Merge tag 'please-pull-sys_bpf' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git...
[sfrench/cifs-2.6.git] / Documentation / video4linux / vivid.txt
1 vivid: Virtual Video Test Driver
2 ================================
3
4 This driver emulates video4linux hardware of various types: video capture, video
5 output, vbi capture and output, radio receivers and transmitters and a software
6 defined radio receiver. In addition a simple framebuffer device is available for
7 testing capture and output overlays.
8
9 Up to 64 vivid instances can be created, each with up to 16 inputs and 16 outputs.
10
11 Each input can be a webcam, TV capture device, S-Video capture device or an HDMI
12 capture device. Each output can be an S-Video output device or an HDMI output
13 device.
14
15 These inputs and outputs act exactly as a real hardware device would behave. This
16 allows you to use this driver as a test input for application development, since
17 you can test the various features without requiring special hardware.
18
19 This document describes the features implemented by this driver:
20
21 - Support for read()/write(), MMAP, USERPTR and DMABUF streaming I/O.
22 - A large list of test patterns and variations thereof
23 - Working brightness, contrast, saturation and hue controls
24 - Support for the alpha color component
25 - Full colorspace support, including limited/full RGB range
26 - All possible control types are present
27 - Support for various pixel aspect ratios and video aspect ratios
28 - Error injection to test what happens if errors occur
29 - Supports crop/compose/scale in any combination for both input and output
30 - Can emulate up to 4K resolutions
31 - All Field settings are supported for testing interlaced capturing
32 - Supports all standard YUV and RGB formats, including two multiplanar YUV formats
33 - Raw and Sliced VBI capture and output support
34 - Radio receiver and transmitter support, including RDS support
35 - Software defined radio (SDR) support
36 - Capture and output overlay support
37
38 These features will be described in more detail below.
39
40
41 Table of Contents
42 -----------------
43
44 Section 1: Configuring the driver
45 Section 2: Video Capture
46 Section 2.1: Webcam Input
47 Section 2.2: TV and S-Video Inputs
48 Section 2.3: HDMI Input
49 Section 3: Video Output
50 Section 3.1: S-Video Output
51 Section 3.2: HDMI Output
52 Section 4: VBI Capture
53 Section 5: VBI Output
54 Section 6: Radio Receiver
55 Section 7: Radio Transmitter
56 Section 8: Software Defined Radio Receiver
57 Section 9: Controls
58 Section 9.1: User Controls - Test Controls
59 Section 9.2: User Controls - Video Capture
60 Section 9.3: User Controls - Audio
61 Section 9.4: Vivid Controls
62 Section 9.4.1: Test Pattern Controls
63 Section 9.4.2: Capture Feature Selection Controls
64 Section 9.4.3: Output Feature Selection Controls
65 Section 9.4.4: Error Injection Controls
66 Section 9.4.5: VBI Raw Capture Controls
67 Section 9.5: Digital Video Controls
68 Section 9.6: FM Radio Receiver Controls
69 Section 9.7: FM Radio Modulator
70 Section 10: Video, VBI and RDS Looping
71 Section 10.1: Video and Sliced VBI looping
72 Section 10.2: Radio & RDS Looping
73 Section 11: Cropping, Composing, Scaling
74 Section 12: Formats
75 Section 13: Capture Overlay
76 Section 14: Output Overlay
77 Section 15: Some Future Improvements
78
79
80 Section 1: Configuring the driver
81 ---------------------------------
82
83 By default the driver will create a single instance that has a video capture
84 device with webcam, TV, S-Video and HDMI inputs, a video output device with
85 S-Video and HDMI outputs, one vbi capture device, one vbi output device, one
86 radio receiver device, one radio transmitter device and one SDR device.
87
88 The number of instances, devices, video inputs and outputs and their types are
89 all configurable using the following module options:
90
91 n_devs: number of driver instances to create. By default set to 1. Up to 64
92         instances can be created.
93
94 node_types: which devices should each driver instance create. An array of
95         hexadecimal values, one for each instance. The default is 0x1d3d.
96         Each value is a bitmask with the following meaning:
97                 bit 0: Video Capture node
98                 bit 2-3: VBI Capture node: 0 = none, 1 = raw vbi, 2 = sliced vbi, 3 = both
99                 bit 4: Radio Receiver node
100                 bit 5: Software Defined Radio Receiver node
101                 bit 8: Video Output node
102                 bit 10-11: VBI Output node: 0 = none, 1 = raw vbi, 2 = sliced vbi, 3 = both
103                 bit 12: Radio Transmitter node
104                 bit 16: Framebuffer for testing overlays
105
106         So to create four instances, the first two with just one video capture
107         device, the second two with just one video output device you would pass
108         these module options to vivid:
109
110                 n_devs=4 node_types=0x1,0x1,0x100,0x100
111
112 num_inputs: the number of inputs, one for each instance. By default 4 inputs
113         are created for each video capture device. At most 16 inputs can be created,
114         and there must be at least one.
115
116 input_types: the input types for each instance, the default is 0xe4. This defines
117         what the type of each input is when the inputs are created for each driver
118         instance. This is a hexadecimal value with up to 16 pairs of bits, each
119         pair gives the type and bits 0-1 map to input 0, bits 2-3 map to input 1,
120         30-31 map to input 15. Each pair of bits has the following meaning:
121
122                 00: this is a webcam input
123                 01: this is a TV tuner input
124                 10: this is an S-Video input
125                 11: this is an HDMI input
126
127         So to create a video capture device with 8 inputs where input 0 is a TV
128         tuner, inputs 1-3 are S-Video inputs and inputs 4-7 are HDMI inputs you
129         would use the following module options:
130
131                 num_inputs=8 input_types=0xffa9
132
133 num_outputs: the number of outputs, one for each instance. By default 2 outputs
134         are created for each video output device. At most 16 outputs can be
135         created, and there must be at least one.
