GStreamer开发笔记（三）：测试gstreamer/v4l2+sdl2/v4l2+QtOpengl打摄像头延迟和内存

前言

前面测试了多种技术路线，本篇补全剩下的2种主流技术，v4l2+sdl2（偏底层），v4l2+QtOpengl（应用），v4l2+ffmpeg+QtQImage（Image的方式转图低于1ms，但是从yuv格式转到rgb格式需要ffmpeg进行转码耗时）。

Demo

注意

存在色彩空间不准确，不进行细究。

延迟和内存对比

步骤一：v4l2代码测试延迟和内存

没有找到命令行，只找到了v4l2-ctl可以查看和控制摄像头的参数。

看gsteamer的源头就是v4l2src，随手写个代码使用v4l2打开摄像头查看延迟，其中v4l2是个框架负责操作和捕获，无法直接进行渲染显示，本次使用了SDL进行显示。

注意：这里不对v4l2介绍，会有专门的专栏去讲解v4l2的多媒体开发，但是这里使用v4l2的代码写个简单的程序来打开。

sudo apt-get install libsdl2-dev libsdl2-2.0-0

然后写代码，代码贴在Demo里面

  

步骤二：v4l2+QtOpenGL+memcpy复制一次

  查看内存：

步骤三：v4l2+QtOpenGL+共享内存

最终总结

到这里，我们得出结论，gstreamer基本是最优秀的框架之一了，初步测试不是特别严谨，但是基本能反应情况（比如ffmpeg得fmplay本轮测试是最差，但是ffmpeg写代码可以进行ffmpeg源码和编程代码的优化，达到150ms左右，诸如这类情况不考虑）。

