture.  Drivers shall set
  99 the active crop rectangle to the default when the driver is first loaded, but
 100 not later.</para>
 101
 102 <para>The composing targets refer to a memory buffer. The limits of composing
 103 coordinates are obtained using <constant> V4L2_SEL_TGT_COMPOSE_BOUNDS
 104 </constant>.  All coordinates are expressed in pixels. The rectangle's top/left
 105 corner must be located at position <constant> (0,0) </constant>. The width and
 106 height are equal to the image size set by <constant> VIDIOC_S_FMT </constant>.
 107 </para>
 108
 109 <para>The part of a buffer into which the image is inserted by the hardware is
 110 controlled by the <constant> V4L2_SEL_TGT_COMPOSE_ACTIVE </constant> target.
 111 The rectangle's coordinates are also expressed in the same coordinate system as
 112 the bounds rectangle. The composing rectangle must lie completely inside bounds
 113 rectangle. The driver must adjust the composing rectangle to fit to the
 114 bounding limits. Moreover, the driver can perform other adjustments according
 115 to hardware limitations. The application can control rounding behaviour using
 116 <link linkend="v4l2-sel-flags"> constraint flags </link>.</para>
 117
 118 <para>For capture devices the default composing rectangle is queried using
 119 <constant> V4L2_SEL_TGT_COMPOSE_DEFAULT </constant>. It is usually equal to the
 120 bounding rectangle.</para>
 121
 122 <para>The part of a buffer that is modified by the hardware is given by
 123 <constant> V4L2_SEL_TGT_COMPOSE_PADDED </constant>. It contains all pixels
 124 defined using <constant> V4L2_SEL_TGT_COMPOSE_ACTIVE </constant> plus all
 125 padding data modified by hardware during insertion process. All pixels outside
 126 this rectangle <emphasis>must not</emphasis> be changed by the hardware. The
 127 content of pixels that lie inside the padded area but outside active area is
 128 undefined. The application can use the padded and active rectangles to detect
 129 where the rubbish pixels are located and remove them if needed.</para>
 130
 131    </section>
 132
 133    <section>
 134
 135    <title>Configuration of video output</title>
 136
 137 <para>For output devices targets and ioctls are used similarly to the video
 138 capture case. The <emphasis> composing </emphasis> rectangle refers to the
 139 insertion of an image into a video signal. The cropping rectangles refer to a
 140 memory buffer. It is recommended to configure the composing targets before to
 141 the cropping targets.</para>
 142
 143 <para>The cropping targets refer to the memory buffer that contains an image to
 144 be inserted into a video signal or graphical screen. The limits of cropping
 145 coordinates are obtained using <constant> V4L2_SEL_TGT_CROP_BOUNDS </constant>.
 146 All coordinates are expressed in pixels. The top/left corner is always point
 147 <constant> (0,0) </constant>.  The width and height is equal to the image size
 148 specified using <constant> VIDIOC_S_FMT </constant> ioctl.</para>
 149
 150 <para>The top left corner, width and height of the source rectangle, that is
 151 the area from which image date are processed by the hardware, is given by the
 152 <constant> V4L2_SEL_TGT_CROP_ACTIVE </constant>. Its coordinates are expressed
 153 in in the same coordinate system as the bounds rectangle. The active cropping
 154 area must lie completely inside the crop boundaries and the driver may further
 155 adjust the requested size and/or position according to hardware
 156 limitations.</para>
 157
 158 <para>For output devices the default cropping rectangle is queried using
 159 <constant> V4L2_SEL_TGT_CROP_DEFAULT </constant>. It is usually equal to the
 160 bounding rectangle.</para>
 161
 162 <para>The part of a video signal or graphics display where the image is
 163 inserted by the hardware is controlled by <constant>
 164 V4L2_SEL_TGT_COMPOSE_ACTIVE </constant> target.  The rectangle's coordinates
 165 are expressed in pixels. The composing rectangle must lie completely inside the
 166 bounds rectangle.  The driver must adjust the area to fit to the bounding
 167 limits.  Moreover, the driver can perform other adjustments according to
 168 hardware limitations. </para>
 169
 170 <para>The device has a default composing rectangle, given by the <constant>
 171 V4L2_SEL_TGT_COMPOSE_DEFAULT </constant> target. This rectangle shall cover what
 172 the driver writer considers the complete picture. It is recommended for the
 173 driver developers to put the top/left corner at position <constant> (0,0)
 174 </constant>. Drivers shall set the active composing rectangle to the default
 175 one when the driver is first loaded.</para>
 176
 177 <para>The devices may introduce additional content to video signal other than
 178 an image from memory buffers.  It includes borders around an image. However,
 179 such a padded area is driver-dependent feature not covered by this document.