136
137 output_types: the output types for each instance, the default is 0x02. This defines
138         what the type of each output is when the outputs are created for each
139         driver instance. This is a hexadecimal value with up to 16 bits, each bit
140         gives the type and bit 0 maps to output 0, bit 1 maps to output 1, bit
141         15 maps to output 15. The meaning of each bit is as follows:
142
143                 0: this is an S-Video output
144                 1: this is an HDMI output
145
146         So to create a video output device with 8 outputs where outputs 0-3 are
147         S-Video outputs and outputs 4-7 are HDMI outputs you would use the
148         following module options:
149
150                 num_outputs=8 output_types=0xf0
151
152 vid_cap_nr: give the desired videoX start number for each video capture device.
153         The default is -1 which will just take the first free number. This allows
154         you to map capture video nodes to specific videoX device nodes. Example:
155
156                 n_devs=4 vid_cap_nr=2,4,6,8
157
158         This will attempt to assign /dev/video2 for the video capture device of
159         the first vivid instance, video4 for the next up to video8 for the last
160         instance. If it can't succeed, then it will just take the next free
161         number.
162
163 vid_out_nr: give the desired videoX start number for each video output device.
164         The default is -1 which will just take the first free number.
165
166 vbi_cap_nr: give the desired vbiX start number for each vbi capture device.
167         The default is -1 which will just take the first free number.
168
169 vbi_out_nr: give the desired vbiX start number for each vbi output device.
170         The default is -1 which will just take the first free number.
171
172 radio_rx_nr: give the desired radioX start number for each radio receiver device.
173         The default is -1 which will just take the first free number.
174
175 radio_tx_nr: give the desired radioX start number for each radio transmitter
176         device. The default is -1 which will just take the first free number.
177
178 sdr_cap_nr: give the desired swradioX start number for each SDR capture device.
179         The default is -1 which will just take the first free number.
180
181 ccs_cap_mode: specify the allowed video capture crop/compose/scaling combination
182         for each driver instance. Video capture devices can have any combination
183         of cropping, composing and scaling capabilities and this will tell the
184         vivid driver which of those is should emulate. By default the user can
185         select this through controls.
186
187         The value is either -1 (controlled by the user) or a set of three bits,
188         each enabling (1) or disabling (0) one of the features:
189
190                 bit 0: Enable crop support. Cropping will take only part of the
191                        incoming picture.
192                 bit 1: Enable compose support. Composing will copy the incoming
193                        picture into a larger buffer.
194                 bit 2: Enable scaling support. Scaling can scale the incoming
195                        picture. The scaler of the vivid driver can enlarge up
196                        or down to four times the original size. The scaler is
197                        very simple and low-quality. Simplicity and speed were
198                        key, not quality.
199
200         Note that this value is ignored by webcam inputs: those enumerate
201         discrete framesizes and that is incompatible with cropping, composing
202         or scaling.
203
204 ccs_out_mode: specify the allowed video output crop/compose/scaling combination
205         for each driver instance. Video output devices can have any combination
206         of cropping, composing and scaling capabilities and this will tell the
207         vivid driver which of those is should emulate. By default the user can
208         select this through controls.
209
210         The value is either -1 (controlled by the user) or a set of three bits,
211         each enabling (1) or disabling (0) one of the features:
212
213                 bit 0: Enable crop support. Cropping will take only part of the
214                        outgoing buffer.
215                 bit 1: Enable compose support. Composing will copy the incoming
216                        buffer into a larger picture frame.
217                 bit 2: Enable scaling support. Scaling can scale the incoming
218                        buffer. The scaler of the vivid driver can enlarge up
219                        or down to four times the original size. The scaler is
220                        very simple and low-quality. Simplicity and speed were
221                        key, not quality.
222
223 multiplanar: select whether each device instance supports multi-planar formats,
224         and thus the V4L2 multi-planar API. By default the first device instance
225         is single-planar, the second multi-planar, and it keeps alternating.
226
227         This module option can override that for each instance. Values are:
228
229                 0: use alternating single and multi-planar devices.
230                 1: this is a single-planar instance.
231                 2: this is a multi-planar instance.
232
233 vivid_debug: enable driver debugging info
234
235 no_error_inj: if set disable the error injecting controls. This option is
236         needed in order to run a tool like v4l2-compliance. Tools like that
237         exercise all controls including a control like 'Disconnect' which
238         emulates a USB disconnect, making the device inaccessible and so
239         all tests that v4l2-compliance is doing will fail afterwards.
240
241         There may be other situations as well where you want to disable the
242         error injection support of vivid. When this option is set, then the
243         controls that select crop, compose and scale behavior are also
244         removed. Unless overridden by ccs_cap_mode and/or ccs_out_mode the
245         will default to enabling crop, compose and scaling.
246
247 Taken together, all these module options allow you to precisely customize
248 the driver behavior and test your application with all sorts of permutations.
249 It is also very suitable to emulate hardware that is not yet available, e.g.
250 when developing software for a new upcoming device.
251
252
253 Section 2: Video Capture
254 ------------------------
255
256 This is probably the most frequently used feature. The video capture device
257 can be configured by using the module options num_inputs, input_types and
258 ccs_cap_mode (see section 1 for more detailed information), but by default
259 four inputs are configured: a webcam, a TV tuner, an S-Video and an HDMI
260 input, one input for each input type. Those are described in more detail
261 below.
262
263 Special attention has been given to the rate at which new frames become
264 available. The jitter will be around 1 jiffie (that depends on the HZ
265 configuration of your kernel, so usually 1/100, 1/250 or 1/1000 of a second),
266 but the long-term behavior is exactly following the framerate. So a
267 framerate of 59.94 Hz is really different from 60 Hz. If the framerate
268 exceeds your kernel's HZ value, then you will get dropped frames, but the
269 frame/field sequence counting will keep track of that so the sequence
270 count will skip whenever frames are dropped.
271
272
273 Section 2.1: Webcam Input
274 -------------------------
275
276 The webcam input supports three framesizes: 320x180, 640x360 and 1280x720. It
277 supports frames per second settings of 10, 15, 25, 30, 50 and 60 fps. Which ones
278 are available depends on the chosen framesize: the larger the framesize, the
279 lower the maximum frames per second.
