[media] dev-raw-vbi.rst: add a footnote for the count limits
[cascardo/linux.git] / Documentation / media / uapi / v4l / dev-raw-vbi.rst
1 .. -*- coding: utf-8; mode: rst -*-
2
3 .. _raw-vbi:
4
5 **********************
6 Raw VBI Data Interface
7 **********************
8
9 VBI is an abbreviation of Vertical Blanking Interval, a gap in the
10 sequence of lines of an analog video signal. During VBI no picture
11 information is transmitted, allowing some time while the electron beam
12 of a cathode ray tube TV returns to the top of the screen. Using an
13 oscilloscope you will find here the vertical synchronization pulses and
14 short data packages ASK modulated [#f1]_ onto the video signal. These are
15 transmissions of services such as Teletext or Closed Caption.
16
17 Subject of this interface type is raw VBI data, as sampled off a video
18 signal, or to be added to a signal for output. The data format is
19 similar to uncompressed video images, a number of lines times a number
20 of samples per line, we call this a VBI image.
21
22 Conventionally V4L2 VBI devices are accessed through character device
23 special files named ``/dev/vbi`` and ``/dev/vbi0`` to ``/dev/vbi31``
24 with major number 81 and minor numbers 224 to 255. ``/dev/vbi`` is
25 typically a symbolic link to the preferred VBI device. This convention
26 applies to both input and output devices.
27
28 To address the problems of finding related video and VBI devices VBI
29 capturing and output is also available as device function under
30 ``/dev/video``. To capture or output raw VBI data with these devices
31 applications must call the :ref:`VIDIOC_S_FMT <VIDIOC_G_FMT>` ioctl.
32 Accessed as ``/dev/vbi``, raw VBI capturing or output is the default
33 device function.
34
35
36 Querying Capabilities
37 =====================
38
39 Devices supporting the raw VBI capturing or output API set the
40 ``V4L2_CAP_VBI_CAPTURE`` or ``V4L2_CAP_VBI_OUTPUT`` flags, respectively,
41 in the ``capabilities`` field of struct
42 :ref:`v4l2_capability <v4l2-capability>` returned by the
43 :ref:`VIDIOC_QUERYCAP` ioctl. At least one of the
44 read/write, streaming or asynchronous I/O methods must be supported. VBI
45 devices may or may not have a tuner or modulator.
46
47
48 Supplemental Functions
49 ======================
50
51 VBI devices shall support :ref:`video input or output <video>`,
52 :ref:`tuner or modulator <tuner>`, and :ref:`controls <control>`
53 ioctls as needed. The :ref:`video standard <standard>` ioctls provide
54 information vital to program a VBI device, therefore must be supported.
55
56
57 Raw VBI Format Negotiation
58 ==========================
59
60 Raw VBI sampling abilities can vary, in particular the sampling
61 frequency. To properly interpret the data V4L2 specifies an ioctl to
62 query the sampling parameters. Moreover, to allow for some flexibility
63 applications can also suggest different parameters.
64
65 As usual these parameters are *not* reset at :ref:`open() <func-open>`
66 time to permit Unix tool chains, programming a device and then reading
67 from it as if it was a plain file. Well written V4L2 applications should
68 always ensure they really get what they want, requesting reasonable
69 parameters and then checking if the actual parameters are suitable.
70
71 To query the current raw VBI capture parameters applications set the
72 ``type`` field of a struct :ref:`v4l2_format <v4l2-format>` to
73 ``V4L2_BUF_TYPE_VBI_CAPTURE`` or ``V4L2_BUF_TYPE_VBI_OUTPUT``, and call
74 the :ref:`VIDIOC_G_FMT <VIDIOC_G_FMT>` ioctl with a pointer to this
75 structure. Drivers fill the struct
76 :ref:`v4l2_vbi_format <v4l2-vbi-format>` ``vbi`` member of the
77 ``fmt`` union.
78
79 To request different parameters applications set the ``type`` field of a
80 struct :ref:`v4l2_format <v4l2-format>` as above and initialize all
81 fields of the struct :ref:`v4l2_vbi_format <v4l2-vbi-format>`
82 ``vbi`` member of the ``fmt`` union, or better just modify the results
83 of :ref:`VIDIOC_G_FMT <VIDIOC_G_FMT>`, and call the :ref:`VIDIOC_S_FMT <VIDIOC_G_FMT>`
84 ioctl with a pointer to this structure. Drivers return an ``EINVAL`` error
85 code only when the given parameters are ambiguous, otherwise they modify
86 the parameters according to the hardware capabilities and return the
87 actual parameters. When the driver allocates resources at this point, it
88 may return an ``EBUSY`` error code to indicate the returned parameters are
89 valid but the required resources are currently not available. That may
90 happen for instance when the video and VBI areas to capture would
91 overlap, or when the driver supports multiple opens and another process
92 already requested VBI capturing or output. Anyway, applications must
93 expect other resource allocation points which may return ``EBUSY``, at the
94 :ref:`VIDIOC_STREAMON` ioctl and the first :ref:`read() <func-read>`
95 , :ref:`write() <func-write>` and :ref:`select() <func-select>` calls.
