**【触觉智能 Purple Pi开发板试用】视频的采集编码与推流开发 **
大信
在前面的工作基础上，本次将进一步深入测试一下它的音视频支持功能。本次开发测试主要研究Purple Pi开发板对摄像头的支持，视频采集方法，视频编码与网络实时视频传输的实现过程。
## 一、测试USB摄像头驱动
因为之前测试过使用ffmpeg对文件的解码和转码。这次需要对实时视频进行测试，因此拿了一个摄像头来做配合。
首先测试一下该开发板支持摄像头的情况，摄像头还是采用之前经常出镜的
Logitech Webcam C270 USB网络摄像头作为视频采集设备.
把这个摄像头插入Purple Pi开发板的USB-A口，在终端里可以看到弹出识别出USB新设备的信息，如下图：
从信息中可看出，该摄像头识别为 uvc Camera 设备，并显示加载了驱动。通过 lsusb 命令也可以看到插入摄像头前后系统中USB设备信息的变化。
再查看系统驱动的接口设备信息，在dev 下出现了video0 设备文件。
再查看用户层视频采集驱动框架文件，在 /sys/class/video4linux/ 下也出现了
video0 的设备，如果这里将是空，则说明的摄像头没有识别出来。出现了 video0
说明已经发现并支持了该设备。
然后在启动一下之前写好的一个 v4l2_capture 软件，没有修改，在这个平台上编译一下，就可以在上面运行，运行主要是检测一下支持的视频采集类型与规格，运行命令如下：
./v4l2_capture -m list -d /dev/video0
从上面可以看到开发板系统支持的采集类型与规格。
## 二、视频采集测试
在准备好摄像头驱动检测时候，就可以进行视频采集测试，这里直接使用了在之前一款开发板的基于
v4l2 的采集程序，这个程序是在开源项目v4l2_capture基础上修改而成的，主要功能是调用v4l2框架，采集摄像头帧数据，然后把原始数据保存下来。这里为了方便测试，增加了一些命令参数。
另外注意到，摄像头视频数据规格里是YUYV422，而编码器和播放器一般都需要YUYV420格式，关于这个格式的区别，见下图：
YUV 4:4:4采样，每一个Y对应一组UV分量。
YUV 4:2:2采样，每两个Y共用一组UV分量。
YUV 4:2:0采样，每四个Y共用一组UV分量。
YUV存储格式
YUV存储可以分为两种：packed（打包）和planar（平面）；
packed：Y、U、V分量穿插着排列，三个分量存在一个Byte型数组里；
planar：Y、U、V分量分别存在三个Byte型数组中；
packed存储像素格式的顺序如下：
1.YUV422：YUYV、YVYU、UYVY、VYUY
而这些格式够可以相互转换，其算法网上很多，这里不再赘述。
启动v4l2的视频采集程序，命令如下：
./v4l2_capture -m capture -d /dev/video0 -o ./output.yuv
输出结果如下图：
生成的YUV 文件体积比较大，而开发板flash的剩余空间只有20M，大概能存几份钟文件空间就满了。再把yuv文件传送到pc文件夹下，使用yuvview.exe
播放器，进行播放，设置好视频格式以及尺寸，既可以看到采集的原始视频了，效果如下图：
## 三、视频编码测试
测试完视频采集后，就可以进行视频编码的测试，这里使用上次编译好的ffmpeg来进行采集编码测试。
开始测试时，ffmpeg启动一下就报出错误，崩溃掉，崩溃的信息如下图：
经过仔细分析，发现是内存空间不够，因为ffmpeg做视频采集和编码需要较大的内存，而该开发板内容只有64M,被系统占用后，留给应用的已经不多了，对ffmpeg这样的重量级程序显然需要更大内存。
通过查看系统内存，发现有几个进程占用较大内存，主要有屏幕显示进程与音乐播放服务进程，于是把这些进程杀掉之后，释放出了一些内容，具体如下图：
在释放出一些内存后，再开始进行ffmpeg的采集编码测试。
这里补充一下，ffmepg默认编译时是不带编码功能的，需要修改编译配置脚本，打开需要的编码选项后，才能进行编码。
由于开发板只有硬解码，并没有硬编码，只能使用软编码的方式，而软编码对系统的运算要求较高。通过反复测试，发现视频尺寸在
640x480以内，帧率在10帧以下时，才能够顺利的执行。
在开发板上启动ffmpeg进行采集编码，输出文件的命令如下：
./ffmpeg -f v4l2 -s 640*360 -r 10 -i /dev/video0 test.mp4
运行的输出信息如下图：
在使用编码之后，产生的文件尺寸大大缩小，20M的空间也可以存储将近30分钟以上的视频了。
把编码生成后的文件传到PC 上，点击生成的mp4文件，能够正常的播放，说明视频采集编码验证通过。