280
281 The initially selected colorspace when you switch to the webcam input will be
282 sRGB.
283
284
285 Section 2.2: TV and S-Video Inputs
286 ----------------------------------
287
288 The only difference between the TV and S-Video input is that the TV has a
289 tuner. Otherwise they behave identically.
290
291 These inputs support audio inputs as well: one TV and one Line-In. They
292 both support all TV standards. If the standard is queried, then the Vivid
293 controls 'Standard Signal Mode' and 'Standard' determine what
294 the result will be.
295
296 These inputs support all combinations of the field setting. Special care has
297 been taken to faithfully reproduce how fields are handled for the different
298 TV standards. This is particularly noticable when generating a horizontally
299 moving image so the temporal effect of using interlaced formats becomes clearly
300 visible. For 50 Hz standards the top field is the oldest and the bottom field
301 is the newest in time. For 60 Hz standards that is reversed: the bottom field
302 is the oldest and the top field is the newest in time.
303
304 When you start capturing in V4L2_FIELD_ALTERNATE mode the first buffer will
305 contain the top field for 50 Hz standards and the bottom field for 60 Hz
306 standards. This is what capture hardware does as well.
307
308 Finally, for PAL/SECAM standards the first half of the top line contains noise.
309 This simulates the Wide Screen Signal that is commonly placed there.
310
311 The initially selected colorspace when you switch to the TV or S-Video input
312 will be SMPTE-170M.
313
314 The pixel aspect ratio will depend on the TV standard. The video aspect ratio
315 can be selected through the 'Standard Aspect Ratio' Vivid control.
316 Choices are '4x3', '16x9' which will give letterboxed widescreen video and
317 '16x9 Anomorphic' which will give full screen squashed anamorphic widescreen
318 video that will need to be scaled accordingly.
319
320 The TV 'tuner' supports a frequency range of 44-958 MHz. Channels are available
321 every 6 MHz, starting from 49.25 MHz. For each channel the generated image
322 will be in color for the +/- 0.25 MHz around it, and in grayscale for
323 +/- 1 MHz around the channel. Beyond that it is just noise. The VIDIOC_G_TUNER
324 ioctl will return 100% signal strength for +/- 0.25 MHz and 50% for +/- 1 MHz.
325 It will also return correct afc values to show whether the frequency is too
326 low or too high.
327
328 The audio subchannels that are returned are MONO for the +/- 1 MHz range around
329 a valid channel frequency. When the frequency is within +/- 0.25 MHz of the
330 channel it will return either MONO, STEREO, either MONO | SAP (for NTSC) or
331 LANG1 | LANG2 (for others), or STEREO | SAP.
332
333 Which one is returned depends on the chosen channel, each next valid channel
334 will cycle through the possible audio subchannel combinations. This allows
335 you to test the various combinations by just switching channels..
336
337 Finally, for these inputs the v4l2_timecode struct is filled in in the
338 dequeued v4l2_buffer struct.
339
340
341 Section 2.3: HDMI Input
342 -----------------------
343
344 The HDMI inputs supports all CEA-861 and DMT timings, both progressive and
345 interlaced, for pixelclock frequencies between 25 and 600 MHz. The field
346 mode for interlaced formats is always V4L2_FIELD_ALTERNATE. For HDMI the
347 field order is always top field first, and when you start capturing an
348 interlaced format you will receive the top field first.
349
350 The initially selected colorspace when you switch to the HDMI input or
351 select an HDMI timing is based on the format resolution: for resolutions
352 less than or equal to 720x576 the colorspace is set to SMPTE-170M, for
353 others it is set to REC-709 (CEA-861 timings) or sRGB (VESA DMT timings).
354
355 The pixel aspect ratio will depend on the HDMI timing: for 720x480 is it
356 set as for the NTSC TV standard, for 720x576 it is set as for the PAL TV
357 standard, and for all others a 1:1 pixel aspect ratio is returned.
358
359 The video aspect ratio can be selected through the 'DV Timings Aspect Ratio'
360 Vivid control. Choices are 'Source Width x Height' (just use the
361 same ratio as the chosen format), '4x3' or '16x9', either of which can
362 result in pillarboxed or letterboxed video.
363
364 For HDMI inputs it is possible to set the EDID. By default a simple EDID
365 is provided. You can only set the EDID for HDMI inputs. Internally, however,
366 the EDID is shared between all HDMI inputs.
367
368 No interpretation is done of the EDID data.
369
370
371 Section 3: Video Output
372 -----------------------
373
374 The video output device can be configured by using the module options
375 num_outputs, output_types and ccs_out_mode (see section 1 for more detailed
376 information), but by default two outputs are configured: an S-Video and an
377 HDMI input, one output for each output type. Those are described in more detail
378 below.
379
380 Like with video capture the framerate is also exact in the long term.
381
382
383 Section 3.1: S-Video Output
384 ---------------------------
385
386 This output supports audio outputs as well: "Line-Out 1" and "Line-Out 2".
387 The S-Video output supports all TV standards.
388
389 This output supports all combinations of the field setting.
390
391 The initially selected colorspace when you switch to the TV or S-Video input
392 will be SMPTE-170M.
393
394
395 Section 3.2: HDMI Output
396 ------------------------
397
398 The HDMI output supports all CEA-861 and DMT timings, both progressive and
399 interlaced, for pixelclock frequencies between 25 and 600 MHz. The field
400 mode for interlaced formats is always V4L2_FIELD_ALTERNATE.
401
402 The initially selected colorspace when you switch to the HDMI output or
403 select an HDMI timing is based on the format resolution: for resolutions
404 less than or equal to 720x576 the colorspace is set to SMPTE-170M, for
405 others it is set to REC-709 (CEA-861 timings) or sRGB (VESA DMT timings).
406
407 The pixel aspect ratio will depend on the HDMI timing: for 720x480 is it
408 set as for the NTSC TV standard, for 720x576 it is set as for the PAL TV
409 standard, and for all others a 1:1 pixel aspect ratio is returned.
