嵌入式监控【v4l2采集-＞vpu编码-＞live555推流】
嵌入式监控【v4l2采集->vpu编码->live555推流】
文章目录
- 嵌入式监控【v4l2采集->vpu编码->live555推流】
- 介绍
- 数据流图
- 一、v4l2
- 1.1 确定cam的输出格式
- 1.2 YUYV 转 YUV420
- 1.3 播放采集到的yuv420数据
- 二、vpu硬编码
- 2.1 使用mxc_vpu_test.out 硬件编码h264
- 三、使用live555MediaServer推流
- 总结
在上一博客中介绍了视频监控的采用库和相关架构，这篇博客作为优化和补充，主要优化的地方为由v4l2代替opencv的采集，由vpu编码代替x264
介绍
应为x264在arm a9开发版中占用大量cpu资源，导致视频卡顿，所以决定采用使用v4l2来采集uvc数据，使用vpu编码。
开发版为imx6q，版载有vpu/ipu,可以代替x264的软算法，释放cpu资源。
数据流图
v4l2 -> yuyv -> yuv420 -> vpu -> h264
数据流验证过程：
- v4l2采集yuyv数据，写入到文件，使用pyuv播放验证
- 转码yuyv到yuv420后，写入到文件，使用pyuv播放验证
- 将yuv420文件使用vpu编码为h264后，使用live555推流，vlc远程播放验证
一、v4l2
此处为了精简采集uvc（usb video cam）的采集过程，直接使用v4l2采集，而没有使用opencv，opencv采集的数据Mat(RGB)需要在二次转化。
1.1 确定cam的输出格式
摄象头有两种，一种是模组形式，他的输出格式多为MJPG，另一种是uvc形式，他的输出格式为yuyv(422).
如何判断摄象头类型？一般使用usb接口的摄象头为uvc，而内嵌到板子上的多为MJPG，可以使用命令工具v4l2-ctl来判断.
下面是我的usb 罗技摄象头：
root@zjy-T440:~/workStation/crossGcc/vpu/mxc_vpu_test# v4l2-ctl -d /dev/video0 --all
Driver Info (not using libv4l2):
Driver name : uvcvideo
Card type : Integrated Camera: Integrated C
Bus info : usb-0000:00:14.0-8
Driver version: 5.3.18
Capabilities : 0x84A00001
Video Capture
Metadata Capture
Streaming
Extended Pix Format
Device Capabilities
Device Caps : 0x04200001
Video Capture
Streaming
Extended Pix Format
Priority: 2
Video input : 0 (Camera 1: ok)
Format Video Capture:
Width/Height : 640/480
Pixel Format : 'YUYV'
Field : None
Bytes per Line : 1280
Size Image : 614400
Colorspace : sRGB
Transfer Function : Default (maps to sRGB)
YCbCr/HSV Encoding: Default (maps to ITU-R 601)
Quantization : Default (maps to Limited Range)
Flags :
Crop Capability Video Capture:
Bounds : Left 0, Top 0, Width 640, Height 480
Default : Left 0, Top 0, Width 640, Height 480
Pixel Aspect: 1/1
Selection: crop_default, Left 0, Top 0, Width 640, Height 480
Selection: crop_bounds, Left 0, Top 0, Width 640, Height 480
Streaming Parameters Video Capture:
Capabilities : timeperframe
Frames per second: 30.000 (30/1)
Read buffers : 0
brightness 0x00980900 (int) : min=0 max=255 step=1 default=128 value=128
contrast 0x00980901 (int) : min=0 max=255 step=1 default=32 value=32
saturation 0x00980902 (int) : min=0 max=100 step=1 default=64 value=64
hue 0x00980903 (int) : min=-180 max=180 step=1 default=0 value=0
white_balance_temperature_auto 0x0098090c (bool) : default=1 value=1
gamma 0x00980910 (int) : min=90 max=150 step=1 default=120 value=120
power_line_frequency 0x00980918 (menu) : min=0 max=2 default=1 value=1
white_balance_temperature 0x0098091a (int) : min=2800 max=6500 step=1 default=4000 value=4000 flags=inactive
sharpness 0x0098091b (int) : min=0 max=7 step=1 default=2 value=2
backlight_compensation 0x0098091c (int) : min=0 max=2 step=1 default=1 value=1
