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视频监控程序设计那点事儿

这个项目前后历时两个礼拜，包括一周多的项目开发以及后期的收尾总结。

一、框架结构图以及项目分析。

图略。

开发板上的应用程序要做的工作如下：

1、采集摄像头视频数据到内存。

2、发送数据，即传输视频。

PC上的QT应用程序要做的工作如下：

1、接收视频数据

2、显示数据

二、项目分析。

开发板这边

1、如何调用USB摄像头驱动，来采集视频。

回答：访问设备文件，像操作文件一样。那么设备文件名又是什么？

2、视频格式是什么？如何知道这个视频格式？

3、Socket网络发送

PC这边

1、socket网络接收

2、显示视频

（1）、显示一幅图。（如何在Qt显示.jpg图）

（2）、不停地显示，更新视频

这个当然不是我总结的，曹工第一节课的时候给我们讲了这些东西。以我现在做完项目的角度看，这个项目分析是很到位的，简练清晰。但是，我记得我当时听的感觉不能说云里雾里，但是总觉不是那么清晰明朗自己也不是那么自信。我可能明白你说的每句话的意思，但是只是知道而已，不能深刻理解，不知道每个步骤该怎么去实现，头脑很空，没什么想法。视频监控啊，我平时QQ上也没跟人视频过，这会要输在起跑线上了，我好担心啊。视频那个设备到底是什么东西啊，黑黑的一个东西，谁知道是什么小怪兽啊。视频设备跑出的数据应该是数据流啥的，数据流又是什么东西啊，我跟它不熟啊，我只知道老家门前那条溪，溪里有水，水流啊流啊。。。流的好长好长。。。

啊。。好难啊，好神秘啊，都不会啊，快要死了，有木有！！！

三、开发过程

(1)、如何用Qt显示一个.jpg图片。

这是本项目的切入点，有了这个唐古拉山脉源头，长江之洪流猛兽必将一触即发，势不可挡。

其实我们都没接触过Qt，大伙也都没什么界面编程经验，都是从头学起。其实现在我做完项目了，你要是问我熟悉Qt吗，我会说，了解，但是应该还没入门。所以当你看到有关Qt的部分，你可一笑而过。当然，这并不影响我们做项目。现学现用，先搞出东西再说。老规矩，从helloworld学起。点击一个按钮，label会显示helloworld。下面这个句子涵盖了Qt的一个主要特征：信号和槽机制。

connect(ui->pushButton,SIGNAL(clicked()),this,SLOT(ShowHello() ) )

做完helloworld这个小程序，可以同样可以做这么个小程序：单击，出来一个小图片。这个代码百度来的。

QLabel*label=new QLabel ("", 0); //初始化qlabel

QPixmappm ("/yanjl/qt/qt_jpg/han.jpg"); //设定要显示的图片

ui->label->setPixmap(pm);//将图片加载到label上

ui->label->setGeometry(0, 0, 240, 320 ); //屏幕大小，初始位置

(2)、Qt显示两幅图片

按道理说，中间只要加个时间间隔，就能显示隔一段时间显示图片了。但是我们几个搞了好久一直都没搞出来，主要是因为对Qt太陌生了，但是这个好像对后来影响不大。不做没关系。

(3)、从arm传送一个.jpg图到PC上。

1、socket如何传送一个.jpg图。

收到任务后，我们几个都很苦恼，之前只用socket传送过字符，.jpg该怎么传啊。百度啊百度。当时搜到了一个代码，人家说能能实现传送一个图片的，不管三七二十一，先拿过来用用。本来我还蛮客气的，照着他的代码我一个个字符的敲到我的电脑上，后来看到纪柯和东东都在调试他们的程序时，我就有点急了。出最后的绝招：copy！哈哈，太过瘾了。你们逼我的！

最后既然还真能传送。东东看着网上图片那人，说了一句很搞笑的话，长这么丑的人既然能做的出来。

客户端读取图片文件并发送：

fread(buf,MAX_LEN,1,fq);

write(sockfd,buf,MAX_LEN);

服务端接收并存成文件：

read(client_fd,buf,MAX_LEN);

fwrite(buf,MAX_LEN,1,fp);

2、其实第二天我才去理解这些代码。原来不管什么格式，都当成普通二进制文件操作！我马上拿起来了谭浩强的C，把文件操作那章复习了一遍。以前学的都不知道怎么用。还写了一个文件复制的小程序。