410
411 An HDMI output has a valid EDID which can be obtained through VIDIOC_G_EDID.
412
413
414 Section 4: VBI Capture
415 ----------------------
416
417 There are three types of VBI capture devices: those that only support raw
418 (undecoded) VBI, those that only support sliced (decoded) VBI and those that
419 support both. This is determined by the node_types module option. In all
420 cases the driver will generate valid VBI data: for 60 Hz standards it will
421 generate Closed Caption and XDS data. The closed caption stream will
422 alternate between "Hello world!" and "Closed captions test" every second.
423 The XDS stream will give the current time once a minute. For 50 Hz standards
424 it will generate the Wide Screen Signal which is based on the actual Video
425 Aspect Ratio control setting and teletext pages 100-159, one page per frame.
426
427 The VBI device will only work for the S-Video and TV inputs, it will give
428 back an error if the current input is a webcam or HDMI.
429
430
431 Section 5: VBI Output
432 ---------------------
433
434 There are three types of VBI output devices: those that only support raw
435 (undecoded) VBI, those that only support sliced (decoded) VBI and those that
436 support both. This is determined by the node_types module option.
437
438 The sliced VBI output supports the Wide Screen Signal and the teletext signal
439 for 50 Hz standards and Closed Captioning + XDS for 60 Hz standards.
440
441 The VBI device will only work for the S-Video output, it will give
442 back an error if the current output is HDMI.
443
444
445 Section 6: Radio Receiver
446 -------------------------
447
448 The radio receiver emulates an FM/AM/SW receiver. The FM band also supports RDS.
449 The frequency ranges are:
450
451         FM: 64 MHz - 108 MHz
452         AM: 520 kHz - 1710 kHz
453         SW: 2300 kHz - 26.1 MHz
454
455 Valid channels are emulated every 1 MHz for FM and every 100 kHz for AM and SW.
456 The signal strength decreases the further the frequency is from the valid
457 frequency until it becomes 0% at +/- 50 kHz (FM) or 5 kHz (AM/SW) from the
458 ideal frequency. The initial frequency when the driver is loaded is set to
459 95 MHz.
460
461 The FM receiver supports RDS as well, both using 'Block I/O' and 'Controls'
462 modes. In the 'Controls' mode the RDS information is stored in read-only
463 controls. These controls are updated every time the frequency is changed,
464 or when the tuner status is requested. The Block I/O method uses the read()
465 interface to pass the RDS blocks on to the application for decoding.
466
467 The RDS signal is 'detected' for +/- 12.5 kHz around the channel frequency,
468 and the further the frequency is away from the valid frequency the more RDS
469 errors are randomly introduced into the block I/O stream, up to 50% of all
470 blocks if you are +/- 12.5 kHz from the channel frequency. All four errors
471 can occur in equal proportions: blocks marked 'CORRECTED', blocks marked
472 'ERROR', blocks marked 'INVALID' and dropped blocks.
473
474 The generated RDS stream contains all the standard fields contained in a
475 0B group, and also radio text and the current time.
476
477 The receiver supports HW frequency seek, either in Bounded mode, Wrap Around
478 mode or both, which is configurable with the "Radio HW Seek Mode" control.
479
480
481 Section 7: Radio Transmitter
482 ----------------------------
483
484 The radio transmitter emulates an FM/AM/SW transmitter. The FM band also supports RDS.
485 The frequency ranges are:
486
487         FM: 64 MHz - 108 MHz
488         AM: 520 kHz - 1710 kHz
489         SW: 2300 kHz - 26.1 MHz
490
491 The initial frequency when the driver is loaded is 95.5 MHz.
492
493 The FM transmitter supports RDS as well, both using 'Block I/O' and 'Controls'
494 modes. In the 'Controls' mode the transmitted RDS information is configured
495 using controls, and in 'Block I/O' mode the blocks are passed to the driver
496 using write().
497
498
499 Section 8: Software Defined Radio Receiver
500 ------------------------------------------
501
502 The SDR receiver has three frequency bands for the ADC tuner:
503
504         - 300 kHz
505         - 900 kHz - 2800 kHz
506         - 3200 kHz
507
508 The RF tuner supports 50 MHz - 2000 MHz.
509
510 The generated data contains the In-phase and Quadrature components of a
511 1 kHz tone that has an amplitude of sqrt(2).
512
513
514 Section 9: Controls
515 -------------------
516
517 Different devices support different controls. The sections below will describe
518 each control and which devices support them.
519
520
521 Section 9.1: User Controls - Test Controls
522 ------------------------------------------
523
524 The Button, Boolean, Integer 32 Bits, Integer 64 Bits, Menu, String, Bitmask and
525 Integer Menu are controls that represent all possible control types. The Menu
526 control and the Integer Menu control both have 'holes' in their menu list,
527 meaning that one or more menu items return EINVAL when VIDIOC_QUERYMENU is called.
528 Both menu controls also have a non-zero minimum control value.  These features
529 allow you to check if your application can handle such things correctly.
530 These controls are supported for every device type.
531
532
533 Section 9.2: User Controls - Video Capture
534 ------------------------------------------
535
536 The following controls are specific to video capture.
537
538 The Brightness, Contrast, Saturation and Hue controls actually work and are
539 standard. There is one special feature with the Brightness control: each
540 video input has its own brightness value, so changing input will restore
541 the brightness for that input. In addition, each video input uses a different
542 brightness range (minimum and maximum control values). Switching inputs will
543 cause a control event to be sent with the V4L2_EVENT_CTRL_CH_RANGE flag set.
544 This allows you to test controls that can change their range.
545
546 The 'Gain, Automatic' and Gain controls can be used to test volatile controls:
547 if 'Gain, Automatic' is set, then the Gain control is volatile and changes
548 constantly. If 'Gain, Automatic' is cleared, then the Gain control is a normal
549 control.
550
551 The 'Horizontal Flip' and 'Vertical Flip' controls can be used to flip the
552 image. These combine with the 'Sensor Flipped Horizontally/Vertically' Vivid
553 controls.
554
555 The 'Alpha Component' control can be used to set the alpha component for
556 formats containing an alpha channel.