exposure_auto 0x009a0901 (menu) : min=0 max=3 default=3 value=3
exposure_absolute 0x009a0902 (int) : min=4 max=1250 step=1 default=166 value=166 flags=inactive
exposure_auto_priority 0x009a0903 (bool) : default=0 value=1
下面为开发版摄象头：
root@imx6qsabresd:/home# v4l2-ctl -d /dev/video2 --all
Driver Info (not using libv4l2):
Driver name : uvcvideo
Card type : USB Camera
Bus info : usb-ci_hdrc.1-1.2
Driver version: 4.1.15
Capabilities : 0x84200001
Video Capture
Streaming
Extended Pix Format
Device Capabilities
Device Caps : 0x04200001
Video Capture
Streaming
Extended Pix Format
Priority: 2
Video input : 0 (Camera 1: ok)
Format Video Capture:
Width/Height : 1280/720
Pixel Format : 'MJPG'
Field : None
Bytes per Line: 0
Size Image : 1843200
Colorspace : SRGB
Flags :
Crop Capability Video Capture:
Bounds : Left 0, Top 0, Width 1280, Height 720
Default : Left 0, Top 0, Width 1280, Height 720
Pixel Aspect: 1/1
Selection: crop_default, Left 0, Top 0, Width 1280, Height 720
Selection: crop_bounds, Left 0, Top 0, Width 1280, Height 720
Streaming Parameters Video Capture:
Capabilities : timeperframe
Frames per second: 30.000 (30/1)
Read buffers : 0
brightness (int) : min=-64 max=64 step=1 default=0 value=0
contrast (int) : min=0 max=100 step=1 default=50 value=50
saturation (int) : min=0 max=100 step=1 default=50 value=50
hue (int) : min=-180 max=180 step=1 default=0 value=0
white_balance_temperature_auto (bool) : default=1 value=1
gamma (int) : min=100 max=500 step=1 default=300 value=300
power_line_frequency (menu) : min=0 max=2 default=1 value=1
white_balance_temperature (int) : min=2800 max=6500 step=10 default=4600 value=4600 flags=inactive
sharpness (int) : min=0 max=100 step=1 default=50 value=50
backlight_compensation (int) : min=0 max=2 step=1 default=0 value=0
exposure_auto (menu) : min=0 max=3 default=3 value=3
exposure_absolute (int) : min=50 max=10000 step=1 default=166 value=166 flags=inactive
exposure_auto_priority (bool) : default=0 value=1
pan_absolute (int) : min=-57600 max=57600 step=3600 default=0 value=0
tilt_absolute (int) : min=-43200 max=43200 step=3600 default=0 value=0
zoom_absolute (int) : min=0 max=3 step=1 default=0 value=0
brightness (int) : min=-64 max=64 step=1 default=0 value=0
contrast (int) : min=0 max=100 step=1 default=50 value=50
saturation (int) : min=0 max=100 step=1 default=50 value=50
hue (int) : min=-180 max=180 step=1 default=0 value=0
white_balance_temperature_auto (bool) : default=1 value=1
gamma (int) : min=100 max=500 step=1 default=300 value=300
power_line_frequency (menu) : min=0 max=2 default=1 value=1
white_balance_temperature (int) : min=2800 max=6500 step=10 default=4600 value=4600 flags=inactive
