Qt/C++摄像头采集/二维码解析/同时采集多路/图片传输/分辨率帧率可调/自动重连

一、前言

本地摄像头的采集可以有多种方式，一般本地摄像头会通过USB的方式连接，在嵌入式上可能大部分是CMOS之类的软带的接口，这些都统称本地摄像头，和网络摄像头最大区别就是一个是通过网络来通信，一个是直接本地通信。本地摄像机的采集可以用qcamera来做，但是qcamera类在很多平台没有实现，比如嵌入式linux系统上几乎是没有用的，所以更加推荐用兼容性跨平台最好的ffmpeg来做，在linux上当然也可以通过v4l2来实现，这个其实是整个linux系统中通用的USB摄像头采集的框架，无论是ffmpeg还是qcamera，在linux系统上底层其他都是用v4l2来实现的，所以如果在嵌入式板子受限于内存或者存储空间大小，用不了ffmpeg一堆库，这个时候就可以用最底层的v4l2来采集。

很多人的应用场景要求不止采集1路本地摄像头，可能有多路都需要同时采集，其实这个和程序没有太大关系，能够采集一路肯定就能多路，毕竟就是封装的一个类，直接new出来就行，要能采集多路最大的性能瓶颈在USB带宽，数据带宽，还有就是USB口子的供电足不足，供电不足，也只能采集1-2路，比如有些人用的是USB集线器，上面一排USB口子，由于供电不足，就算你插4个USB摄像头，也只能最多采集2路，带宽又限制了分辨率和帧率，比如一个普通PC机器可以同时采集4路640x480分辨率，但是由于带宽不足，无法同时采集4路1080P，尽管4个摄像头都支持1080p分辨率，所以这是个综合因素的叠加影响，遇到问题慢慢查。

这个摄像头综合应用，陆陆续续完善了很多年，最开始是v4l2版本，只能用在嵌入式linux上，而后从Qt5开始集成了qcamera类，所以有用qcamera来做了一个版本，现在Qt6在多媒体框架有了巨大的性能提升，又用Qt6的qcamera做了个版本，为什么不通用了？因为Qt6的多媒体框架做了巨大更新调整，完全不兼容之前的类。在做视频组件的实现用ffmpeg采集本地摄像头也实现了，而且做的比较完善，所以后面单独提炼出来做了ffmpeg的版本，最后测试下来发现ffmpeg是最通用的，在哪里都能正常采集。

做二维码采集这个功能，用的是zxing类，最初的做法是将采集的图片发给zxing解析，实际过程发现大图片解析很慢，比如1080P图片大概1s只能解析3张，这个速度看起来就慢了点，如果是2K的分辨率呢。后面经过一些真实场景应用，包括菜鸟驿站里面带的扫描识别，发现都有个放大区域，用户可以设置一个关心的矩形区域，要放在这个矩形区域内，能够最大最快的识别，这是个不错的策略，在ffmpeg中通过设置crop裁剪区域就可以直接将对应内容放大显示，然后采集的实时画面可以是原视频，发送给zxing解析的就是裁剪后的画面，这样速度大大提升。之前大图就算二维码在里面，由于在整个图片中的占比区域太小，也可能解析失败，自动调整后裁剪区域，性能大幅度提升，完美解决。

二、效果图

三、体验地址

1. 国内站点：https://gitee.com/feiyangqingyun
2. 国际站点：https://github.com/feiyangqingyun
3. 个人作品：https://blog.csdn.net/feiyangqingyun/article/details/97565652
4. 体验地址：https://pan.baidu.com/s/1d7TH_GEYl5nOecuNlWJJ7g 提取码：01jf 文件名：bin_video_camera。

四、相关代码

#include "frmzxing.h"
#include "frmmain.h"
#include "ui_frmzxing.h"
#include "qthelper.h"
#include "camerahelper.h"
#include "widgethelper.h"
#include "zxingthread.h"

frmZxing::frmZxing(QWidget *parent) : QWidget(parent), ui(new Ui::frmZxing)
{
    ui->setupUi(this);
    this->initForm();
    this->initConfig();
}

frmZxing::~frmZxing()
{
    delete ui;
}

void frmZxing::initForm()
{
    ui->frame->setFixedWidth(AppData::RightWidth);

    //关联信号槽
    connect(ui->cameraWidget, SIGNAL(sig_receivePlayStart(int)), this, SLOT(receivePlayStart(int)));
    connect(ui->cameraWidget, SIGNAL(sig_receivePoint(int, QPoint)), this, SLOT(receivePoint(int, QPoint)));