557
558
559 Section 9.3: User Controls - Audio
560 ----------------------------------
561
562 The following controls are specific to video capture and output and radio
563 receivers and transmitters.
564
565 The 'Volume' and 'Mute' audio controls are typical for such devices to
566 control the volume and mute the audio. They don't actually do anything in
567 the vivid driver.
568
569
570 Section 9.4: Vivid Controls
571 ---------------------------
572
573 These vivid custom controls control the image generation, error injection, etc.
574
575
576 Section 9.4.1: Test Pattern Controls
577 ------------------------------------
578
579 The Test Pattern Controls are all specific to video capture.
580
581 Test Pattern: selects which test pattern to use. Use the CSC Colorbar for
582         testing colorspace conversions: the colors used in that test pattern
583         map to valid colors in all colorspaces. The colorspace conversion
584         is disabled for the other test patterns.
585
586 OSD Text Mode: selects whether the text superimposed on the
587         test pattern should be shown, and if so, whether only counters should
588         be displayed or the full text.
589
590 Horizontal Movement: selects whether the test pattern should
591         move to the left or right and at what speed.
592
593 Vertical Movement: does the same for the vertical direction.
594
595 Show Border: show a two-pixel wide border at the edge of the actual image,
596         excluding letter or pillarboxing.
597
598 Show Square: show a square in the middle of the image. If the image is
599         displayed with the correct pixel and image aspect ratio corrections,
600         then the width and height of the square on the monitor should be
601         the same.
602
603 Insert SAV Code in Image: adds a SAV (Start of Active Video) code to the image.
604         This can be used to check if such codes in the image are inadvertently
605         interpreted instead of being ignored.
606
607 Insert EAV Code in Image: does the same for the EAV (End of Active Video) code.
608
609
610 Section 9.4.2: Capture Feature Selection Controls
611 -------------------------------------------------
612
613 These controls are all specific to video capture.
614
615 Sensor Flipped Horizontally: the image is flipped horizontally and the
616         V4L2_IN_ST_HFLIP input status flag is set. This emulates the case where
617         a sensor is for example mounted upside down.
618
619 Sensor Flipped Vertically: the image is flipped vertically and the
620         V4L2_IN_ST_VFLIP input status flag is set. This emulates the case where
621         a sensor is for example mounted upside down.
622
623 Standard Aspect Ratio: selects if the image aspect ratio as used for the TV or
624         S-Video input should be 4x3, 16x9 or anamorphic widescreen. This may
625         introduce letterboxing.
626
627 DV Timings Aspect Ratio: selects if the image aspect ratio as used for the HDMI
628         input should be the same as the source width and height ratio, or if
629         it should be 4x3 or 16x9. This may introduce letter or pillarboxing.
630
631 Timestamp Source: selects when the timestamp for each buffer is taken.
632
633 Colorspace: selects which colorspace should be used when generating the image.
634         This only applies if the CSC Colorbar test pattern is selected,
635         otherwise the test pattern will go through unconverted (except for
636         the so-called 'Transfer Function' corrections and the R'G'B' to Y'CbCr
637         conversion). This behavior is also what you want, since a 75% Colorbar
638         should really have 75% signal intensity and should not be affected
639         by colorspace conversions.
640
641         Changing the colorspace will result in the V4L2_EVENT_SOURCE_CHANGE
642         to be sent since it emulates a detected colorspace change.
643
644 Limited RGB Range (16-235): selects if the RGB range of the HDMI source should
645         be limited or full range. This combines with the Digital Video 'Rx RGB
646         Quantization Range' control and can be used to test what happens if
647         a source provides you with the wrong quantization range information.
648         See the description of that control for more details.
649
650 Apply Alpha To Red Only: apply the alpha channel as set by the 'Alpha Component'
651         user control to the red color of the test pattern only.
652
653 Enable Capture Cropping: enables crop support. This control is only present if
654         the ccs_cap_mode module option is set to the default value of -1 and if
655         the no_error_inj module option is set to 0 (the default).
656
657 Enable Capture Composing: enables composing support. This control is only
658         present if the ccs_cap_mode module option is set to the default value of
659         -1 and if the no_error_inj module option is set to 0 (the default).
660
661 Enable Capture Scaler: enables support for a scaler (maximum 4 times upscaling
662         and downscaling). This control is only present if the ccs_cap_mode
663         module option is set to the default value of -1 and if the no_error_inj
664         module option is set to 0 (the default).
665
666 Maximum EDID Blocks: determines how many EDID blocks the driver supports.
667         Note that the vivid driver does not actually interpret new EDID
668         data, it just stores it. It allows for up to 256 EDID blocks
669         which is the maximum supported by the standard.
670
671 Fill Percentage of Frame: can be used to draw only the top X percent
672         of the image. Since each frame has to be drawn by the driver, this
673         demands a lot of the CPU. For large resolutions this becomes
674         problematic. By drawing only part of the image this CPU load can
675         be reduced.
676
677
678 Section 9.4.3: Output Feature Selection Controls
679 ------------------------------------------------
680
681 These controls are all specific to video output.
682
683 Enable Output Cropping: enables crop support. This control is only present if
684         the ccs_out_mode module option is set to the default value of -1 and if
685         the no_error_inj module option is set to 0 (the default).
686
687 Enable Output Composing: enables composing support. This control is only
688         present if the ccs_out_mode module option is set to the default value of
689         -1 and if the no_error_inj module option is set to 0 (the default).
690
691 Enable Output Scaler: enables support for a scaler (maximum 4 times upscaling
692         and downscaling). This control is only present if the ccs_out_mode
693         module option is set to the default value of -1 and if the no_error_inj
694         module option is set to 0 (the default).
695
696
697 Section 9.4.4: Error Injection Controls
698 ---------------------------------------
699
700 The following two controls are only valid for video and vbi capture.
701
702 Standard Signal Mode: selects the behavior of VIDIOC_QUERYSTD: what should
703         it return?
704
705         Changing this control will result in the V4L2_EVENT_SOURCE_CHANGE
706         to be sent since it emulates a changed input condition (e.g. a cable
707         was plugged in or out).