播放采集编码的视频效果如下图：
## 四、视频采集编码推流开发
在完成视频采集编码之后，那么就可以再结合网络进一步将编码的数据，通过视频流媒体协议发送出去，形成实时视频流，这样就可以在线观看直播了。
由于ffmpeg可以把视频文件进行网络推流，在开发板上无法对摄像头采集编码并推流，因此这里采用了基于ffmpeg的库，通过编写代码来实现 rtp over udp的流推送方式，同时也支持文件推流和编码保存到文件功能。使用rtp/udp的推流这样在播放端可以使用任何支持rtp/udp的播放器来播放了，而不需要再开发播放端了，非常方便。
在采集编码推流都采用调用ffmpeg的方式来进行。具体代码和主要调用的ffmpeg函数如下图：
编写代码如下图：
在写一个makefile编译脚本文件，如下：
然后进行编译，为了方便测试加入了命令行的提示和帮助，首先切换到交叉编译环境，使用命令：
source /home/lutherluo/workspace/Purple_Pi/env.sh
然后进行编译：
make
再传输到开发板上：
操作编译过程如图：
在开发板上执行以下，看一下运行输出如下图;
## 五、推流到PC上播放测试
接下来首先测试推流到PC电脑上，进行播放测试。首先确定PC的IP地址，如下图：
因为是推流，所以需要先打开播放端，准备好接收，当然后打开也没问题。打开windows下的 VLC 播放软件，这里使用的是VLC Player 3.0.17.4版本，不同版本的流地址格式会有不同，查看相关资料可以看到。
这里点 media -> Open Network Streaming ,在network url 输入播放地址:
udp://@:5000 –demux=h264
这个地址意思是，打开本机5000端口，接收编码为h264的udp视频流，准备接收并播放视频流。
然后在开发板上运行开发的软件，命令如下：
./ffmpeg_live -m camera -d /dev/video0 -u "udp://192.168.50.197:5000"
-u 后面的参数就是推流的目标地址和端口，即windows电脑。然后vlc player顺利的出现了摄像头的实时画面，即PC上推流成功。
视频效果帧率为10，码率为1M，画幅为640x360,播放画面效果如下：
在PC上测试通过后，又进一步在手机上进行流接收播放测试，测试开发板通过采集编码通过wifi推流到手机上播放的情况。
和PC类似，首先手机连入和开发板在同一路网络下的路由器上，然后查看本机的IP地址，为192.168.50.116。在手机上安装android版本的VLC Player，点击启动，添加直播地址和PC一样,播放网络流媒体，地址:
udp://@:5000 –demux=h264
然后在开发板上启动推流程序，命令为：
./ffmpeg_live -m camera -d /dev/video0 -u "udp://192.168.50.116:5000"
稍后在手机上，就能看摄像头的实时画面了。画面完成没有出现丢数据活花屏的现象。即验证推流到手机上成功。
推流操作和手机上播放如下面两图：
## 七、PurplePi上视频开发总结
在该开发板上验证了连接uvc摄像头，进行视频采集，编码与实时推流的过程。该开发板并不带硬编码，但通过软编码的方式，对较小的画面和10fps左右的帧率，可以达到实时的采集编码与传输。
由于板上资料紧张，因此在编译ffmpeg中，需要不断的进行修改配置文件，既要保留必要的软件组件又要减少体积和运行时的内存消耗。同时在基于ffmpeg开发过程，也要随时注意内存使用，比如减少缓冲区的大小，增加GOP参数等，通过多管齐下进行优化，才能开发出较为理想的视频应用。
同时因为使用视频h264软编码，因此软件在运行时，系统占用率比较高，通过查看cpu使用率，可以我们的采集编码进程占用了超过90%的系统资源，系统使用率见下图。
通过本次的开发验证，可以看到在PurplePi开发音视频应用非常方便，由于基于开源的ffmpeg，使开发能够方便的进行裁剪开发，从而在让通常需要更高硬件资源的应用能在此硬件上运行。在相同功能下，无疑该方案更具有竞争力。
为方便网友测试最后附上两个编译好的程序，可以直接复制到开发板上解压运行。同时附上在PC和手机上推流的测试视频。
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v4l2 工具，检测usb摄像头，并采集视频：
实时采集+编码+推流程序：
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