Qt视频监控系统开发实战：从视频捕获到照片管理

完整代码可在以下地址获取：

• **GitHub**：https://github.com/leiming555/video_surveillance.git

项目概述

本项目是一个基于Qt框架的视频监控系统，实现了视频捕获、本地显示、网络广播、视频录制、拍照、照片管理等功能。系统采用多线程架构，通过V4L2接口操作摄像头设备，支持实时视频显示和录制，同时提供了直观的用户界面。

技术栈与架构

核心技术栈

• **Qt 5**：用于构建用户界面和实现跨平台功能

• **C++**：核心业务逻辑实现

• **V4L2**：Linux视频捕获接口，用于操作摄像头设备

• **多线程编程**：使用QThread实现并发操作

• **文件I/O**：用于视频录制和照片保存

• **网络编程**：支持UDP广播功能

系统架构

系统采用分层架构设计：

• **UI层**：由MainWindow、VideoPlayer、PhotoViewer组成，负责用户交互和数据显示

• **业务逻辑层**：由CaptureThread实现，负责视频捕获、处理和存储

• **设备抽象层**：通过V4L2接口与摄像头设备交互

模块划分

| 模块 | 主要职责 | 文件 |

|------|---------|------|

| 主窗口 | 整体界面管理，按钮和复选框控制 | mainwindow.h/cpp |

| 视频捕获线程 | 摄像头操作，视频帧获取，录制和拍照 | capture_thread.h/cpp |

| 视频播放器 | 视频文件加载和播放 | videoplayer.h/cpp |

| 照片查看器 | 照片浏览和管理 | photoviewer.h/cpp |

核心功能实现

1. 视频捕获与显示

技术实现

• 使用V4L2接口打开摄像头设备（`/dev/video1`）

• 设置视频格式为RGB565，分辨率640x480

• 使用内存映射方式管理视频缓冲区

• 采用多线程技术，将视频捕获与UI更新分离

关键代码

```cpp

// 设置视频格式

fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

fmt.fmt.pix.width = 640;

fmt.fmt.pix.height = 480;

fmt.fmt.pix.colorspace = V4L2_COLORSPACE_SRGB;

fmt.fmt.pix.pixelformat = V4L2_PIX_FMT_RGB565;

// 启动视频流

type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;

if (0 > ioctl(video_fd, VIDIOC_STREAMON, &type)) {

printf("ERROR: failed to VIDIOC_STREAMON\n");

return;

}

```

2. 视频录制功能

技术实现

• 实时捕获视频帧并保存为RGB565原始格式

• 自动创建录制目录，生成带时间戳的文件名

• 使用文件I/O操作将原始视频数据写入文件

关键代码

```cpp

void CaptureThread::setRecording(bool start) {

startRecording = start;

if (start) {

// 创建录制目录

QDir dir;

if (!dir.exists("recordings")) {

dir.mkpath("recordings");

}

// 生成文件名

QString fileName = QString("recordings/video_%1.rgb")

.arg(QDateTime::currentDateTime()

.toString("yyyyMMdd_HHmmss"));

// 打开文件

videoFile = new QFile(fileName);

if (!videoFile->open(QIODevice::WriteOnly)) {

qDebug() << "ERROR: failed to open recording file:" << fileName;

delete videoFile;

videoFile = nullptr;

startRecording = false;

}

} else {

// 停止录制

if (videoFile != nullptr) {

videoFile->close();

delete videoFile;

videoFile = nullptr;

}

}

}

