JavaCV的摄像头实战之一（基础）云计算

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这里分类和汇总了欣宸的全部原创(含配套源码)： https://github.com/zq2599/blog_demos

关于《JavaCV的摄像头实战》系列

《JavaCV的摄像头实战》顾名思义，是使用JavaCV框架对摄像头进行各种处理的实战集合，这是欣宸作为一名Java程序员，在计算机视觉（computer vision）领域的一个原创系列，通过连续的编码实战，与您一同学习掌握视频、音频、图片等资源的各种操作
另外要说明的是，整个系列使用的摄像头是USB摄像图或者笔记本的内置摄像头，并非基于网络访问的智能摄像头
本篇概览
作为整个系列的开篇，本文非常重要，从环境到代码的方方面面，都会为后续文章打好基础，简单来说本篇由以下内容构成：
环境和版本信息
基本套路分析
基本框架编码
部署媒体服务器
接下来就从环境和版本信息开始吧

环境和版本信息

现在就把实战涉及的软硬件环境交代清楚，您可以用来参考：

操作系统：win10
JDK：1.8.0_291
maven：3.8.1
IDEA：2021.2.2(Ultimate Edition)
JavaCV：1.5.6
媒体服务器：基于dockek部署的nginx-rtmp，镜像是：alfg/nginx-rtmp:v1.3.1

源码下载

《JavaCV的摄像头实战》的完整源码可在GitHub下载到，地址和链接信息如下表所示(https://github.com/zq2599/blo...)：

名称	链接	备注
项目主页	https://github.com/zq2599/blo...	该项目在GitHub上的主页
git仓库地址(https)	https://github.com/zq2599/blo...	该项目源码的仓库地址，https协议
git仓库地址(ssh)	git@github.com:zq2599/blog_demos.git	该项目源码的仓库地址，ssh协议

这个git项目中有多个文件夹，本篇的源码在javacv-tutorials文件夹下，如下图红框所示：

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javacv-tutorials里面有多个子工程，《JavaCV的摄像头实战》系列的代码在simple-grab-push工程下：

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基本套路分析

全系列有多个基于摄像头的实战，例如窗口预览、把视频保存为文件、把视频推送到媒体服务器等，其基本套路是大致相同的，用最简单的流程图表示如下：

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从上图可见，整个流程就是不停的从摄像头取帧，然后处理和输出

基本框架编码

看过了上面基本套路，聪明的您可能会有这样的想法：既然套路是固定的，那代码也可以按套路固定下来吧
没错，接下来就考虑如何把代码按照套路固定下来，我的思路是开发名为AbstractCameraApplication的抽象类，作为《JavaCV的摄像头实战》系列每个应用的父类，它负责搭建整个初始化、取帧、处理、输出的流程，它的子类则专注帧数据的具体处理和输出，整个体系的UML图如下所示：

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接下来就该开发抽象类AbstractCameraApplication.java了，编码前先设计，下图是AbstractCameraApplication的主要方法和执行流程，粗体全部是方法名，红色块代表留给子类实现的抽象方法：

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接下来是创建工程，我这里创建的是maven工程，pom.xml如下：

javacv-tutorials com.bolingcavalry 1.0-SNAPSHOT 4.0.0 com.bolingcavalry 1.0-SNAPSHOT simple-grab-pushjar1.5.6 org.projectlombok lombok ch.qos.logback logback-classic 1.2.3 org.apache.logging.log4j log4j-to-slf4j 2.13.3 org.bytedeco javacv-platform ${javacpp.version}

接下来就是AbstractCameraApplication.java的完整代码，这些代码的流程和方法命名都与上图保持一致，并且添加了详细的注释，有几处要注意的地方稍后会提到：