96
97 VBI devices must implement both the :ref:`VIDIOC_G_FMT <VIDIOC_G_FMT>` and
98 :ref:`VIDIOC_S_FMT <VIDIOC_G_FMT>` ioctl, even if :ref:`VIDIOC_S_FMT <VIDIOC_G_FMT>` ignores all requests
99 and always returns default parameters as :ref:`VIDIOC_G_FMT <VIDIOC_G_FMT>` does.
100 :ref:`VIDIOC_TRY_FMT <VIDIOC_G_FMT>` is optional.
101
102
103 .. _v4l2-vbi-format:
104
105 .. tabularcolumns:: |p{4.4cm}|p{4.4cm}|p{8.7cm}|
106
107 .. flat-table:: struct v4l2_vbi_format
108     :header-rows:  0
109     :stub-columns: 0
110     :widths:       1 1 2
111
112
113     -  .. row 1
114
115        -  __u32
116
117        -  ``sampling_rate``
118
119        -  Samples per second, i. e. unit 1 Hz.
120
121     -  .. row 2
122
123        -  __u32
124
125        -  ``offset``
126
127        -  Horizontal offset of the VBI image, relative to the leading edge
128           of the line synchronization pulse and counted in samples: The
129           first sample in the VBI image will be located ``offset`` /
130           ``sampling_rate`` seconds following the leading edge. See also
131           :ref:`vbi-hsync`.
132
133     -  .. row 3
134
135        -  __u32
136
137        -  ``samples_per_line``
138
139        -
140
141     -  .. row 4
142
143        -  __u32
144
145        -  ``sample_format``
146
147        -  Defines the sample format as in :ref:`pixfmt`, a
148           four-character-code. [#f2]_ Usually this is ``V4L2_PIX_FMT_GREY``,
149           i. e. each sample consists of 8 bits with lower values oriented
150           towards the black level. Do not assume any other correlation of
151           values with the signal level. For example, the MSB does not
152           necessarily indicate if the signal is 'high' or 'low' because 128
153           may not be the mean value of the signal. Drivers shall not convert
154           the sample format by software.
155
156     -  .. row 5
157
158        -  __u32
159
160        -  ``start``\ [#f2]_
161
162        -  This is the scanning system line number associated with the first
163           line of the VBI image, of the first and the second field
164           respectively. See :ref:`vbi-525` and :ref:`vbi-625` for valid
165           values. The ``V4L2_VBI_ITU_525_F1_START``,
166           ``V4L2_VBI_ITU_525_F2_START``, ``V4L2_VBI_ITU_625_F1_START`` and
167           ``V4L2_VBI_ITU_625_F2_START`` defines give the start line numbers
168           for each field for each 525 or 625 line format as a convenience.
169           Don't forget that ITU line numbering starts at 1, not 0. VBI input
170           drivers can return start values 0 if the hardware cannot reliable
171           identify scanning lines, VBI acquisition may not require this
172           information.
173
174     -  .. row 6
175
176        -  __u32
177
178        -  ``count``\ [#f2]_
179
180        -  The number of lines in the first and second field image,
181           respectively.
182
183     -  .. row 7
184
185        -  :cspan:`2`
186
187           Drivers should be as flexibility as possible. For example, it may
188           be possible to extend or move the VBI capture window down to the
189           picture area, implementing a 'full field mode' to capture data
190           service transmissions embedded in the picture.
191
192           An application can set the first or second ``count`` value to zero
193           if no data is required from the respective field; ``count``\ [1]
194           if the scanning system is progressive, i. e. not interlaced. The
195           corresponding start value shall be ignored by the application and
196           driver. Anyway, drivers may not support single field capturing and
197           return both count values non-zero.
198
199           Both ``count`` values set to zero, or line numbers are outside the
200           bounds depicted\ [#f4]_, or a field image covering lines of two
201           fields, are invalid and shall not be returned by the driver.
202
203           To initialize the ``start`` and ``count`` fields, applications
204           must first determine the current video standard selection. The
205           :ref:`v4l2_std_id <v4l2-std-id>` or the ``framelines`` field
206           of struct :ref:`v4l2_standard <v4l2-standard>` can be evaluated
207           for this purpose.
208
209     -  .. row 8
210
211        -  __u32
212
213        -  ``flags``
214
215        -  See :ref:`vbifmt-flags` below. Currently only drivers set flags,
216           applications must set this field to zero.
