视频采集、视频压缩

1．引言

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      视频的采集和压缩是进行视频传输、监控等视频应用开发时必须采取的步骤。 
      关于视频采集，本文探讨了一种基于Windows平台的简单而实用的方法，利用微软提供的VFW（Video For Windows）软件包来实现，只需要有一般的USB摄像头，就可以方便地对视频进行采集和保存。 
   视频压缩方面，本文探讨了如何利用现阶段压缩率最大、传输可靠性最高的一种编码标准—H.264标准的开源编码器（T264）来实现对采集到的视频文件进行压缩的方法，利用VFW 所采集到的视频格式是没有进行任何压缩的AVI 格式，首先对AVI 格式进行转换，再利用T264源码对转换后的视频流文件进行压缩编码，这样就极大地压缩了视频文件，方便视频的传输。

2．视频信息的采集

    由于利用VFW软件包能够方便地实现视频、音频数据流到AVI文件的存储，在Visual C++中将VFW软件包的函数封装成为AVICAP窗口类函数，利用AVICAP窗口类函数，程序员能够通过发送消息或设置属性来捕获、播放和编辑视频剪辑，能灵活地实现从模拟视频源采集数字视频信号，并将捕捉的视频流存储到磁盘或者直接对视频缓存进行处理。
    本文所述的方法是在Viusal C++ 6.0 软件平台上实现的，而软件实现的具体步骤如下： 
    1）在采集视频前必须先创建一个视频采集的窗口，以及添加一些具体的操作按钮，窗口利用函数capCreateCaptureWindow 来创建，如果窗口创建成功，返回窗口的句柄(程序中hwndV)，如果创建不成功，则返回NULL 值。具体的创建程序及注释如下： 
       hwndV=capCreateCaptureWindow(
      (LPSTR) "My Capture Window",   //捕捉窗口名称
               WS_CHILD | WS_VISIBLE,       //窗口风格样式 
                        150, 150, 300, 280,          //窗口位置和大小 
                        (HWND) hwndMain,             //父窗口句柄 
               (int) 1);                    //窗口标识
       2）采集开始前，要将采集窗口与视频设备相关联，VFW接口采用capDriverConnect（hWndCap，,nIndex）这个函数，式中：hWndCap所建立的视频捕捉窗口的句柄；nIndex为查询得到的视频卡驱动程序的索引号。接下来，获取视频采集设备的能力及状态信息，VFW中采用函数capDriverGetCaps(hwnd,psCaps,wsize)来得到采集设备的能力，而采用capGetStatus （hwnd,s,size）函数来得到采集设备的状态信息。
       3）启动显示模式并设置其模式参数，AVICAP  窗口类采用两个函数来实现，具体程序和注释如下：  
       capPreviewRate( hwndVideo, 66); //设置预览播放速率 
        capreview( hwndVideo, TRUE);   //启动预览模式 
      4）采集视频流并保存，并终止视频采集并断开与采集设备的连接，在程序的开头定义一个结构体OPENFN，用于初始化一个对话框，而这个对话框是用来保存视频的对话框。
  具体程序如下： 
 if (!isRecordFileOpen)
{ 
      OPENFN ofname;     //打开文件结构体
       ZeroMemory(&ofname, sizeof(OPENFN)); //初始化结构体 
      ofname.lStructSize = sizeof(OPENFN);    //结构体的大小 
      ofname.hwndOwner = hwndMain;            //主窗口句柄 
     ofname.lpstrFile = recordFile;         //保存的文件指针 
     ofname.nMaxFile = sizeof(recordFile);   //保存文件的大小 
      ofname.lpstrFilter = "Video\0*.avi";   //保存文件的后缀 
      ofname.nFilterIndex = 1;               //文件索引号 
      ofname.lpstrFileTitle = NULL;          //文件名指针 
      ofname.nMaxFileTitle = 0; 
    ofname.lpstrInitialDir = NULL; 
    ofname.Flags=OFN_PATHMUSTEXIST|OFN_FILEMUSTEXIST; 
     if(GetSaveFileName(&ofn) == TRUE)    //显示保存文件的对话框
     {
       strcpy(recordFile, ofn.lpstrFile);
       strcat(recordFile, ".avi");
       isRecordFileOpen = true;
     }
 } 
        设置好保存文件以后，需用函数CreateThread来创建一个录像的线程在其中采集视频流，并利用函数capDriverDisconnect 来终止视频采集并断开与采集设备的连接，录像线程的具体代码如下：