（4）、从arm传送多个.jpg图到PC上。

我想啊，多个.jpg嘛，加个for()循环应该就可以。上面的MAX_LEN，当初都设为256字节，远小于图片大小。你想想会出现什么问题？客服端几个文件不停的发送，服务端不停的接收。在并没有同步的机制下，接收端不会保存你想要的几个文件。

那么该怎么办呢？这个问题折腾了我好长一段时间。我在发完每个文件的的最后一帧256字节，只发三个字符:new，服务端检测到这个new，接收文件结束。你觉得会检测到new么？事实验证是不会的。这个问题折腾了我好久。我还有用记发一个文件的次数，搞了一两天后终于崩溃了，就放弃了。设MAX_LEN为文件大小，一次性发送，问题暂时解决。

现在来看这个问题，其实我觉得这个小程序挺有意思，挺难的，应该很有技术含量。因为每次发送了一定字节，如256，接收那边每次接收的并不会是256（这个现象是我后来在Qt里QTcpSocket->bytesAvailable()这里发现的）。这样的话，呵呵，我现在也没搞定。

我在这里逗留了很长时间。其实东东、赵恒涛早就转向QTcpSocket,QTcpServer了。落后就要挨打，这个道理你懂的。

（5）、QTcpServer接收并显示一个图片。

我在没有任何预习的情况下，听了曹工对这部分的讲解。预习了，听课心里会踏实点。

那晚曹工向我们展示了他作为一个老程员，接收新知识的能力和处理问题的底气霸气！他没有接触过这部分知识，但是在一个小时内，百度一个程序，看基本流程，查QThelp手册，查QtcpServer类，点击FortuneServer Example，看基本流程，查QT类和函数，一步一步实现了接收并显示图片的程序。让吾等鼠辈大开眼界。QT的学习大底如此。

这里讲讲基本流程。曹工说，QTcpSocket、QtcpServer是在socket的基础上封装各种类，原理都一样，大差不差。QT的特征是信号和槽，实现多线程，比平时要容易很多。当然哥们几个都是有socket基础的，很骄傲很自豪啊！

1、侦听QTcpServer.listen(QHostAddress::Any,5023)

2、有连接请求时，QTcpServer产生newConnection()信号，调用nextPendingConnection()接受请求并返回QTcpSocket，就可以用这个类进行通信了。

3、每收到一个数据包，QTcpSocket会readyRead()信号，调用QtcpSocket.readAll()读取数据，读到QByteArraybytearray类型数组里;

4、存成一个图片QFile->write(bytearray)，或直接显示成一个图片Qpixmap.loadFromData(bytearray);

大概就是这样的。还有QT的调试技巧，qDebug()<< str，设置断点，单步调试等等。

（6）、USB摄像头拍摄一个图片

这里讲解几个基础知识和基于V4L2的USB摄像头的图像采集流程。内容较多，大都是copy的，自行略过啊，只是本人觉得比较重要啊。写到这，我觉得好累啊，快不行了。

1、首先要理解V4L2的作用。

Videofor linux, 简称V4L,内核视频处理模块，现在已经发展到V4L2，是linux内核里支持影像设备的一组APIs。

这里重点是理解V4L2的作用。设备有了驱动不就行了吗。V4L2为应用层提供ＡＰＩ函数。同时也为驱动程序的编写提供统一的接口。这样的话，就屏蔽了不同摄像头的差别，应用程序不需要修改。我想，就像QQ视频，大部分摄像头都能用就是这个道理。

2、应用程序操作摄像头设备即对/dev/video0设备文件。开发板上是/dev/video1。

3、lsusb查看usbhost是否插入。这里区别usbhost与usbdevice。

4、V4L2规范中不仅定义了通用API元素(CommonAPI Elements)，图像的格式(ImageFormats)，输入/输出方法(Input/Output)，还定义了Linux内核驱动处理视频信息的一系列接口(Interfaces)，这些接口主要有：

视频采集接口——VideoCapture Interface;

　　视频输出接口——VideoOutput Interface;

　　视频覆盖/预览接口——VideoOverlay Interface;

　　视频输出覆盖接口——VideoOutput Overlay Interface;

编解码接口——CodecInterface。

我们这里用的是视频采集接口，下面的type都是V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE

5、视频采集的帧缓冲区

　　前期初始化完成后，只是解决了一帧视频数据的格式和大小问题，而连续视频帧数据的采集需要用帧缓冲区队列的方式来解决，即要通过驱动程序在内存中申请几个帧缓冲区来存放视频数据。