    //实例化解析类并启动线程
    zxing = new ZXingThread(this);
    connect(zxing, SIGNAL(receiveResult(QString, QString, int)), this, SLOT(receiveResult(QString, QString, int)));
    zxing->start();

    //启动定时器截图
    timer = new QTimer(this);
    connect(timer, SIGNAL(timeout()), this, SLOT(on_btnSnap_clicked()));
    if (AppConfig::Zxing_Interval > 0) {
        timer->start(AppConfig::Zxing_Interval);
    }
}

void frmZxing::initConfig()
{
    CameraHelper::loadCameraCore(ui->cboxCameraCore, AppConfig::Zxing_CameraCore);
    connect(ui->cboxCameraCore, SIGNAL(currentIndexChanged(int)), this, SLOT(saveConfig()));

    this->cameraDeviceChanged();
    connect(ui->cboxCameraName->lineEdit(), SIGNAL(textChanged(QString)), this, SLOT(saveConfig()));

    CameraHelper::loadVideoSize(ui->cboxVideoSize);
    ui->cboxVideoSize->lineEdit()->setText(AppConfig::Zxing_VideoSize);
    connect(ui->cboxVideoSize->lineEdit(), SIGNAL(textChanged(QString)), this, SLOT(saveConfig()));

    CameraHelper::loadFrameRate(ui->cboxFrameRate);
    ui->cboxFrameRate->lineEdit()->setText(QString::number(AppConfig::Zxing_FrameRate));
    connect(ui->cboxFrameRate->lineEdit(), SIGNAL(textChanged(QString)), this, SLOT(saveConfig()));

    ui->cboxVideoMode->setCurrentIndex(AppConfig::Zxing_VideoMode);
    connect(ui->cboxVideoMode, SIGNAL(currentIndexChanged(int)), this, SLOT(saveConfig()));

    zxing->setDecoder(AppConfig::Zxing_DecoderFormat);
    ui->cboxDecoderFormat->addItem("仅二维码");
    ui->cboxDecoderFormat->addItem("一维二维");
    ui->cboxDecoderFormat->addItem("所有格式");
    ui->cboxDecoderFormat->setCurrentIndex(AppConfig::Zxing_DecoderFormat);
    connect(ui->cboxDecoderFormat, SIGNAL(currentIndexChanged(int)), this, SLOT(saveConfig()));

    ui->cboxInterval->addItem("暂停");
    ui->cboxInterval->addItem("300");
    ui->cboxInterval->addItem("500");
    ui->cboxInterval->addItem("800");
    ui->cboxInterval->addItem("1000");
    int index = ui->cboxInterval->findText(QString::number(AppConfig::Zxing_Interval));
    ui->cboxInterval->setCurrentIndex(index < 0 ? 0 : index);
    connect(ui->cboxInterval, SIGNAL(currentIndexChanged(int)), this, SLOT(saveConfig()));

    ui->txtTopLeft->setText(AppConfig::Zxing_TopLeft);
    connect(ui->txtTopLeft, SIGNAL(textChanged(QString)), this, SLOT(saveConfig()));

    ui->txtBottomRight->setText(AppConfig::Zxing_BottomRight);
    connect(ui->txtBottomRight, SIGNAL(textChanged(QString)), this, SLOT(saveConfig()));
}

void frmZxing::saveConfig()
{
    //内核变了需要重新搜索设备
    int cameraCore = ui->cboxCameraCore->itemData(ui->cboxCameraCore->currentIndex()).toInt();
    if (AppConfig::Zxing_CameraCore != cameraCore) {
        AppConfig::Zxing_CameraCore = cameraCore;
        this->cameraDeviceChanged();
    }

    //不为空才需要改变
    QString cameraName = ui->cboxCameraName->currentText();
    if (!cameraName.isEmpty()) {
        AppConfig::Zxing_CameraName = cameraName;
    }

    AppConfig::Zxing_VideoSize = ui->cboxVideoSize->currentText();
    AppConfig::Zxing_FrameRate = ui->cboxFrameRate->currentText().toInt();
    AppConfig::Zxing_VideoMode = ui->cboxVideoMode->currentIndex();

    //变了立即重新设置
    int decoderFormat = ui->cboxDecoderFormat->currentIndex();
    if (AppConfig::Zxing_DecoderFormat != decoderFormat) {
        AppConfig::Zxing_DecoderFormat = decoderFormat;
        zxing->setDecoder(AppConfig::Zxing_DecoderFormat);
    }

    int interval = ui->cboxInterval->currentText().toInt();
    if (AppConfig::Zxing_Interval != interval) {
        AppConfig::Zxing_Interval = interval;
        if (interval > 0) {
            timer->start(interval);
        } else {
            timer->stop();
        }
    }