 180 Driver developers are encouraged to keep padded rectangle equal to active one.
 181 The padded target is accessed by the <constant> V4L2_SEL_TGT_COMPOSE_PADDED
 182 </constant> identifier.  It must contain all pixels from the <constant>
 183 V4L2_SEL_TGT_COMPOSE_ACTIVE </constant> target.</para>
 184
 185    </section>
 186
 187    <section>
 188
 189      <title>Scaling control.</title>
 190
 191 <para>An application can detect if scaling is performed by comparing the width
 192 and the height of rectangles obtained using <constant> V4L2_SEL_TGT_CROP_ACTIVE
 193 </constant> and <constant> V4L2_SEL_TGT_COMPOSE_ACTIVE </constant> targets. If
 194 these are not equal then the scaling is applied. The application can compute
 195 the scaling ratios using these values.</para>
 196
 197    </section>
 198
 199   </section>
 200
 201   <section>
 202
 203     <title>Comparison with old cropping API.</title>
 204
 205 <para>The selection API was introduced to cope with deficiencies of previous
 206 <link linkend="crop"> API </link>, that was designed to control simple capture
 207 devices. Later the cropping API was adopted by video output drivers. The ioctls
 208 are used to select a part of the display were the video signal is inserted. It
 209 should be considered as an API abuse because the described operation is
 210 actually the composing.  The selection API makes a clear distinction between
 211 composing and cropping operations by setting the appropriate targets.  The V4L2
 212 API lacks any support for composing to and cropping from an image inside a
 213 memory buffer.  The application could configure a capture device to fill only a
 214 part of an image by abusing V4L2 API.  Cropping a smaller image from a larger
 215 one is achieved by setting the field <structfield>
 216 &v4l2-pix-format;::bytesperline </structfield>.  Introducing an image offsets
 217 could be done by modifying field <structfield> &v4l2-buffer;::m:userptr
 218 </structfield> before calling <constant> VIDIOC_QBUF </constant>. Those
 219 operations should be avoided because they are not portable (endianness), and do
 220 not work for macroblock and Bayer formats and mmap buffers.  The selection API
 221 deals with configuration of buffer cropping/composing in a clear, intuitive and
 222 portable way.  Next, with the selection API the concepts of the padded target
 223 and constraints flags are introduced.  Finally, <structname> &v4l2-crop;
 224 </structname> and <structname> &v4l2-cropcap; </structname> have no reserved
 225 fields. Therefore there is no way to extend their functionality.  The new
 226 <structname> &v4l2-selection; </structname> provides a lot of place for future
 227 extensions.  Driver developers are encouraged to implement only selection API.
 228 The former cropping API would be simulated using the new one. </para>
 229
 230   </section>
 231
 232    <section>
 233       <title>Examples</title>
 234       <example>
 235         <title>Resetting the cropping parameters</title>
 236
 237         <para>(A video capture device is assumed; change <constant>
 238 V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE </constant> for other devices; change target to
 239 <constant> V4L2_SEL_TGT_COMPOSE_* </constant> family to configure composing
 240 area)</para>
 241
 242         <programlisting>
 243
 244         &v4l2-selection; sel = {
 245                 .type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE,
 246                 .target = V4L2_SEL_TGT_CROP_DEFAULT,
 247         };
 248         ret = ioctl(fd, &VIDIOC-G-SELECTION;, &amp;sel);
 249         if (ret)
 250                 exit(-1);
 251         sel.target = V4L2_SEL_TGT_CROP_ACTIVE;
 252         ret = ioctl(fd, &VIDIOC-S-SELECTION;, &amp;sel);
 253         if (ret)
 254                 exit(-1);
 255
 256         </programlisting>
 257       </example>
 258
 259       <example>
 260         <title>Simple downscaling</title>
 261         <para>Setting a composing area on output of size of <emphasis> at most
 262 </emphasis> half of limit placed at a center of a display.</para>
 263         <programlisting>
 264
 265         &v4l2-selection; sel = {
 266                 .type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_OUTPUT,
 267                 .target = V4L2_SEL_TGT_COMPOSE_BOUNDS,
 268         };
 269         struct v4l2_rect r;
 270
 271         ret = ioctl(fd, &VIDIOC-G-SELECTION;, &amp;sel);
 272         if (ret)
 273                 exit(-1);
 274         /* setting smaller compose rectangle */
 275         r.width = sel.r.width / 2;
 276         r.height = sel.r.height / 2;
 277         r.left = sel.r.width / 4;
 278         r.top = sel.r.height / 4;
 279         sel.r = r;
 280         sel.target = V4L2_SEL_TGT_COMPOSE_ACTIVE;
 281         sel.flags = V4L2_SEL_FLAG_LE;
 282         ret = ioctl(fd, &VIDIOC-S-SELECTION;, &amp;sel);
 283         if (ret)
 284                 exit(-1);
 285
 286         </programlisting>
 287       </example>
 288
 289       <example>
 290         <title>Querying for scaling factors</title>
 291         <para>A video output device is assumed; change <constant>
 292 V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_OUTPUT </constant> for other devices</para>
 293         <programlisting>
 294
 295         &v4l2-selection; compose = {
 296                 .type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_OUTPUT,
 297                 .target = V4L2_SEL_TGT_COMPOSE_ACTIVE,
 298         };
 299         &v4l2-selection; crop = {
 300                 .type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_OUTPUT,
 301                 .target = V4L2_SEL_TGT_CROP_ACTIVE,
 302         };
 303         double hscale, vscale;
 304
 305         ret = ioctl(fd, &VIDIOC-G-SELECTION;, &amp;compose);
 306         if (ret)
 307                 exit(-1);
 308         ret = ioctl(fd, &VIDIOC-G-SELECTION;, &amp;crop);
 309         if (ret)
 310                 exit(-1);
 311
 312         /* computing scaling factors */
 313         hscale = (double)compose.r.width / crop.r.width;
 314         vscale = (double)compose.r.height / crop.r.height;
 315
 316         </programlisting>
 317       </example>
 318
 319    </section>
 320
 321 </section>