　　应用程序通过API接口提供的方法(VIDIOC_REQBUFS)申请若干个视频数据的帧缓冲区，申请帧缓冲区数量一般不低于3个，每个帧缓冲区存放一帧视频数据，这些帧缓冲区在内核空间。

　　应用程序通过API接口提供的查询方法(VIDIOC_QUERYBUF)查询到帧缓冲区在内核空间的长度和偏移量地址。

　　应用程序再通过内存映射方法(mmap)，将申请到的内核空间帧缓冲区的地址映射到用户空间地址，这样就可以直接处理帧缓冲区的数据。

　　(1)将帧缓冲区在视频输入队列排队，并启动视频采集

　　在驱动程序处理视频的过程中，定义了两个队列：视频采集输入队列(incomingqueues)和视频采集输出队列(outgoingqueues)，前者是等待驱动存放视频数据的队列，后者是驱动程序已经放入了视频数据的队列。

　　应用程序需要将上述帧缓冲区在视频采集输入队列排队(VIDIOC_QBUF)，然后可启动视频采集。

　　(2)循环往复，采集连续的视频数据

　　启动视频采集后，驱动程序开始采集一帧数据，把采集的数据放入视频采集输入队列的第一个帧缓冲区，一帧数据采集完成，也就是第一个帧缓冲区存满一帧数据后，驱动程序将该帧缓冲区移至视频采集输出队列，等待应用程序从输出队列取出。驱动程序接下来采集下一帧数据，放入第二个帧缓冲区，同样帧缓冲区存满下一帧数据后，被放入视频采集输出队列。

　　应用程序从视频采集输出队列中取出含有视频数据的帧缓冲区，处理帧缓冲区中的视频数据，如存储或压缩。

最后，应用程序将处理完数据的帧缓冲区重新放入视频采集输入队列,这样可以循环采集。

6、用V4L2采集视频的程序流程和相关API

　　V4L2采集视频操作基本按照打开视频设备、设置视频格式、启动视频采集，循环处理视频数据、停止视频采集、关闭视频设备，具体操作通过ioctl等函数来实现。一般操作流程如下：

　　(1)打开视频设备文件。intfd=open("/dev/video0",O_RDWR);

　　(2)查询视频设备的能力，比如是否具有视频输入,或者音频输入输出等。ioctl(fd_v4l,VIDIOC_QUERYCAP, &cap)

　　(3)设置视频采集的参数

　　设置视频的制式，制式包括PAL/NTSC，使用ioctl(fd_v4l,VIDIOC_S_STD, &std_id)

　　设置视频图像的采集窗口的大小，使用ioctl(fd_v4l,VIDIOC_S_CROP, &crop)

　　设置视频帧格式，包括帧的点阵格式，宽度和高度等，使用ioctl(fd_v4l,VIDIOC_S_FMT, &fmt)

　　设置视频的帧率，使用ioctl(fd_v4l,VIDIOC_S_PARM, &parm)

　　设置视频的旋转方式，使用ioctl(fd_v4l,VIDIOC_S_CTRL, &ctrl)

　　(4)向驱动申请视频流数据的帧缓冲区

　　请求/申请若干个帧缓冲区，一般为不少于3个,使用ioctl(fd_v4l,VIDIOC_REQBUFS, &req)

　　查询帧缓冲区在内核空间中的长度和偏移量ioctl(fd_v4l,VIDIOC_QUERYBUF, &buf)

　　(5)应用程序通过内存映射，将帧缓冲区的地址映射到用户空间，这样就可以直接操作采集到的帧了，而不必去复制。

　　buffers[i].start= mmap (NULL, buffers[i].length, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED,fd_v4l, buffers[i].offset);

　　(6)将申请到的帧缓冲全部放入视频采集输出队列，以便存放采集的数据。ioctl(fd_v4l, VIDIOC_QBUF, &buf)

　　(7)开始视频流数据的采集。ioctl(fd_v4l, VIDIOC_STREAMON, &type)

　　(8)驱动将采集到的一帧视频数据存入输入队列第一个帧缓冲区，存完后将该帧缓冲区移至视频采集输出队列。

　　(9)应用程序从视频采集输出队列中取出已含有采集数据的帧缓冲区。ioctl(fd_v4l, VIDIOC_DQBUF, &buf) ，应用程序处理该帧缓冲区的原始视频数据。

　　(10)处理完后，应用程序的将该帧缓冲区重新排入输入队列,这样便可以循环采集数据。ioctl(fd_v4l, VIDIOC_QBUF, &buf)

　　重复上述步骤8到10，直到停止采集数据。

　　(11)停止视频的采集。ioctl(fd_v4l, VIDIOC_STREAMOFF, &type)