    AppConfig::Zxing_TopLeft = ui->txtTopLeft->text().trimmed();
    AppConfig::Zxing_BottomRight = ui->txtBottomRight->text().trimmed();
    AppConfig::writeConfig();
}

void frmZxing::initPara()
{
    //设置显示窗体参数
    WidgetPara widgetPara = ui->cameraWidget->getWidgetPara();
    widgetPara.borderWidth = 1;
    widgetPara.videoMode = (VideoMode)AppConfig::Zxing_VideoMode;
    ui->cameraWidget->setWidgetPara(widgetPara);

    //设置采集线程参数
    CameraPara cameraPara = ui->cameraWidget->getCameraPara();
    cameraPara.cameraCore = (CameraCore)AppConfig::Zxing_CameraCore;
    cameraPara.cameraName = AppConfig::Zxing_CameraName;
    cameraPara.videoSize = AppConfig::Zxing_VideoSize;
    cameraPara.frameRate = AppConfig::Zxing_FrameRate;
    ui->cameraWidget->setCameraPara(cameraPara);
}

void frmZxing::append(int type, const QString &data, bool clear)
{
    static int maxCount = 50;
    static int currentCount = 0;
    QtHelper::appendMsg(ui->txtMain, type, data, maxCount, currentCount, clear);
    ui->txtMain->moveCursor(QTextCursor::End);
}

void frmZxing::createImage(const QString &text)
{
    if (!text.isEmpty()) {
        QImage image = zxing->encodeData(text, QSize(250, 250));
        ui->labResult->setImage(image, true);
    }
}

void frmZxing::cameraDeviceChanged()
{
    frmMain::getCameraInfo((CameraCore)AppConfig::Zxing_CameraCore);
    CameraHelper::loadCameraName(ui->cboxCameraName, AppConfig::Zxing_CameraName);
}

void frmZxing::snapImage(const QImage &image, const QString &snapName)
{
    QImage img = image;
    if (snapName != "file") {
        //有左上右下坐标说明需要裁减
        int w = image.width();
        int h = image.height();
        if (!AppConfig::Zxing_TopLeft.isEmpty() && !AppConfig::Zxing_BottomRight.isEmpty()) {
            QRect rect = WidgetHelper::getRect(AppConfig::Zxing_TopLeft, AppConfig::Zxing_BottomRight);
            img = img.copy(rect);
            QString msg = QString("执行裁剪(原分辨率: %1 x %2  新分辨率: %3 x %4)").arg(w).arg(h).arg(img.width()).arg(img.height());
            append(4, msg);
            img.save("f:/1.jpg", "jpg");
        }

        //防止图片过大导致解析很慢
        static int maxWidth = 1280;
        static int maxHeight = 720;
        w = img.width();
        h = img.height();
        if (w > maxWidth || h > maxHeight) {
            img = img.scaled(QSize(maxWidth, maxHeight), Qt::KeepAspectRatio);
            QString msg = QString("执行缩放(原分辨率: %1 x %2  新分辨率: %3 x %4)").arg(w).arg(h).arg(maxWidth).arg(maxHeight);
            append(4, msg);
        }
    }

    //添加到线程中解析
    zxing->append("", img);
    //显示图片
    ui->labImage->setImage(img, true);
}

void frmZxing::receiveResult(const QString &flag, const QString &text, int time)
{
    append(2, QString("(用时: %1 毫秒) 结果: %2").arg(time).arg(text));
    ui->txtResult->setText(text);
    //重新生成新的二维码图片
    createImage(text);
}

void frmZxing::receivePlayStart(int time)
{
    //如果存在裁剪区域则设置图形
    if (!AppConfig::Zxing_TopLeft.isEmpty() && !AppConfig::Zxing_BottomRight.isEmpty()) {
        GraphInfo graph;
        graph.rect = WidgetHelper::getRect(AppConfig::Zxing_TopLeft, AppConfig::Zxing_BottomRight);
        graph.borderWidth = WidgetHelper::getBorderWidth(ui->cameraWidget);
        ui->cameraWidget->setGraph(graph);
    }
}

void frmZxing::receivePoint(int type, const QPoint &point)
{
    QString text = QString("%1, %2").arg(point.x()).arg(point.y());
    if (ui->rbtnTopLeft->isChecked()) {
        ui->txtTopLeft->setText(text);
    } else {
        ui->txtBottomRight->setText(text);
    }
}

void frmZxing::on_btnPlay_clicked()
{
    this->initPara();
    if (!ui->cameraWidget->init()) {
        return;
    }