217
218     -  .. row 9
219
220        -  __u32
221
222        -  ``reserved``\ [#f2]_
223
224        -  This array is reserved for future extensions. Drivers and
225           applications must set it to zero.
226
227
228
229 .. _vbifmt-flags:
230
231 .. tabularcolumns:: |p{6.6cm}|p{2.2cm}|p{8.7cm}|
232
233 .. flat-table:: Raw VBI Format Flags
234     :header-rows:  0
235     :stub-columns: 0
236     :widths:       3 1 4
237
238
239     -  .. row 1
240
241        -  ``V4L2_VBI_UNSYNC``
242
243        -  0x0001
244
245        -  This flag indicates hardware which does not properly distinguish
246           between fields. Normally the VBI image stores the first field
247           (lower scanning line numbers) first in memory. This may be a top
248           or bottom field depending on the video standard. When this flag is
249           set the first or second field may be stored first, however the
250           fields are still in correct temporal order with the older field
251           first in memory. [#f3]_
252
253     -  .. row 2
254
255        -  ``V4L2_VBI_INTERLACED``
256
257        -  0x0002
258
259        -  By default the two field images will be passed sequentially; all
260           lines of the first field followed by all lines of the second field
261           (compare :ref:`field-order` ``V4L2_FIELD_SEQ_TB`` and
262           ``V4L2_FIELD_SEQ_BT``, whether the top or bottom field is first in
263           memory depends on the video standard). When this flag is set, the
264           two fields are interlaced (cf. ``V4L2_FIELD_INTERLACED``). The
265           first line of the first field followed by the first line of the
266           second field, then the two second lines, and so on. Such a layout
267           may be necessary when the hardware has been programmed to capture
268           or output interlaced video images and is unable to separate the
269           fields for VBI capturing at the same time. For simplicity setting
270           this flag implies that both ``count`` values are equal and
271           non-zero.
272
273
274
275 .. _vbi-hsync:
276
277 .. figure::  dev-raw-vbi_files/vbi_hsync.*
278     :alt:    vbi_hsync.pdf / vbi_hsync.gif
279     :align:  center
280
281     **Figure 4.1. Line synchronization**
282
283
284 .. _vbi-525:
285
286 .. figure::  dev-raw-vbi_files/vbi_525.*
287     :alt:    vbi_525.pdf / vbi_525.gif
288     :align:  center
289
290     **Figure 4.2. ITU-R 525 line numbering (M/NTSC and M/PAL)**
291
292
293
294 .. _vbi-625:
295
296 .. figure::  dev-raw-vbi_files/vbi_625.*
297     :alt:    vbi_625.pdf / vbi_625.gif
298     :align:  center
299
300     **Figure 4.3. ITU-R 625 line numbering**
301
302
303
304 Remember the VBI image format depends on the selected video standard,
305 therefore the application must choose a new standard or query the
306 current standard first. Attempts to read or write data ahead of format
307 negotiation, or after switching the video standard which may invalidate
308 the negotiated VBI parameters, should be refused by the driver. A format
309 change during active I/O is not permitted.
310
311
312 Reading and writing VBI images
313 ==============================
314
315 To assure synchronization with the field number and easier
316 implementation, the smallest unit of data passed at a time is one frame,
317 consisting of two fields of VBI images immediately following in memory.
318
319 The total size of a frame computes as follows:
320
321
322 .. code-block:: c
323
324     (count[0] + count[1]) * samples_per_line * sample size in bytes
325
326 The sample size is most likely always one byte, applications must check
327 the ``sample_format`` field though, to function properly with other
328 drivers.
329
330 A VBI device may support :ref:`read/write <rw>` and/or streaming
331 (:ref:`memory mapping <mmap>` or :ref:`user pointer <userp>`) I/O.
332 The latter bears the possibility of synchronizing video and VBI data by
333 using buffer timestamps.
334
335 Remember the :ref:`VIDIOC_STREAMON <VIDIOC_STREAMON>` ioctl and the
336 first :ref:`read() <func-read>`, :ref:`write() <func-write>` and
337 :ref:`select() <func-select>` call can be resource allocation
338 points returning an ``EBUSY`` error code if the required hardware resources
339 are temporarily unavailable, for example the device is already in use by
340 another process.
341
342 .. [#f1]
343    ASK: Amplitude-Shift Keying. A high signal level represents a '1'
344    bit, a low level a '0' bit.
345
346 .. [#f2]
347    A few devices may be unable to sample VBI data at all but can extend
348    the video capture window to the VBI region.
349
350 .. [#f3]
351    Most VBI services transmit on both fields, but some have different
352    semantics depending on the field number. These cannot be reliable
353    decoded or encoded when ``V4L2_VBI_UNSYNC`` is set.
354
355 .. [#f4]
356    The valid values ar shown at :ref:`vbi-525` and :ref:`vbi-625`.