USB摄像头视频采集与QT界面显示分析.docx
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USB摄像头视频采集与QT界面显示分析
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。
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