V4l2+SDL优于gstreamer优于ffmplayer优于v4l2+QtOpenGL优于cheese优于ffmpeg。

其中v4l2+SDL、gstreamer、fmplayer在内存占用上有点区别，延迟差不多130ms左右。Cheese和v4l2+QtOpenGL延迟差不多

到170ms。Ffmpeg的播放器延迟到500ms左右。

扩展

这里要注意，大部分低延迟内窥镜笔者接触的都是buffer叠显存的方式，少数厂家使用v4l2+QtOpenGL的方式，经过测试慢了一帧左右。

Demo：V4l2+SDL

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h> #include <string.h> #include <fcntl.h> #include <unistd.h> #include <sys/ioctl.h> #include <sys/mman.h> #include <linux/videodev2.h> #include <errno.h> #include <SDL2/SDL.h> #include <SDL2/SDL_pixels.h> #define WIDTH 640 #define HEIGHT 480 int main() { setbuf(stdout, NULL); int fd; struct v4l2_format fmt; struct v4l2_requestbuffers req; struct v4l2_buffer buf; void *buffer_start; unsigned int buffer_length; // 打开摄像头设备 fd = open("/dev/video0", O_RDWR); if (fd == -1) { perror("打开摄像头设备失败"); return EXIT_FAILURE; } // 设置视频格式 memset(&fmt, 0, sizeof(fmt)); fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; fmt.fmt.pix.width = WIDTH; fmt.fmt.pix.height = HEIGHT; fmt.fmt.pix.pixelformat = V4L2_PIX_FMT_YUYV; fmt.fmt.pix.field = V4L2_FIELD_INTERLACED; if (ioctl(fd, VIDIOC_S_FMT, &fmt) == -1) { perror("设置视频格式失败"); close(fd); return EXIT_FAILURE; } // 请求缓冲区 memset(&req, 0, sizeof(req)); req.count = 1; req.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; req.memory = V4L2_MEMORY_MMAP; if (ioctl(fd, VIDIOC_REQBUFS, &req) == -1) { perror("请求缓冲区失败"); close(fd); return EXIT_FAILURE; } // 映射缓冲区 memset(&buf, 0, sizeof(buf)); buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP; buf.index = 0; if (ioctl(fd, VIDIOC_QUERYBUF, &buf) == -1) { perror("查询缓冲区失败"); close(fd); return EXIT_FAILURE; } buffer_length = buf.length; buffer_start = mmap(NULL, buffer_length, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, buf.m.offset); if (buffer_start == MAP_FAILED) { perror("映射缓冲区失败"); close(fd); return EXIT_FAILURE; } // 将缓冲区放入队列 if (ioctl(fd, VIDIOC_QBUF, &buf) == -1) { perror("缓冲区入队失败"); munmap(buffer_start, buffer_length); close(fd); return EXIT_FAILURE; } // 开始视频捕获 enum v4l2_buf_type type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; if (ioctl(fd, VIDIOC_STREAMON, &type) == -1) { perror("开始视频捕获失败"); munmap(buffer_start, buffer_length); close(fd); return EXIT_FAILURE; } // 初始化 SDL if (SDL_Init(SDL_INIT_VIDEO) < 0) { fprintf(stderr, "SDL 初始化失败: %s\n", SDL_GetError()); munmap(buffer_start, buffer_length); close(fd); return EXIT_FAILURE; } SDL_Window *window = SDL_CreateWindow("V4L2 Camera", SDL_WINDOWPOS_UNDEFINED, SDL_WINDOWPOS_UNDEFINED, WIDTH, HEIGHT, 0); if (!window) { fprintf(stderr, "创建 SDL 窗口失败: %s\n", SDL_GetError()); SDL_Quit(); munmap(buffer_start, buffer_length); close(fd); return EXIT_FAILURE; } SDL_Renderer *renderer = SDL_CreateRenderer(window, -1, 0); // SDL_PIXELFORMAT_YV12 = /**< Planar mode: Y + V + U (3 planes) */ // SDL_PIXELFORMAT_IYUV = /**< Planar mode: Y + U + V (3 planes) */ // SDL_PIXELFORMAT_YUY2 = /**< Packed mode: Y0+U0+Y1+V0 (1 plane) */ // SDL_PIXELFORMAT_UYVY = /**< Packed mode: U0+Y0+V0+Y1 (1 plane) */ // SDL_PIXELFORMAT_YVYU = /**< Packed mode: Y0+V0+Y1+U0 (1 plane) */ // SDL_Texture *texture = SDL_CreateTexture(renderer, SDL_PIXELFORMAT_YV12, SDL_TEXTUREACCESS_STREAMING, WIDTH, HEIGHT); // SDL_Texture *texture = SDL_CreateTexture(renderer, SDL_PIXELFORMAT_IYUV, SDL_TEXTUREACCESS_STREAMING, WIDTH, HEIGHT); SDL_Texture *texture = SDL_CreateTexture(renderer, SDL_PIXELFORMAT_YUY2, SDL_TEXTUREACCESS_STREAMING, WIDTH, HEIGHT); // SDL_Texture *texture = SDL_CreateTexture(renderer, SDL_PIXELFORMAT_UYVY, SDL_TEXTUREACCESS_STREAMING, WIDTH, HEIGHT); // SDL_Texture *texture = SDL_CreateTexture(renderer, SDL_PIXELFORMAT_YVYU, SDL_TEXTUREACCESS_STREAMING, WIDTH, HEIGHT); int running = 1; SDL_Event event; while (running) { // 处理事件 while (SDL_PollEvent(&event)) { if (event.type == SDL_QUIT) { running = 0; } } // 捕获帧 memset(&buf, 0, sizeof(buf)); buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP; if (ioctl(fd, VIDIOC_DQBUF, &buf) == -1) { perror("出队缓冲区失败"); break; } // 更新 SDL 纹理 SDL_UpdateTexture(texture, NULL, buffer_start, WIDTH); // 渲染纹理 SDL_RenderClear(renderer); SDL_RenderCopy(renderer, texture, NULL, NULL); SDL_RenderPresent(renderer); // 将缓冲区重新入队 if (ioctl(fd, VIDIOC_QBUF, &buf) == -1) { perror("缓冲区入队失败"); break; } } // 清理资源 SDL_DestroyTexture(texture); SDL_DestroyRenderer(renderer); SDL_DestroyWindow(window); SDL_Quit(); munmap(buffer_start, buffer_length); close(fd); return EXIT_SUCCESS; } 

