USB摄像头视频采集与QT界面显示解读.docx

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USB摄像头视频采集与QT界面显示解读

USB摄像头视频采集与Qt界面显示

一．Qt界面制作

1．新建Qt工程

启动QtCreator，新建一个QtGui应用。

单击File选择NewFileorProject出现以下界面：

选择QtGuiApplication,之后选择好工程与路径名，其他默认，一直到设置Classinformation（类信息）时，Classname设为Widget,Basename选择QWidget,其他默认。

设置好这些后，其他默认，直到工程设置结束。

如下图所示：

2.修改ui界面

打开Widget.ui，进入可视化设计界面。

默认情况中间的主设计区下只有一个Widget的对象。

由于USB摄像头采集到的图像需要显示到一个QLabel的部件上，从右侧的部件列表的“DisplayWidget”中选择“Label”部件拖动到中间；此外，我们需要两个按钮，一个用于启动和终止视频数据的保存，一个用于以后的视频文件的压缩。

从右侧的”Buttons”中两次选择”PushButtion”部件并拖动到Widget中。

从上图可以看出，对象Widget下已经添加了一个label部件，两个pushbutton部件。

右上角Object与Class的关系是：

Object对应的物体是属于Class对应的类，反映了Qt的继承关系。

接下来设置上面四种部件的属性，Widget的属性按照下面图示设置，其中geometry设置为[（0,0）,650*550]说明界面左上角的坐标位于原点，大小为650*550；在windowname这一项设置的是你的界面的名字，我设置为USB_YUV_Camera。

注：

图片未提及的采用默认就行，其他三个部件见图示。

这些部件的objectName要特别注意，因为会在后面编写的程序中用到。

（Widget设置图示）（label设置图示1）（label设置图示2）

（Pushbutton1设置图示）（Pushbutton1设置图示）

（Pushbutton2设置图示）Pushbutton2设置图示）

最后生成的界面：

点击Debug会得到Debug文档，里面有你设置的信息。

编译运行后，会在建立的工程文件夹下生成很多文件，重要的是widget.ui文件，其他的文件要根据你具体的应用作出相应的修改。

Qt界面最终的效果图为：

二．USB摄像头视频采集与Qt界面显示源代码分析

源码包含:

common.hVideoDevice.hwidget.hVideoDevice.cppwidget.cppmain.cpp

common.h主要定义了USB采集到的图像的宽度，高度等信息；

Videodevice.h定义了VideoDevice类，使它继承于Qt的基类QObject，定义了VideoDevice的构造函数与析构函数，重要的是定义了实现V4L2视频架构的函数；

Videodevice.cpp具体实现了Videodevice.h定义的函数，完成了基于V4L2架构的视频采集；

widget.h定义了Widget窗口类,使它继承于Qt窗口类QWidget,并定义了YUV到RGB颜色转变的函数；QT界面按钮操作的实现函数，以及视频窗口的刷新时间painEvent函数；

widget.cpp实现了widget.h定义的函数。

下面介绍各文件的主要代码段：

（1）common.h

#ifndefCOMMON_H

#defineCOMMON_H

//……

#defineIMG_WIDTH640//定义视频的宽度为640

#defineIMG_HEIGTH480//定义视频的高度为480

#endif//COMMON_H

（2）Videodevice.h

#defineCLEAR（x）memset（&（x）,0,sizeof（x））//定义CLEAR为内存清零

classVideoDevice:

publicQObject

{

Q_OBJECT//有了这条语句才能使用QT中的signal和slot机制

public:

VideoDevice（QStringdev_name）;//构造函数定义，用于初始化

~VideoDevice（）;//析构函数用于释放内存

intget_frame（unsignedchar**yuv_buffer_pointer,size_t*len）;//获取视频帧

intunget_frame（）;//释放视频帧，让出缓存空间准备新的视频帧数据

private:

intopen_device（）;//打开设备

intinit_device（）;//初始化设备

intstart_capturing（）;//启动视频采集

intinit_mmap（）;//内存映射初始化

intstop_capturing（）;//停止视频采集

intuninit_device（）;//注销设备

intclose_device（）;//关闭设备

structbuffer

{

void*start;//视频缓冲区的起始地址

size_tlength;//缓冲区的长度

};

QStringdev_name;

intfd;//video0file

buffer*buffers;

unsignedintn_buffers;

intindex;

signals:

//voiddisplay_error（QString）;

};

#endif//VIDEODEVICE_H

（3）Videodevice.cpp

#defineFILE_VIDEO"/dev/video0"

VideoDevice:

:

VideoDevice（QStringdev_name）//VideoDevice的构造函数进行初始化

{

this->dev_name=dev_name;

this->fd=-1;

this->buffers=NULL;

this->n_buffers=0;

this->index=-1;

if（open_device（）==FALSE）

{

close_device（）;

}

if（init_device（）==FALSE）

{

close_device（）;