708
709 Standard: selects the standard that VIDIOC_QUERYSTD should return if the
710         previous control is set to "Selected Standard".
711
712         Changing this control will result in the V4L2_EVENT_SOURCE_CHANGE
713         to be sent since it emulates a changed input standard.
714
715
716 The following two controls are only valid for video capture.
717
718 DV Timings Signal Mode: selects the behavior of VIDIOC_QUERY_DV_TIMINGS: what
719         should it return?
720
721         Changing this control will result in the V4L2_EVENT_SOURCE_CHANGE
722         to be sent since it emulates a changed input condition (e.g. a cable
723         was plugged in or out).
724
725 DV Timings: selects the timings the VIDIOC_QUERY_DV_TIMINGS should return
726         if the previous control is set to "Selected DV Timings".
727
728         Changing this control will result in the V4L2_EVENT_SOURCE_CHANGE
729         to be sent since it emulates changed input timings.
730
731
732 The following controls are only present if the no_error_inj module option
733 is set to 0 (the default). These controls are valid for video and vbi
734 capture and output streams and for the SDR capture device except for the
735 Disconnect control which is valid for all devices.
736
737 Wrap Sequence Number: test what happens when you wrap the sequence number in
738         struct v4l2_buffer around.
739
740 Wrap Timestamp: test what happens when you wrap the timestamp in struct
741         v4l2_buffer around.
742
743 Percentage of Dropped Buffers: sets the percentage of buffers that
744         are never returned by the driver (i.e., they are dropped).
745
746 Disconnect: emulates a USB disconnect. The device will act as if it has
747         been disconnected. Only after all open filehandles to the device
748         node have been closed will the device become 'connected' again.
749
750 Inject V4L2_BUF_FLAG_ERROR: when pressed, the next frame returned by
751         the driver will have the error flag set (i.e. the frame is marked
752         corrupt).
753
754 Inject VIDIOC_REQBUFS Error: when pressed, the next REQBUFS or CREATE_BUFS
755         ioctl call will fail with an error. To be precise: the videobuf2
756         queue_setup() op will return -EINVAL.
757
758 Inject VIDIOC_QBUF Error: when pressed, the next VIDIOC_QBUF or
759         VIDIOC_PREPARE_BUFFER ioctl call will fail with an error. To be
760         precise: the videobuf2 buf_prepare() op will return -EINVAL.
761
762 Inject VIDIOC_STREAMON Error: when pressed, the next VIDIOC_STREAMON ioctl
763         call will fail with an error. To be precise: the videobuf2
764         start_streaming() op will return -EINVAL.
765
766 Inject Fatal Streaming Error: when pressed, the streaming core will be
767         marked as having suffered a fatal error, the only way to recover
768         from that is to stop streaming. To be precise: the videobuf2
769         vb2_queue_error() function is called.
770
771
772 Section 9.4.5: VBI Raw Capture Controls
773 ---------------------------------------
774
775 Interlaced VBI Format: if set, then the raw VBI data will be interlaced instead
776         of providing it grouped by field.
777
778
779 Section 9.5: Digital Video Controls
780 -----------------------------------
781
782 Rx RGB Quantization Range: sets the RGB quantization detection of the HDMI
783         input. This combines with the Vivid 'Limited RGB Range (16-235)'
784         control and can be used to test what happens if a source provides
785         you with the wrong quantization range information. This can be tested
786         by selecting an HDMI input, setting this control to Full or Limited
787         range and selecting the opposite in the 'Limited RGB Range (16-235)'
788         control. The effect is easy to see if the 'Gray Ramp' test pattern
789         is selected.
790
791 Tx RGB Quantization Range: sets the RGB quantization detection of the HDMI
792         output. It is currently not used for anything in vivid, but most HDMI
793         transmitters would typically have this control.
794
795 Transmit Mode: sets the transmit mode of the HDMI output to HDMI or DVI-D. This
796         affects the reported colorspace since DVI_D outputs will always use
797         sRGB.
798
799
800 Section 9.6: FM Radio Receiver Controls
801 ---------------------------------------
802
803 RDS Reception: set if the RDS receiver should be enabled.
804
805 RDS Program Type:
806 RDS PS Name:
807 RDS Radio Text:
808 RDS Traffic Announcement:
809 RDS Traffic Program:
810 RDS Music: these are all read-only controls. If RDS Rx I/O Mode is set to
811         "Block I/O", then they are inactive as well. If RDS Rx I/O Mode is set
812         to "Controls", then these controls report the received RDS data. Note
813         that the vivid implementation of this is pretty basic: they are only
814         updated when you set a new frequency or when you get the tuner status
815         (VIDIOC_G_TUNER).
816
817 Radio HW Seek Mode: can be one of "Bounded", "Wrap Around" or "Both". This
818         determines if VIDIOC_S_HW_FREQ_SEEK will be bounded by the frequency
819         range or wrap-around or if it is selectable by the user.
820
821 Radio Programmable HW Seek: if set, then the user can provide the lower and
822         upper bound of the HW Seek. Otherwise the frequency range boundaries
823         will be used.
824
825 Generate RBDS Instead of RDS: if set, then generate RBDS (the US variant of
826         RDS) data instead of RDS (European-style RDS). This affects only the
827         PICODE and PTY codes.
828
829 RDS Rx I/O Mode: this can be "Block I/O" where the RDS blocks have to be read()
830         by the application, or "Controls" where the RDS data is provided by
831         the RDS controls mentioned above.
832
833
834 Section 9.7: FM Radio Modulator Controls
835 ----------------------------------------
836
837 RDS Program ID:
838 RDS Program Type:
839 RDS PS Name:
840 RDS Radio Text:
841 RDS Stereo:
842 RDS Artificial Head:
843 RDS Compressed:
844 RDS Dymanic PTY:
845 RDS Traffic Announcement:
846 RDS Traffic Program:
847 RDS Music: these are all controls that set the RDS data that is transmitted by
848         the FM modulator.