Demo：V4l2+QtOpenGL+共享内存

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h> #include <string.h> #include <fcntl.h> #include <unistd.h> #include <sys/ioctl.h> #include <sys/mman.h> #include <linux/videodev2.h> #include <errno.h> #include "DisplayOpenGLWidget.h" #include <QApplication> #include <QElapsedTimer> #define WIDTH 640 #define HEIGHT 480 #include <QDebug> #include <QDateTime> //#define LOG qDebug()<<__FILE__<<__LINE__ //#define LOG qDebug()<<__FILE__<<__LINE__<<__FUNCTION__ //#define LOG qDebug()<<__FILE__<<__LINE__<<QThread()::currentThread() //#define LOG qDebug()<<__FILE__<<__LINE__<<QDateTime::currentDateTime().toString("yyyy-MM-dd") #define LOG qDebug()<<__FILE__<<__LINE__<<QDateTime::currentDateTime().toString("yyyy-MM-dd hh:mm:ss:zzz") int main(int argc, char *argv[]) { QApplication a(argc, argv); DisplayOpenGLWidget displayOpenGLWidget; displayOpenGLWidget.show(); setbuf(stdout, NULL); int fd; struct v4l2_format fmt; struct v4l2_requestbuffers req; struct v4l2_buffer buf; void *buffer_start; unsigned int buffer_length; // 打开摄像头设备 fd = open("/dev/video0", O_RDWR); if (fd == -1) { perror("打开摄像头设备失败"); return EXIT_FAILURE; } // 设置视频格式 memset(&fmt, 0, sizeof(fmt)); fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; fmt.fmt.pix.width = WIDTH; fmt.fmt.pix.height = HEIGHT; fmt.fmt.pix.pixelformat = V4L2_PIX_FMT_YUYV; fmt.fmt.pix.field = V4L2_FIELD_INTERLACED; if (ioctl(fd, VIDIOC_S_FMT, &fmt) == -1) { perror("设置视频格式失败"); close(fd); return EXIT_FAILURE; } // 请求缓冲区 memset(&req, 0, sizeof(req)); req.count = 1; req.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; req.memory = V4L2_MEMORY_MMAP; if (ioctl(fd, VIDIOC_REQBUFS, &req) == -1) { perror("请求缓冲区失败"); close(fd); return EXIT_FAILURE; } // 映射缓冲区 memset(&buf, 0, sizeof(buf)); buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP; buf.index = 0; if (ioctl(fd, VIDIOC_QUERYBUF, &buf) == -1) { perror("查询缓冲区失败"); close(fd); return EXIT_FAILURE; } buffer_length = buf.length; buffer_start = mmap(NULL, buffer_length, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, buf.m.offset); if (buffer_start == MAP_FAILED) { perror("映射缓冲区失败"); close(fd); return EXIT_FAILURE; } displayOpenGLWidget.initDrawBuffer(WIDTH, HEIGHT, true, (char *)buffer_start); // 将缓冲区放入队列 if (ioctl(fd, VIDIOC_QBUF, &buf) == -1) { perror("缓冲区入队失败"); munmap(buffer_start, buffer_length); close(fd); return EXIT_FAILURE; } // 开始视频捕获 enum v4l2_buf_type type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; if (ioctl(fd, VIDIOC_STREAMON, &type) == -1) { perror("开始视频捕获失败"); munmap(buffer_start, buffer_length); close(fd); return EXIT_FAILURE; } int running = 1; while (running) { // 捕获帧 memset(&buf, 0, sizeof(buf)); buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP; if (ioctl(fd, VIDIOC_DQBUF, &buf) == -1) { perror("出队缓冲区失败"); break; } // 渲染 // memcpy(drawBuffer, buffer_start, buffer_length); displayOpenGLWidget.displayVideoFrame(); QApplication::processEvents(); QApplication::processEvents(); QApplication::processEvents(); // 将缓冲区重新入队 if (ioctl(fd, VIDIOC_QBUF, &buf) == -1) { perror("缓冲区入队失败"); break; } } // 清理资源 munmap(buffer_start, buffer_length); close(fd); return EXIT_SUCCESS; } 

入坑

入坑一：v4l2打开视频代码不对

问题

V4l2打开视频代码数据错位

原因

纹理格式不同，但是笔者测试了SDL所有支持的，都不行，不钻了，是需要进行色彩空间转换下才可以（会额外消耗一定延迟，预估10ms以内），我们选个可以的，测试延迟内存即可。

// SDL_PIXELFORMAT_YV12 =      /**< Planar mode: Y + V + U  (3 planes) */
// SDL_PIXELFORMAT_IYUV =      /**< Planar mode: Y + U + V  (3 planes) */
// SDL_PIXELFORMAT_YUY2 =      /**< Packed mode: Y0+U0+Y1+V0 (1 plane) */
// SDL_PIXELFORMAT_UYVY =      /**< Packed mode: U0+Y0+V0+Y1 (1 plane) */
// SDL_PIXELFORMAT_YVYU = /**< Packed mode: Y0+V0+Y1+U0 (1 plane) */ // SDL_Texture *texture = SDL_CreateTexture(renderer, SDL_PIXELFORMAT_YV12, SDL_TEXTUREACCESS_STREAMING, WIDTH, HEIGHT); // SDL_Texture *texture = SDL_CreateTexture(renderer, SDL_PIXELFORMAT_IYUV, SDL_TEXTUREACCESS_STREAMING, WIDTH, HEIGHT); SDL_Texture *texture = SDL_CreateTexture(renderer, SDL_PIXELFORMAT_YUY2, SDL_TEXTUREACCESS_STREAMING, WIDTH, HEIGHT); // SDL_Texture *texture = SDL_CreateTexture(renderer, SDL_PIXELFORMAT_UYVY, SDL_TEXTUREACCESS_STREAMING, WIDTH, HEIGHT); // SDL_Texture *texture = SDL_CreateTexture(renderer, SDL_PIXELFORMAT_YVYU, SDL_TEXTUREACCESS_STREAMING, WIDTH, HEIGHT); 

解决

不解决，选择能看清楚的就好了。