視訊采集、視訊壓縮

1．引言

      視訊的采集和壓縮是進行視訊傳輸、監控等視訊應用開發時必須采取的步驟。 

      關于視訊采集，本文探讨了一種基于Windows平台的簡單而實用的方法，利用微軟提供的VFW（Video For Windows）軟體包來實作，隻需要有一般的USB攝像頭，就可以友善地對視訊進行采集和儲存。 

    視訊壓縮方面，本文探讨了如何利用現階段壓縮率最大、傳輸可靠性最高的一種編碼标準—H.264标準的開源編碼器（T264）來實作對采集到的視訊檔案進行壓縮的方法，利用VFW 所采集到的視訊格式是沒有進行任何壓縮的AVI 格式，首先對AVI 格式進行轉換，再利用T264源碼對轉換後的視訊流檔案進行壓縮編碼，這樣就極大地壓縮了視訊檔案，友善視訊的傳輸。

2．視訊資訊的采集

    由于利用VFW軟體包能夠友善地實作視訊、音頻資料流到AVI檔案的存儲，在Visual C++中将VFW軟體包的函數封裝成為AVICAP視窗類函數，利用AVICAP視窗類函數，程式員能夠通過發送消息或設定屬性來捕獲、播放和編輯視訊剪輯，能靈活地實作從模拟視訊源采集數字視訊信号，并将捕捉的視訊流存儲到磁盤或者直接對視訊緩存進行處理。

    本文所述的方法是在Viusal C++ 6.0 軟體平台上實作的，而軟體實作的具體步驟如下： 

    1）在采集視訊前必須先建立一個視訊采集的視窗，以及添加一些具體的操作按鈕，視窗利用函數capCreateCaptureWindow 來建立，如果視窗建立成功，傳回視窗的句柄(程式中hwndV)，如果建立不成功，則傳回NULL 值。具體的建立程式及注釋如下： 

       hwndV=capCreateCaptureWindow( 

      (LPSTR) "My Capture Window",   //捕捉視窗名稱

                WS_CHILD | WS_VISIBLE,       //視窗風格樣式 

                        150, 150, 300, 280,          //視窗位置和大小 

                        (HWND) hwndMain,             //父視窗句柄 

                (int) 1);                    //視窗辨別 

       2）采集開始前，要将采集視窗與視訊裝置相關聯，VFW接口采用capDriverConnect （hWndCap，,nIndex）這個函數，式中：hWndCap所建立的視訊捕捉視窗的句柄；nIndex為查詢得到的視訊卡驅動程式的索引号。接下來，擷取視訊采集裝置的能力及狀态資訊，VFW中采用函數capDriverGetCaps(hwnd,psCaps,wsize)來得到采集裝置的能力，而采用capGetStatus （hwnd,s,size）函數來得到采集裝置的狀态資訊。

       3）啟動顯示模式并設定其模式參數，AVICAP  視窗類采用兩個函數來實作，具體程式和注釋如下：  

       capPreviewRate( hwndVideo, 66); //設定預覽播放速率 

        capreview( hwndVideo, TRUE);   //啟動預覽模式 

      4）采集視訊流并儲存，并終止視訊采集并斷開與采集裝置的連接配接，在程式的開頭定義一個結構體OPENFN，用于初始化一個對話框，而這個對話框是用來儲存視訊的對話框。 

  具體程式如下： 

 if (!isRecordFileOpen) 

{ 

      OPENFN ofname;     //打開檔案結構體 

       ZeroMemory(&ofname, sizeof(OPENFN)); //初始化結構體 

      ofname.lStructSize = sizeof(OPENFN);    //結構體的大小 

      ofname.hwndOwner = hwndMain;            //主視窗句柄 

     ofname.lpstrFile = recordFile;         //儲存的檔案指針 

     ofname.nMaxFile = sizeof(recordFile);   //儲存檔案的大小 

      ofname.lpstrFilter = "Video\0*.avi";   //儲存檔案的字尾 

      ofname.nFilterIndex = 1;               //檔案索引号 

      ofname.lpstrFileTitle = NULL;          //檔案名指針 

      ofname.nMaxFileTitle = 0; 

    ofname.lpstrInitialDir = NULL; 

    ofname.Flags=OFN_PATHMUSTEXIST|OFN_FILEMUSTEXIST; 

     if(GetSaveFileName(&ofn) == TRUE)    //顯示儲存檔案的對話框 

     { 

       strcpy(recordFile, ofn.lpstrFile); 

       strcat(recordFile, ".avi"); 

       isRecordFileOpen = true; 

     } 

 } 

        設定好儲存檔案以後，需用函數CreateThread來建立一個錄像的線程在其中采集視訊流，并利用函數capDriverDisconnect 來終止視訊采集并斷開與采集裝置的連接配接，錄像線程的具體代碼如下：