849
850 RDS Tx I/O Mode: this can be "Block I/O" where the application has to use write()
851         to pass the RDS blocks to the driver, or "Controls" where the RDS data is
852         provided by the RDS controls mentioned above.
853
854
855 Section 10: Video, VBI and RDS Looping
856 --------------------------------------
857
858 The vivid driver supports looping of video output to video input, VBI output
859 to VBI input and RDS output to RDS input. For video/VBI looping this emulates
860 as if a cable was hooked up between the output and input connector. So video
861 and VBI looping is only supported between S-Video and HDMI inputs and outputs.
862 VBI is only valid for S-Video as it makes no sense for HDMI.
863
864 Since radio is wireless this looping always happens if the radio receiver
865 frequency is close to the radio transmitter frequency. In that case the radio
866 transmitter will 'override' the emulated radio stations.
867
868 Looping is currently supported only between devices created by the same
869 vivid driver instance.
870
871
872 Section 10.1: Video and Sliced VBI looping
873 ------------------------------------------
874
875 The way to enable video/VBI looping is currently fairly crude. A 'Loop Video'
876 control is available in the "Vivid" control class of the video
877 output and VBI output devices. When checked the video looping will be enabled.
878 Once enabled any video S-Video or HDMI input will show a static test pattern
879 until the video output has started. At that time the video output will be
880 looped to the video input provided that:
881
882 - the input type matches the output type. So the HDMI input cannot receive
883   video from the S-Video output.
884
885 - the video resolution of the video input must match that of the video output.
886   So it is not possible to loop a 50 Hz (720x576) S-Video output to a 60 Hz
887   (720x480) S-Video input, or a 720p60 HDMI output to a 1080p30 input.
888
889 - the pixel formats must be identical on both sides. Otherwise the driver would
890   have to do pixel format conversion as well, and that's taking things too far.
891
892 - the field settings must be identical on both sides. Same reason as above:
893   requiring the driver to convert from one field format to another complicated
894   matters too much. This also prohibits capturing with 'Field Top' or 'Field
895   Bottom' when the output video is set to 'Field Alternate'. This combination,
896   while legal, became too complicated to support. Both sides have to be 'Field
897   Alternate' for this to work. Also note that for this specific case the
898   sequence and field counting in struct v4l2_buffer on the capture side may not
899   be 100% accurate.
900
901 - on the input side the "Standard Signal Mode" for the S-Video input or the
902   "DV Timings Signal Mode" for the HDMI input should be configured so that a
903   valid signal is passed to the video input.
904
905 The framerates do not have to match, although this might change in the future.
906
907 By default you will see the OSD text superimposed on top of the looped video.
908 This can be turned off by changing the "OSD Text Mode" control of the video
909 capture device.
910
911 For VBI looping to work all of the above must be valid and in addition the vbi
912 output must be configured for sliced VBI. The VBI capture side can be configured
913 for either raw or sliced VBI. Note that at the moment only CC/XDS (60 Hz formats)
914 and WSS (50 Hz formats) VBI data is looped. Teletext VBI data is not looped.
915
916
917 Section 10.2: Radio & RDS Looping
918 ---------------------------------
919
920 As mentioned in section 6 the radio receiver emulates stations are regular
921 frequency intervals. Depending on the frequency of the radio receiver a
922 signal strength value is calculated (this is returned by VIDIOC_G_TUNER).
923 However, it will also look at the frequency set by the radio transmitter and
924 if that results in a higher signal strength than the settings of the radio
925 transmitter will be used as if it was a valid station. This also includes
926 the RDS data (if any) that the transmitter 'transmits'. This is received
927 faithfully on the receiver side. Note that when the driver is loaded the
928 frequencies of the radio receiver and transmitter are not identical, so
929 initially no looping takes place.
930
931
932 Section 11: Cropping, Composing, Scaling
933 ----------------------------------------
934
935 This driver supports cropping, composing and scaling in any combination. Normally
936 which features are supported can be selected through the Vivid controls,
937 but it is also possible to hardcode it when the module is loaded through the
938 ccs_cap_mode and ccs_out_mode module options. See section 1 on the details of
939 these module options.
940
941 This allows you to test your application for all these variations.
942
943 Note that the webcam input never supports cropping, composing or scaling. That
944 only applies to the TV/S-Video/HDMI inputs and outputs. The reason is that
945 webcams, including this virtual implementation, normally use
946 VIDIOC_ENUM_FRAMESIZES to list a set of discrete framesizes that it supports.
947 And that does not combine with cropping, composing or scaling. This is
948 primarily a limitation of the V4L2 API which is carefully reproduced here.
949
950 The minimum and maximum resolutions that the scaler can achieve are 16x16 and
951 (4096 * 4) x (2160 x 4), but it can only scale up or down by a factor of 4 or
952 less. So for a source resolution of 1280x720 the minimum the scaler can do is
953 320x180 and the maximum is 5120x2880. You can play around with this using the
954 qv4l2 test tool and you will see these dependencies.
955
956 This driver also supports larger 'bytesperline' settings, something that
957 VIDIOC_S_FMT allows but that few drivers implement.
958
959 The scaler is a simple scaler that uses the Coarse Bresenham algorithm. It's
960 designed for speed and simplicity, not quality.
961
962 If the combination of crop, compose and scaling allows it, then it is possible
963 to change crop and compose rectangles on the fly.
964
965
966 Section 12: Formats
967 -------------------
968
969 The driver supports all the regular packed YUYV formats, 16, 24 and 32 RGB
970 packed formats and two multiplanar formats (one luma and one chroma plane).
971
972 The alpha component can be set through the 'Alpha Component' User control
973 for those formats that support it. If the 'Apply Alpha To Red Only' control
974 is set, then the alpha component is only used for the color red and set to
975 0 otherwise.
976
977 The driver has to be configured to support the multiplanar formats. By default
978 the first driver instance is single-planar, the second is multi-planar, and it
979 keeps alternating. This can be changed by setting the multiplanar module option,
980 see section 1 for more details on that option.