    //关联采集线程信号槽
    CameraThread *cameraThread = ui->cameraWidget->getCameraThread();
    connect(cameraThread, SIGNAL(cameraDeviceChanged()), this, SLOT(cameraDeviceChanged()));
    connect(cameraThread, SIGNAL(snapImage(QImage, QString)), this, SLOT(snapImage(QImage, QString)));

    ui->cameraWidget->play();
    ui->widget->setEnabled(false);
}

void frmZxing::on_btnStop_clicked()
{
    ui->cameraWidget->stop();
    ui->widget->setEnabled(true);
}

void frmZxing::on_btnPause_clicked()
{
    ui->cameraWidget->pause();
}

void frmZxing::on_btnNext_clicked()
{
    ui->cameraWidget->next();
}

void frmZxing::on_btnSnap_clicked()
{
    CameraThread *thread = ui->cameraWidget->getCameraThread();
    if (thread && thread->getIsOk()) {
        append(4, "执行截图并解析二维码");
        ui->cameraWidget->snap();
    }
}

void frmZxing::on_btnFile_clicked()
{
    QString fileName = QFileDialog::getOpenFileName(this, "打开", "", "*.jpg *.png");
    if (!fileName.isEmpty()) {
        QImage image(fileName);
        snapImage(image, "file");
    }
}

void frmZxing::on_btnCreate_clicked()
{
    createImage(ui->txtResult->text());
}

五、功能特点

1. 同时支持 qcamera、ffmpeg、v4l2 三种内核解析本地摄像头。
2. 提供函数 findCamera 自动搜索环境中的所有本地摄像头设备，搜索结果信号发出。
3. 支持自动搜索和指定设备两种模式，自动搜索模式下会将搜索到的第一个设备作为当前设备打开。
4. 支持同时打开多路设备，亲测4路，受限于具体的环境比如带宽。
5. 支持自动重连，默认开启，失败后会自动重新搜索和尝试打开。
6. ffmpeg方案、v4l2方案都支持回调模式（采集后转成QImage绘制）和句柄模式（采集后YUV数据GPU绘制，性能高）。
7. 视频显示位置自动调整算法，当视频分辨率超过显示控件大小则等比例缩放居中显示，不超过则原尺寸居中显示，还可设置拉伸填充显示。（自动调整、等比例缩放、拉伸填充）。
8. 可选不同的分辨率来打开摄像头，支持 160x120、320x240、640x480、800x600、1280x720、1280x960、1920x1080 等。
9. 可选不同的帧率来打开摄像头，支持 0（采用默认值）、5、、10、15、20、25、30 等。
10. 支持抓拍截图，传入文件名则自动保存截图文件，不传入则将图片数据QImage信号发出。
11. 提供函数接口 开始播放play、停止播放stop、暂停播放pause、继续播放next。
12. 支持动态热插拔加载，包括自动读取所有设备名称到下拉框。
13. 支持录像文件存储，提供开始录像recordStart、暂停录像recordPause、停止录像recordStop 等函数。
14. 提供二维码示例，自动采集画面识别二维码，支持自动将识别到的二维码重新生成大图。
15. 二维码识别支持设置热点区域，对该区域内的图片进行裁切并识别，在大分辨率图像采集的时候非常有用，提升速度和效率。
16. 支持选择图片文件解析二维码，手动输入文本内容生成二维码。
17. 提供图片传输示例，自动将打开的摄像头视频实时传输出去，服务器端接收后解析显示。此方案可以作为将本地的摄像头实时画面远程传输，比如嵌入式板子上的摄像头画面传输到PC端显示。
18. 支持等比例拉伸填充显示，画面宽高小于显示控件的宽高则以原视频大小为准，大于则按照显示控件的尺寸等比例缩放居中。
19. 视频控件悬浮条自带开始和停止录像切换、声音静音切换、抓拍截图、关闭视频等功能。
20. 音频组件支持声音波形值数据解析，可以根据该值绘制波形曲线和柱状声音条，默认提供了声音振幅信号。
21. 代码框架和结构优化到极致，性能彪悍，持续迭代更新升级。
22. 源码支持Qt4、Qt5、Qt6，兼容所有版本。