       DWORD id;                          //建立一個錄像線程 

          SECURITY_ATTRIBUTES ma; 

       ma.nLength = sizeof(SECURITY_ATTRIBUTES); 

       ma.lpSecurityDescriptor = NULL; 

       ma.bInheritHandle = TRUE; 

       hVideoThread = (&ma, (ULONG)0, 

       videoThreadProc, (LPVOID)(ULONG)0, (ULONG)0, &id);

3．視訊格式的轉換

     本文所采用的是基于H.264編碼标準的視訊壓縮方法，所利用的源碼是由中國視訊編碼自由組織聯合開發的t264編解碼器，在使用本源碼前，編碼器要求進行壓縮的檔案格式應為YUV 格式視訊檔案，而VFW采集到的視訊檔案是最原始的AVI 格式，因而要進行格式的轉換 。 

       從AVI格式到YUV 格式的轉換，并沒有直接的公式，而AVI視訊檔案流的每一幀對應一個BMP(RGB)檔案，則可以利用公式轉換成YUV 檔案，轉換的公式如下：

     Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B 

     Cb = 0.564(B - Y ) 

     Cr = 0.713(R -Y ) 

      其中，Cb 對應U，Cr 對應V，分别表示構成彩色的兩個分量，而在程式中，則通過以下的程式來實作(按4:2:0 采樣格式)： 

      void RGB2YUV ( uint8 R, uint8 G, uint8 B, uint8 *y, uint8 *u, uint8 *v ) 

   { 

     *y = Clip ( ( ( 66 * int(R) + 129 * int(G) + 25 * int(B) + 128) >> 8) + 16 ); 

     *u = Clip ( ( ( -38 * int(R) - 74 * int(G) + 112 * int(B) + 128) >> 8) + 128 ); 

     *v = Clip ( ( ( 112 * int(R) - 94 * int(G) - 18 * int(B) + 128) >> 8) + 128 ); 

   }

4．利用編碼器進行壓縮編碼

     由中國視訊編碼自由組織聯合開發的編碼器在基于VisualC++平台上建立了一個console程式，而前述的視訊采集程式因為有視窗、按鈕等視圖視窗，故是一個windows程式，在Visual C++平台中，要将console 程式和windows 程式很好地結合在一起使用，是個很複雜的過程，是以，可以在前面視訊采集程式裡面運用一個C++函數ShellExecute 來調用編碼器函數。 

    具體實作的步驟如下： 

    1）首先針對采集後經格式轉換生成的YUV檔案，得到它的幀數目，在配置檔案enconfig.txt修改編碼幀的數目，例如如果幀數目為100，将enconfig.txt 檔案中的第6、7、8 行： 

     300 # total frame number 

    300 # i intervals 

    300 # idr intervals 

     改為 :

    100 # total frame number 

    100 # i intervals 

    100 # idr intervals 

     幀數目修改以後，檔案生成的路徑也應該改為最終exe 檔案生成的路徑，在enconfig.txt的最後三行進行修改。 

    1）編譯編碼器，是采用的CONSOLE 程式，一般是在指令行中來執行exe 程式，而本文中的方法是利用入口函數main(int argc, char* argv[])的特征，其中，argc 表示參數的個數，而argv[]數組用于儲存參數的指針，在程式中就對參數進行指派，省去了進入指令行進行執行的繁瑣過程，進而生成一個可以直接拿來運用的exe 程式。具體指派語句如下： 

     argv[0]="T264.exe"; 

   argv[1]="-e"; 

   argv[2]="enconfig.txt"; 

   2）設定t264.exe 檔案路徑，上述的過程中已經生成一個可執行的t264.exe 檔案，如果将YUV檔案放在與之相同的目錄下，在調試運作這個程式的時候就可以生成264碼流檔案，達到編碼的目的。但本文是需要将采集、壓縮編碼在同一個程式中完成，因而把生成的t264.exe檔案複制到采集程式的調試目錄下面。 

3）上述的工作都做好以後，可以在采集程式裡面調用編碼器程式了，這時用一個函數來實作，具體代碼是：  

           ShellExecute(NULL,"open","t264.exe", 

       "T264.exe –e enconfig.txt",NULL,SW_SHOWNORMAL); 

      其中，SW_SHOWNORMAL 指的是一種程式運作風格，此時代表正常運作，在調用時可以看到程式運作的全部過程（DOS指令視窗顯示），如果需要程式透明執行，不可見，則可以用SW_HIDE 來代替它。 

      至此，整個視訊采集、格式轉換與編碼壓縮的過程就全部完成了，本文中所采集的AVI檔案大小為4.075M，經格式轉換後的YUV 檔案大小為5.458M，而最終生成的264 碼流大小隻有27k，壓縮率達到了150.9倍。

5．總結 

   本文所探讨的從視訊采集、格式轉換到壓縮編碼的整個過程，可以簡單友善地完成，可以直接應用在視訊監控或者視訊的網絡傳輸等的前期開發。佰銳科技已為視訊監控音視訊即時通訊提供了解決方案。

本文轉自 fanxiaojun 51CTO部落格，原文連結：http://blog.51cto.com/2343338/493899，如需轉載請自行聯系原作者