981
982 If the driver instance is using the multiplanar formats/API, then the first
983 single planar format (YUYV) and the multiplanar NV16M and NV61M formats the
984 will have a plane that has a non-zero data_offset of 128 bytes. It is rare for
985 data_offset to be non-zero, so this is a useful feature for testing applications.
986
987 Video output will also honor any data_offset that the application set.
988
989
990 Section 13: Capture Overlay
991 ---------------------------
992
993 Note: capture overlay support is implemented primarily to test the existing
994 V4L2 capture overlay API. In practice few if any GPUs support such overlays
995 anymore, and neither are they generally needed anymore since modern hardware
996 is so much more capable. By setting flag 0x10000 in the node_types module
997 option the vivid driver will create a simple framebuffer device that can be
998 used for testing this API. Whether this API should be used for new drivers is
999 questionable.
1000
1001 This driver has support for a destructive capture overlay with bitmap clipping
1002 and list clipping (up to 16 rectangles) capabilities. Overlays are not
1003 supported for multiplanar formats. It also honors the struct v4l2_window field
1004 setting: if it is set to FIELD_TOP or FIELD_BOTTOM and the capture setting is
1005 FIELD_ALTERNATE, then only the top or bottom fields will be copied to the overlay.
1006
1007 The overlay only works if you are also capturing at that same time. This is a
1008 vivid limitation since it copies from a buffer to the overlay instead of
1009 filling the overlay directly. And if you are not capturing, then no buffers
1010 are available to fill.
1011
1012 In addition, the pixelformat of the capture format and that of the framebuffer
1013 must be the same for the overlay to work. Otherwise VIDIOC_OVERLAY will return
1014 an error.
1015
1016 In order to really see what it going on you will need to create two vivid
1017 instances: the first with a framebuffer enabled. You configure the capture
1018 overlay of the second instance to use the framebuffer of the first, then
1019 you start capturing in the second instance. For the first instance you setup
1020 the output overlay for the video output, turn on video looping and capture
1021 to see the blended framebuffer overlay that's being written to by the second
1022 instance. This setup would require the following commands:
1023
1024         $ sudo modprobe vivid n_devs=2 node_types=0x10101,0x1 multiplanar=1,1
1025         $ v4l2-ctl -d1 --find-fb
1026         /dev/fb1 is the framebuffer associated with base address 0x12800000
1027         $ sudo v4l2-ctl -d2 --set-fbuf fb=1
1028         $ v4l2-ctl -d1 --set-fbuf fb=1
1029         $ v4l2-ctl -d0 --set-fmt-video=pixelformat='AR15'
1030         $ v4l2-ctl -d1 --set-fmt-video-out=pixelformat='AR15'
1031         $ v4l2-ctl -d2 --set-fmt-video=pixelformat='AR15'
1032         $ v4l2-ctl -d0 -i2
1033         $ v4l2-ctl -d2 -i2
1034         $ v4l2-ctl -d2 -c horizontal_movement=4
1035         $ v4l2-ctl -d1 --overlay=1
1036         $ v4l2-ctl -d1 -c loop_video=1
1037         $ v4l2-ctl -d2 --stream-mmap --overlay=1
1038
1039 And from another console:
1040
1041         $ v4l2-ctl -d1 --stream-out-mmap
1042
1043 And yet another console:
1044
1045         $ qv4l2
1046
1047 and start streaming.
1048
1049 As you can see, this is not for the faint of heart...
1050
1051
1052 Section 14: Output Overlay
1053 --------------------------
1054
1055 Note: output overlays are primarily implemented in order to test the existing
1056 V4L2 output overlay API. Whether this API should be used for new drivers is
1057 questionable.
1058
1059 This driver has support for an output overlay and is capable of:
1060
1061         - bitmap clipping,
1062         - list clipping (up to 16 rectangles)
1063         - chromakey
1064         - source chromakey
1065         - global alpha
1066         - local alpha
1067         - local inverse alpha
1068
1069 Output overlays are not supported for multiplanar formats. In addition, the
1070 pixelformat of the capture format and that of the framebuffer must be the
1071 same for the overlay to work. Otherwise VIDIOC_OVERLAY will return an error.
1072
1073 Output overlays only work if the driver has been configured to create a
1074 framebuffer by setting flag 0x10000 in the node_types module option. The
1075 created framebuffer has a size of 720x576 and supports ARGB 1:5:5:5 and
1076 RGB 5:6:5.
1077
1078 In order to see the effects of the various clipping, chromakeying or alpha
1079 processing capabilities you need to turn on video looping and see the results
1080 on the capture side. The use of the clipping, chromakeying or alpha processing
1081 capabilities will slow down the video loop considerably as a lot of checks have
1082 to be done per pixel.
1083
1084
1085 Section 15: Some Future Improvements
1086 ------------------------------------
1087
1088 Just as a reminder and in no particular order:
1089
1090 - Add a virtual alsa driver to test audio
1091 - Add virtual sub-devices and media controller support
1092 - Some support for testing compressed video
1093 - Add support to loop raw VBI output to raw VBI input
1094 - Add support to loop teletext sliced VBI output to VBI input
1095 - Fix sequence/field numbering when looping of video with alternate fields
1096 - Add support for V4L2_CID_BG_COLOR for video outputs
1097 - Add ARGB888 overlay support: better testing of the alpha channel
1098 - Add custom DV timings support
1099 - Add support for V4L2_DV_FL_REDUCED_FPS
1100 - Improve pixel aspect support in the tpg code by passing a real v4l2_fract
1101 - Use per-queue locks and/or per-device locks to improve throughput
1102 - Add support to loop from a specific output to a specific input across
1103   vivid instances
1104 - Add support for VIDIOC_EXPBUF once support for that has been added to vb2
1105 - The SDR radio should use the same 'frequencies' for stations as the normal
1106   radio receiver, and give back noise if the frequency doesn't match up with
1107   a station frequency
1108 - Improve the sine generation of the SDR radio.
1109 - Make a thread for the RDS generation, that would help in particular for the
1110   "Controls" RDS Rx I/O Mode as the read-only RDS controls could be updated
1111   in real-time.