       DWORD id;                          //创建一个录像线程
          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．视频格式的转换

     本文所采用的是基于H.264编码标准的视频压缩方法，所利用的源码是由中国视频编码自由组织联合开发的t264编×××，在使用本源码前，编码器要求进行压缩的文件格式应为YUV 格式视频文件，而VFW采集到的视频文件是最原始的AVI 格式，因而要进行格式的转换 。 
       从AVI格式到YUV 格式的转换，并没有直接的公式，而AVI视频文件流的每一帧对应一个BMP(RGB)文件，则可以利用公式转换成YUV 文件，转换的公式如下：
     Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B
     Cb = 0.564(B - Y )
     Cr = 0.713(R -Y )
      其中，Cb 对应U，Cr 对应V，分别表示构成彩色的两个分量，而在程序中，则通过以下的程序来实现(按4:2:0 采样格式)：
      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．利用编码器进行压缩编码

     由中国视频编码自由组织联合开发的编码器在基于VisualC++平台上创建了一个console程序，而前述的视频采集程序因为有窗口、按钮等视图窗口，故是一个windows程序，在Visual C++平台中，要将console 程序和windows 程序很好地结合在一起使用，是个很复杂的过程，因此，可以在前面视频采集程序里面运用一个C++函数ShellExecute 来调用编码器函数。
    具体实现的步骤如下：
    1）首先针对采集后经格式转换生成的YUV文件，得到它的帧数目，在配置文件enconfig.txt修改编码帧的数目，例如如果帧数目为100，将enconfig.txt 文件中的第6、7、8 行： 
     300 # total frame number
    300 # i intervals
    300 # idr intervals 
     改为 :
    100 # total frame number 
    100 # i intervals
    100 # idr intervals
     帧数目修改以后，文件生成的路径也应该改为最终exe 文件生成的路径，在enconfig.txt的最后三行进行修改。
    1）编译编码器，是采用的CONSOLE 程序，一般是在命令行中来执行exe 程序，而本文中的方法是利用入口函数main(int argc, char* argv[])的特征，其中，argc 表示参数的个数，而argv[]数组用于保存参数的指针，在程序中就对参数进行赋值，省去了进入命令行进行执行的繁琐过程，从而生成一个可以直接拿来运用的exe 程序。具体赋值语句如下：
     argv[0]="T264.exe";
   argv[1]="-e";
   argv[2]="enconfig.txt";
   2）设置t264.exe 文件路径，上述的过程中已经生成一个可执行的t264.exe 文件，如果将YUV文件放在与之相同的目录下，在调试运行这个程序的时候就可以生成264码流文件，达到编码的目的。但本文是需要将采集、压缩编码在同一个程序中完成，因而把生成的t264.exe文件复制到采集程序的调试目录下面。
3）上述的工作都做好以后，可以在采集程序里面调用编码器程序了，这时用一个函数来实现，具体代码是：  
           ShellExecute(NULL,"open","t264.exe",
       "T264.exe –e enconfig.txt",NULL,SW_SHOWNORMAL);
      其中，SW_SHOWNORMAL 指的是一种程序运行风格，此时代表正常运行，在调用时可以看到程序运行的全部过程（DOS命令窗口显示），如果需要程序透明执行，不可见，则可以用SW_HIDE 来代替它。 
      至此，整个视频采集、格式转换与编码压缩的过程就全部完成了，本文中所采集的AVI文件大小为4.075M，经格式转换后的YUV 文件大小为5.458M，而最终生成的264 码流大小只有27k，压缩率达到了150.9倍。

5．总结 

  本文所探讨的从视频采集、格式转换到压缩编码的整个过程，可以简单方便地完成，可以直接应用在视频监控或者视频的网络传输等的前期开发。佰锐科技已为视频监控音视频即时通讯提供了解决方案。http://www.bairuitech.com

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