package com.bolingcavalry.grabpush.camera; import lombok.Getter; import lombok.extern.slf4j.Slf4j; import org.bytedeco.ffmpeg.global.avutil; import org.bytedeco.javacv.*; import org.bytedeco.opencv.global.opencv_imgproc; import org.bytedeco.opencv.opencv_core.Mat; import org.bytedeco.opencv.opencv_core.Scalar; import java.text.SimpleDateFormat; import java.util.Date; /** * @author will * @email zq2599@gmail.com * @date 2021/11/19 8:07 上午 * @description 摄像头应用的基础类，这里面定义了拉流和推流的基本流程，子类只需实现具体的业务方法即可 */ @Slf4j public abstract class AbstractCameraApplication {/** * 摄像头序号，如果只有一个摄像头，那就是0 */ protected static final int CAMERA_INDEX = 0; /** * 帧抓取器 */ protected FrameGrabber grabber; /** * 输出帧率 */ @Getter private final double frameRate = 30; /** * 摄像头视频的宽 */ @Getter private final int cameraImageWidth = 1280; /** * 摄像头视频的高 */ @Getter private final int cameraImageHeight = 720; /** * 转换器 */ private final OpenCVFrameConverter.ToIplImage openCVConverter = new OpenCVFrameConverter.ToIplImage(); /** * 实例化、初始化输出操作相关的资源 */ protected abstract void initOutput() throws Exception; /** * 输出 */ protected abstract void output(Frame frame) throws Exception; /** * 释放输出操作相关的资源 */ protected abstract void releaseOutputResource() throws Exception; /** * 两帧之间的间隔时间 * @return */ protected int getInterval() { // 假设一秒钟15帧，那么两帧间隔就是(1000/15)毫秒 return (int)(1000/ frameRate); }/** * 实例化帧抓取器，默认OpenCVFrameGrabber对象， * 子类可按需要自行覆盖 * @throws FFmpegFrameGrabber.Exception */ protected void instanceGrabber() throws FrameGrabber.Exception { grabber = new OpenCVFrameGrabber(CAMERA_INDEX); }/** * 用帧抓取器抓取一帧，默认调用grab()方法， * 子类可以按需求自行覆盖 * @return */ protected Frame grabFrame() throws FrameGrabber.Exception { return grabber.grab(); }/** * 初始化帧抓取器 * @throws Exception */ protected void initGrabber() throws Exception { // 实例化帧抓取器 instanceGrabber(); // 摄像头有可能有多个分辨率，这里指定 // 可以指定宽高，也可以不指定反而调用grabber.getImageWidth去获取， grabber.setImageWidth(cameraImageWidth); grabber.setImageHeight(cameraImageHeight); // 开启抓取器 grabber.start(); }/** * 预览和输出 * @param grabSeconds 持续时长 * @throws Exception */ private void grabAndOutput(int grabSeconds) throws Exception { // 添加水印时用到的时间工具 SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"); long endTime = System.currentTimeMillis() + 1000L *grabSeconds; // 两帧输出之间的间隔时间，默认是1000除以帧率，子类可酌情修改 int interVal = getInterval(); // 水印在图片上的位置 org.bytedeco.opencv.opencv_core.Point point = new org.bytedeco.opencv.opencv_core.Point(15, 35); Frame captureFrame; Mat mat; // 超过指定时间就结束循环 while (System.currentTimeMillis()0) { Thread.sleep(interVal); } }log.info("输出结束"); }/** * 释放所有资源 */ private void safeRelease() { try { // 子类需要释放的资源 releaseOutputResource(); } catch (Exception exception) { log.error("do releaseOutputResource error", exception); }if (null!=grabber) { try { grabber.close(); } catch (Exception exception) { log.error("close grabber error", exception); } } }/** * 整合了所有初始化操作 * @throws Exception */ private void init() throws Exception { long startTime = System.currentTimeMillis(); // 设置ffmepg日志级别 avutil.av_log_set_level(avutil.AV_LOG_INFO); FFmpegLogCallback.set(); // 实例化、初始化帧抓取器 initGrabber(); // 实例化、初始化输出操作相关的资源， // 具体怎么输出由子类决定，例如窗口预览、存视频文件等 initOutput(); log.info("初始化完成，耗时[{}]毫秒，帧率[{}]，图像宽度[{}]，图像高度[{}]", System.currentTimeMillis()-startTime, frameRate, cameraImageWidth, cameraImageHeight); }/** * 执行抓取和输出的操作 */ public void action(int grabSeconds) { try { // 初始化操作 init(); // 持续拉取和推送 grabAndOutput(grabSeconds); } catch (Exception exception) { log.error("execute action error", exception); } finally { // 无论如何都要释放资源 safeRelease(); } } }

上述代码有以下几处要注意：

负责从摄像头取数据的是OpenCVFrameGrabber对象，即帧抓取器
initGrabber方法中，通过setImageWidth和setImageHeight方法为帧抓取器设置图像的宽和高，其实也可以不用设置宽高，由帧抓取器自动适配，但是考虑到有些摄像头支持多种分辨率，所以还是按照自己的实际情况来主动设置
grabAndOutput方法中，使用了while循环来不断地取帧、处理、输出，这个while循环的结束条件是指定时长，这样的结束条件可能满足不了您的需要，请按照您的实际情况自行调整（例如检测某个按键是否按下）
grabAndOutput方法中，将取到的帧转为Mat对象，然后在Mat对象上添加文字，内容是当前时间，再将Mat对象转为帧对象，将此帧对象传给子类的output方法，如此一来，子类做处理和输出的时候，拿到的帧都有了时间水印