}

if（start_capturing（）==FALSE）

{

stop_capturing（）;

close_device（）;

}

}

VideoDevice:

:

~VideoDevice（）//VideoDevice的析构函数

{

if（stop_capturing（）==FALSE）

{}

if（uninit_device（）==FALSE）

{}

if（close_device（）==FALSE）

{}

}

intVideoDevice:

:

init_device（）//设备初始化

{

v4l2_capabilitycap;//设备能力结构体

v4l2_formatfmt;//设置视频像素

v4l2_streamparmsetfps;//设置采样率

v4l2_fmtdescfmtdesc;//查询摄像头支持像素格式

if（ioctl（fd,VIDIOC_QUERYCAP,&cap）==-1）

{

printf（"Erroropeningdevice%s:

unabletoquerydevice.\n",FILE_VIDEO）;

returnFALSE;

}

else

{

printf（"driver:

\t\t%s\n",cap.driver）;//驱动名

printf（"card:

\t\t%s\n",cap.card）;//摄像头信息

printf（"bus_info:

\t%s\n",cap.bus_info）;//PCI总线信息

printf（"version:

\t%d\n",cap.version）;//内核版本

printf（"capabilities:

\t%x\n",cap.capabilities）;

//以上打印信息详见设备能力结构体（structv4l2_capability）

if（（cap.capabilities&V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE））

{

printf（"Device%s:

supportscapture.\n",FILE_VIDEO）;

}

if（（cap.capabilities&V4L2_CAP_STREAMING））

{

printf（"Device%s:

supportsstreaming.\n",FILE_VIDEO）;

}

}

//列举摄像头所支持像素格式

fmtdesc.index=0;

fmtdesc.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

printf（"Supportformat:

\n"）;

while（ioctl（fd,VIDIOC_ENUM_FMT,&fmtdesc）!

=-1）

{

printf（"\t%d.%s\n",fmtdesc.index+1,fmtdesc.description）;

fmtdesc.index++;

}

//setfmt

fmt.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;//恒为此项

fmt.fmt.pix.pixelformat=V4L2_PIX_FMT_YUYV;//视频数据存储类型

fmt.fmt.pix.height=480;

fmt.fmt.pix.width=640;

fmt.fmt.pix.field=V4L2_FIELD_INTERLACED;//隔行扫描

if（ioctl（fd,VIDIOC_S_FMT,&fmt）==-1）

{

printf（"Unabletosetformat\n"）;

returnFALSE;

}

if（ioctl（fd,VIDIOC_G_FMT,&fmt）==-1）

{

printf（"Unabletogetformat\n"）;

returnFALSE;

}

//setfps具体参考结构体v4l2_captureparm

setfps.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

/*timeperframe字段用于指定想要使用的帧频率，它是一个结构体：

numerator和denominator所描述的系数给出的是成功的帧之间的时间间隔。

numerator分子，denominator分母。

主要表达每次帧之间时间间隔。

numerator/denominator秒一帧。

*/

setfps.parm.capture.timeperframe.numerator=1;

setfps.parm.capture.timeperframe.denominator=30;//本摄像头帧频范围[5,30]帧/秒

if（ioctl（fd,VIDIOC_S_PARM,&setfps）==-1）

{

printf（"Unabletosetframerate\n"）;

returnFALSE;

}

else

{

printf（"setfpsOK!

\n"）;

}

if（ioctl（fd,VIDIOC_G_PARM,&setfps）==-1）

{

printf（"Unabletogetframerate\n"）;

returnFALSE;

}

else

{

printf（"getfpsOK!

\n"）;

printf（"timeperframe.numerator:

\t%d\n",setfps.parm.capture.timeperframe.numerator）;

printf（"timeperframe.denominator:

\t%d\n",setfps.parm.capture.timeperframe.denominator）;

}

//mmap

if（init_mmap（）==FALSE）

{

printf（"cannotmmap!

\n"）;

returnFALSE;

}

returnTRUE;

}

（4）widget.h

namespaceUi{

classWidget;

}

classWidget:

publicQWidget

{

Q_OBJECT//上面内容为固定格式

public:

explicitWidget（QWidget*parent=0）;//explicit可以避免发生隐式类型转换

~Widget（）;

private:

Ui:

:

Widget*ui;

QImage*frame;

intrs;

unsignedintlen;

intconvert_yuv_to_rgb_buffer（）;

voidprint_quartet（unsignedinti）;

VideoDevice*vd;

FILE*yuvfile;

unsignedcharrgb_buffer[640*480*3];

unsignedchar*yuv_buffer_pointer;

charY_frame[640*480];//存储亮度Y分量

charCr_frame[240*320];//存储蓝色浓度偏移量即U分量

charCb_frame[240*320];//存储红色浓度偏移量即V分量

intwrite420（）;//视频图像保存为YUV420，也可存储为YUV422

privateslots:

//定义槽

voidon_pushButton_start_clicked（）;//按钮按下对应的处理，不定义成槽，按钮将失效

voidpaintEvent（QPaintEvent*）;//窗口刷新函数

};

#endif//WIDGET_H

（5）widget.cpp

charyuvfilename[11]={'s','a','v','e','0','0','.','y','u','v','\0'};//视频保存文件的名称

Widget:

:

Widget（QWidget*parent）:

QWidget（parent）,

ui（newUi:

:

Widget）

{

ui->setupUi（this）;

vd=newVideoDevice（tr（"/dev/video0"））;

frame=newQImage（rgb_buffer,640,480,QImage:

:

Format_RGB888）;

}

voidWidget:

:

paintEvent（QPaintEvent*）

{

rs=vd->get_frame（&yuv_buffer_pointer,&len）;

if（last_state==2&&state==0）

{

yuvfile=fopen（yuvfilename,"wb+"）;

yuvfilename[5]++;

}

if（state==1）

{

rs=write420（）;

}

if（last_state==1&&state==2）

{

fclose（yuvfile）;

}

intWidget:

:

write420（）

{

intx,y;

longintindex1=0;

if（yuv_buffer_pointer[0]=='\0'）

{

return-1;

}

for（x=0;x<640;x++）

{

for（y=0;y<480;y++）

{

Y_frame[index1]=yuv_buffer_pointer[2*index1];

index1++;

}

}

index1=0;

for（x=0;x<480;x++,x++）

{

for（y=0;y<640;y++,y++）

{

Cb_frame[index1]=yuv_buffer_pointer[（x*640+y）*2+1];

Cr_frame[index1]=yuv_buffer_pointer[（x*640+y）*2+3];

index1++;

}

}

//YUV422的程序

/*for（x=0;x<480;x++）

{

for（y=0;y<320;y++）

{

Y_frame[index]=yuv_buffer_pointer[（x*320+y）*4];

Cb_frame[index]=yuv_buffer_pointer[（x*320+y）*4+1];

Y_frame[index+1]=yuv_buffer_pointer[（x*320+y）*4+2];

Cr_frame[index]=yuv_buffer_pointer[（x*320+y）*4+3];

index++;

}

}*/

fwrite（Y_frame,307200,1,yuvfile）;

fwrite（Cb_frame,76800,1,yuvfile）;

fwrite（Cr_frame,76800,1,yuvfile）;

framecnt++;

printf（"writedframe%ld\n",framecnt）;

}

intWidget:

:

convert_yuv_to_rgb_buffer（）

{

unsignedlongin,out=0;

inty0,u,y1,v;

intr,g,b;

for（in=0;in

{

y0=yuv_buffer_pointer[in+0];

u=yuv_buffer_pointer[in+1];

y1=yuv_buffer_pointer[in+2];

v=yuv_buffer_pointer[in+3];

r=y0+（1.370705*（v-128））;

g=y0-（0.698001*（v-128））-（0.337633*（u-128））;

b=y0+（1.732446*（u-128））;

/*r=y0+1.042*（v-128）;

g=y0-0.34414*（u-128）-0.71414*（v-128）;

b=y0+1.772*（u-128）;*///YUV422程序

if（r>255）r=255;

if（g>255）g=255;

if（b>255）b=255;

if（r<0）r=0;

if（g<0）g=0;

if（b<0）b=0;

rgb_buffer[out++]=r;

rgb_buffer[out++]=g;

rgb_buffer[out++]=b;

r=y1+（1.370705*（v-128））;

g=y1-（0.698001*（v-128））-（0.337633*（u-128））;

b=y1+（1.732446*（u-128））;

/*r=y0+1.042*（v-128）;

g=y0-0.34414*（u-128）-0.71414*（v-128）;

b=y0+1.772*（u-128）;*///YUV422程序

if（r>255）r=255;

if（g>255）g=255;

if（b>255）b=255;

if（r<0）r=0;

if（g<0）g=0;

if（b<0）b=0;

rgb_buffer[out++]=r;

rgb_buffer[out++]=g;

rgb_buffer[out++]=b;

}

return0;

}

voidWidget:

:

on_pushButton_start_clicked（）

{

switch（state）

{

case0:

{

ui->pushButton_start->setText（"stopsave"）;

state=1;

break;

}

case1:

{

ui->pushButton_start->setText（"saveagain"）;

state=2;

break;

}

case2:

{

ui->pushButton_start->setText（"startsave"）;

framecnt=0;

state=0;

break;

}

default:

break;

}

（6）main.cpp

#include

#include"widget.h"

intmain（intargc,char*argv[]）

{

QApplicationa（argc,argv）;

Widgetw;

w.show（）;

returna.exec（）;

}

三．运行效果

点击保存按钮后存放视频的文件，当关闭时自动生成下一个save01.yuv文件已接受下次视频数据，以此类推。