　　(12)释放申请的视频帧缓冲区unmap，关闭视频设备文件close(fd_v4l)。

以上的程序流程，包含了视频设备采集连续的视频数据的逻辑关系。而在实际运用中，往往还要加入对视频数据进行处理(如压缩编码)的工作，否则，视频流数据量相当大，需要很大的存储空间和传输带宽。

本人的程序也是网上当的，而且是清晰无错型，一运行就成功的。你应该也能找到的。这样的话就能拍摄一张.jpg图片了。以前一直以为那个摄像头会自动不停的拍一些数据流，你也是这么认为的，有木有？！

那么到这里，整个项目的思路其实都很清楚了。你会像一头牛一样低着头不顾一切的往前走，拦也拦不住的，直到成功。

（7）、拍一张.jpg图，加入socket部分，直接传输给QtcpServer。

write(sockfd,buffers[buf.index].start,buffers[buf.index].length)

（8）、视频流的形成

其实本人小心起见，并没有一下子就写好了所有代码。这里还做了两个小实验。

1、QT显示多张图片。其实就是client发送十张图片，每张间隔1秒，你在QT上面能看到你想要的效果。

2、V4L2拍摄多张图片。这个也简单的，for(intn=0,n++,n<10)

综合上面小实验，你是不是觉得离成功只有一步之遥了。哈哈，对了，就是你想的那样。

至此，项目就成功了。你能在PC的QT上面看到帅帅的自己，太棒了。

（9）、摄像头移植ＡＲＭ板上。

理论上讲，我们会觉得没有任何问题。移植嘛，改下设备号/dev/video1，编译的时候arm-linux-gcc，ping通arm和ＰＣ，chmod+x等等啊。

但是，注意啊，这里有个但是。

运行的时候，我在我的ＱＴ上面没有看到流畅的视频流，只要半个头，而且一闪一闪的，当时那个心理落差啊。还我帅锅！

这个问题本人搞了两天才搞定，当然现在也不是完全明白！刚开始我还怀疑是不是ＡＲＭ板上的网卡驱动有问题。你想啊，我在ＰＣ上抓拍并显示的好好的，怎么在ＡＲＭ上就不行了。

问题是什么呢，到底是什么问题呢，呵呵，别急啊。

关于32768（文件大小）这个问题

如果逻辑思维够强，你一定会去看ＱＴ的调试输出；如果你足够细心，你一定能看出里面的问题。

这里能看到以下信息：

1、CorruptJPEG data: premature end of data segment

回答：这个是说一个图片数据还未接收完，就被显示了。

2、Starting/yanjl/qt_build/arm/qt_v4l2_jpgs/hh/qtsocket...

listenis ok!

startread picture!

"datelen: 2920 , total_size 2920

"

"length:2920

"

startread picture!

"datelen: 29848 , total_size 32768

"

"length:32768

"

startread picture!

"datelen: 5840 , total_size 5840

"

"length:5840

"

startread picture!

"datelen: 1460 , total_size 7300

"

"length:7300

"

startread picture!

"datelen: 23360 , total_size 30660

"

"length:30660

"

startread picture!

"datelen: 2108 , total_size 32768

"

"length:32768

回答：

2920＋29848＝32768

5840＋1460＋23360＋2108＝32768

包的发送过程。发了32768，但是readall()并不马上接收32768，而是分段接收！对了，这就是问题的所在！我觉得这里跟步骤４很像啊，有木有！？

当然我只知道是这样的，但是不知道为什么。同一台ＰＣ上面，socket的发送与接收都是一次性的。我也不知道为什么。

解决这个问题：收到包数据为一帧数据完整时，才显示

if(total_size<=32768)

{

bytearray1= tcpClientConnection->readAll();

bytearray2.append(bytearray1);//bytearray添加到bytearray2后面

bytearray1.clear();

｝

if(total_size==32768)

｛显示图片｝

我一直想有没什么函数能一次读到数据的。

这里的分段有规律吗。我一直以为TPC最大包的大小是64k，我才发了32k而已。还有我后来搞的图片大了，640*480，是一百多k,客户端那边既然能一次发送完。是不是发送大小无限制。

最后我还测了图片的接收速度，每秒钟8、9帧左右。

（10）、总结

在这里我感谢曹工这段时间的指导和栽培，曹工更多的时候是教我们学习的方法，该怎么去思考。这段时间我过得很开心也很充实，认识了纪柯和东东，对未来也更有信心。

就到这吧。多多指教。

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