sharpness (int) : min=0 max=100 step=1 default=50 value=50
backlight_compensation (int) : min=0 max=2 step=1 default=0 value=0
MJPG格式的cam，输出的jpeg图像，可以直接用来显示，直接一帧接着一帧就可以构成视频，但是如果想转化为h264 就需要先解码为yuv，再编码h264，所以此处采用uvc摄象头开发，uvc采集到的数据为yuyv。
1.2 YUYV 转 YUV420
为了使用vpu硬编码，需要转化为vpu的输入格式yuv420。
自行研究YUV格式，转换直接上代码：
88 int YUV422To420(unsigned char yuv422[], unsigned char yuv420[], int width, int height)
89 {
90
91 int ynum=width*height;
92 int i,j,k=0;
93 //得到Y分量
94 for(i=0;i(2*width))break;
102 yuv420[ynum+k*2*width/4+j]=yuv422[i*2*width+4*j+1];
103 }
104 k++;
105 }
106 k=0;
107 //得到V分量
108 for(i=0;i(2*width))break;
112 yuv420[ynum+ynum/4+k*2*width/4+j]=yuv422[i*2*width+4*j+3];
113
114 }
115 k++;
116 }
117
118 return 1;
119 }
需要注意：YUYV和YUV420的帧大小计算
YUYV：h*w*2
YUV420: h*w*3/2
size(YUV420) = size(YUYV)*3/4
如果帧大小差异被忽略，导致花屏。
1.3 播放采集到的yuv420数据
研究YUV编码，一定用到一个播放YUV的播放软件pYUV，在linux可以安装使用。
size: 采集摄象头的帧大小
Color space: 色域空间，yuv
subsampling:由uvc直接采集到的是422，可自行转换420
interleaved：隔行扫描，经过转换420后的yuv不需要钩选
此处有个概念容易混淆，扫描方式和存储方式，此处的interleaved为存储方式，和v4l2中的fmt.pix.field = V4L2_FIELD_NONE不是同一个概念，v4l2中设置的是扫描方式。
二、vpu硬编码
nxp官方文档有提供imx6 vpu相关的文档：VPU_API_RM_L3.0.35_1.1.0.pdf
3.3.1.2
Encoder Operation Flow
To encode a bitstream, the application completes the following steps:
- 调用 vpu_Init() 来初始化 VPU。
- 使用 vpu_EncOpen() 打开编码器实例。
- 在开始图片编码器操作之前
，使用 vpu_EncGetInitialInfo()获取编码器操作的关键参数，例如所需的帧缓冲区大小。 - 通过使用返回的帧缓冲区要求，分配帧缓冲区的大小并
使用 vpu_EncRegisterFrameBuffer()将此信息传送到 VPU 。 - 使用 vpu_EncGiveCommand() 生成高级头语法。
- 使用 vpu_EncStartOneFrame() 逐个启动图片编码器操作。
- 等待图像编码器操作中断事件完成。
- 一帧编码完成后，使用vpu_EncGetOutputInfo()检查编码器操作的结果。
- 如果要编码的帧数更多，则转至步骤 4。否则，转至下一步。
- 通过使用 vpu_EncClose() 关闭实例来终止序列操作。
- 调用 vpu_UnInit() 释放系统资源。
编码器操作流程如下图所示。
4.4.2.2
来自相机捕获数据
的编码流应用程序应完成以下步骤以对来自相机捕获数据的流进行编码：
- 调用 vpu_Init() 来初始化 VPU。如果本应用支持多实例，则该函数只需要
调用一次。 - 使用 vpu_EncOpen() 打开编码器实例。
在打开实例之前，调用 IOGetPhyMem() 为物理连续比特流缓冲区输入 encop.bitstreamBuffer 。调用IOGetVirtMem()获取
比特流缓冲区对应的虚拟地址，然后将比特流填充到用户空间中的这个地址。如果启用旋转且
旋转角度为 90° 或 270°，则必须交换图片的宽度和高度。 - 如果启用了旋转，则给出命令 ENABLE_ROTATION 和 SET_ROTATION_ANGLE。如果启用了镜像，则
发出 ENABLE_MIRRORING 和 SET_MIRROR_DIRECTION 命令。 - 使用
vpu_EncGetInitialInfo()获取编码器操作的关键参数，例如所需的帧缓冲区大小等。 - 使用从 vpu_DecGetInitialInfo() 返回的帧缓冲区要求，分配适当大小的帧
缓冲区并使用 vpu_EncRegisterFrameBuffer() 通知 VPU。
PATH_V4L2 中用于编码相机捕获数据的源帧请求的帧缓冲区如下：
• 通过调用 IOGetPhyMem() 分配 minFrameBufferCount 帧缓冲区，并使用 vpu_EncRegisterFrameBuffer() 将它们注册到 VPU 以进行
编码器。
• 源帧缓冲区需要另一个帧缓冲区。调用 v4l_capture_setup() 为
相机打开 v4l 设备并请求 v4l 缓冲区。在此示例中，分配了三个 v4l 缓冲区。调用 v4l_start_capturing() 到
开始相机拍摄。通过
在每个图片编码器中调用 v4l_get_capture_data() 作为编码器源帧传递出列的 v4l 缓冲区地址，则无需进行内存传输以提高性能。 - 使用 vpu_EncGiveCommand() 生成高级头语法。
- 使用 vpu_EncStartOneFrame() 逐个启动图片编码器操作。
在每个图片编码器启动之前，通过调用 v4l_get_capture_data() 作为编码器源帧来传递出列的 v4l 缓冲区地址。 - 等待完成图片解码器操作中断事件调用vpu_WaitforInt()。使用 vpu_IsBusy()
检查 VPU 是否繁忙。如果VPU不忙，则进入下一步；否则，再次等待。 - 一帧编码完成后，使用vpu_EncGetOutputInfo()检查编码器操作的结果。
接收到输出信息后，调用 v4l_put_capture_data() 到 VIDIOC_QBUF v4l 缓冲区，以备下次捕获
使用。 - 如果要编码的帧数较多，则转至步骤 7；否则，转到下一步。
- 通过使用 vpu_DecClose() 关闭实例来终止序列操作。确保
在关闭实例之前为每个相应的 vpu_DecStartOneFrame() 调用调用 vpu_DecGetOutputInfo()，
尽管最后的输出信息可能没有用。 - 使用 IOFreePhyMem() 和 IOFreeVirtMem() 释放所有分配的内存和 v4l 资源。调用
v4l_stop_capturing() 停止捕获。 - 调用 vpu_UnInit() 释放系统资源。如果本应用支持多实例，则该
函数只需要调用一次。
文档对vpu编解码都将的很清楚，并且开发版附带的资料中有mxc_vpu_test.out 的源码和帮助文档。
2.1 使用mxc_vpu_test.out 硬件编码h264
开发版内自带vpu测试工具及源码：mxc_vpu_test.out，先使用该工具转码yuv420为h264，验证数据正确性。
root@imx6qsabresd:/# cd /unit_tests/
root@imx6qsabresd:/unit_tests# ./mxc_vpu_test.out -E "-i out.yuv -w 624 -h 416 -f 2 -o file.264 -t 0"
root@imx6qsabresd:/home# ./mxc_vpu_test.out
[INFO]
Usage: ./mxc_vpu_test.out -D "" -E "" -L "" -C -T "" -H display this help
decode options
-i Read input from file
If no input file is specified, default is network
-o ./mxc_vpu_test.out -E “-i out.yuv -w 624 -h 416 -f 2 -o file.264 -t 0”
-E 编码操作
-i 输入的yuv文件
-w -h 视频分辨率
-f 转码为h264
-o 输出文件名
-t 是否隔行存储
转码后生成file.h264，此时可以直接使用live555推流播放了。
三、使用live555MediaServer推流
此处参考上篇博文，使用移植后的live555MediaServer直接推流测试。
root@imx6qsabresd:/home# ./live555MediaServer
LIVE555 Media Server
version 0.99 (LIVE555 Streaming Media library version 2020.01.28).
Play streams from this server using the URL
rtsp://192.168.2.11/
where is a file present in the current directory.
Each file's type is inferred from its name suffix:
".264" => a H.264 Video Elementary Stream file
".265" => a H.265 Video Elementary Stream file
".aac" => an AAC Audio (ADTS format) file
".ac3" => an AC-3 Audio file
".amr" => an AMR Audio file
".dv" => a DV Video file
".m4e" => a MPEG-4 Video Elementary Stream file
".mkv" => a Matroska audio+video+(optional)subtitles file
".mp3" => a MPEG-1 or 2 Audio file
".mpg" => a MPEG-1 or 2 Program Stream (audio+video) file
".ogg" or ".ogv" or ".opus" => an Ogg audio and/or video file
".ts" => a MPEG Transport Stream file
(a ".tsx" index file - if present - provides server 'trick play' support)
".vob" => a VOB (MPEG-2 video with AC-3 audio) file
".wav" => a WAV Audio file
".webm" => a WebM audio(Vorbis)+video(VP8) file
See http://www.live555.com/mediaServer/ for additional documentation.
(We use port 80 for optional RTSP-over-HTTP tunneling, or for HTTP live streaming (for indexed Transport Stream files only).)
推流后可以直接使用vlc等rtsp播放软件，播放rtsp://192.168.2.11/file.264 文件。
总结
最后以上数据链路打通后，开始着手整合代码。
源码整理中，敬请期待。
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本文链接：嵌入式监控【v4l2采集->vpu编码->live555推流】_黑色幽默的专栏-CSDN博客_v4l2推流