```

3. 拍照功能

技术实现

• 从视频帧中获取当前图像

• 自动创建照片保存目录

• 生成带时间戳的文件名，保存为JPEG格式

关键代码

```cpp

void CaptureThread::capturePhoto() {

// 检查是否有有效的视频帧

frameMutex.lock();

if (latestFrame.isNull()) {

frameMutex.unlock();

qDebug() << "ERROR: no valid video frame to capture";

return;

}

QImage photo = latestFrame.copy();

frameMutex.unlock();

// 创建照片保存目录

QDir dir;

if (!dir.exists("photos")) {

if (!dir.mkpath("photos")) {

qDebug() << "ERROR: failed to create photos directory";

return;

}

}

// 生成文件名并保存

QString fileName = QString("photos/photo_%1.jpg")

.arg(QDateTime::currentDateTime()

.toString("yyyyMMdd_HHmmss"));

if (!photo.save(fileName, "JPEG", 95)) {

qDebug() << "ERROR: failed to save photo:" << fileName;

return;

}

}

```

4. 视频播放功能

技术实现

• 加载录制的RGB565格式视频文件

• 使用定时器控制播放帧率（30fps）

• 将RGB565数据转换为QImage显示

• 支持进度条控制和播放/暂停功能

关键代码

```cpp

void VideoPlayer::playNextFrame() {

// 检查播放状态和数据有效性

if (currentVideoFile == nullptr || videoData.isEmpty()) {

return;

}

if (currentFrame >= totalFrames) {

// 播放完成，重置状态

playTimer->stop();

playButton->setText("播放");

isPlaying = false;

currentFrame = 0;

progressSlider->setValue(0);

return;

}

// 计算当前帧位置并显示

qint64 frameSize = frameWidth * frameHeight * 2;

qint64 frameOffset = currentFrame * frameSize;

if (frameOffset + frameSize > videoData.size()) {

return;

}

QImage image((unsigned char*)videoData.data() + frameOffset,

frameWidth, frameHeight, QImage::Format_RGB16);

// 缩放显示

QImage scaledImage = image.scaled(videoLabel->size(),

Qt::KeepAspectRatio,

Qt::SmoothTransformation);

videoLabel->setPixmap(QPixmap::fromImage(scaledImage));

// 更新进度条和帧索引

progressSlider->setValue(currentFrame);

if (isPlaying) {

currentFrame++;

}

}

```

5. 照片管理功能

技术实现

• 扫描照片目录，加载所有图片文件

• 支持JPG、JPEG、PNG、BMP格式

• 提供上一张/下一张按钮，支持照片导航

• 支持照片删除功能

• 实现自适应界面，照片自动缩放显示

关键代码

```cpp

void PhotoViewer::showCurrentPhoto() {

if (currentIndex < 0 || currentIndex >= photoFiles.size()) {

photoLabel->setText("请选择要查看的照片");

return;

}

currentPhotoFile = photoFiles[currentIndex];

// 加载并显示照片

QImage image(currentPhotoFile);

if (image.isNull()) {

photoLabel->setText(QString("无法加载照片: %1")

.arg(currentPhotoFile));

return;

}

// 缩放显示

QImage scaledImage = image.scaled(photoLabel->size(),

Qt::KeepAspectRatio,

Qt::SmoothTransformation);

photoLabel->setPixmap(QPixmap::fromImage(scaledImage));

// 更新文件列表选中项

if (fileListWidget->count() > 0) {

fileListWidget->setCurrentRow(currentIndex);

}

}

```

界面设计与用户体验

主窗口界面

• **视频显示区域**：位于中央，显示摄像头实时画面

• **控制按钮**：

• 开始/停止：控制视频捕获

• 视频相册：打开视频播放器

• 拍照：保存当前画面为照片

• 照片相册：打开照片查看器

• **功能复选框**：

• 画面：控制本地显示

• 上传：控制UDP广播

• 录制：控制视频录制

视频播放器界面

• **左侧**：视频文件列表，按时间倒序排列

• **右侧**：视频显示区域

• **底部**：播放控制按钮（播放/暂停/停止/关闭）和进度条

照片查看器界面

• **左侧**：照片文件列表，按时间倒序排列

• **右侧**：照片显示区域

• **底部**：控制按钮（上一张/下一张/删除/关闭）

自适应布局

• 使用Qt的布局管理器实现界面自适应

• 重写resizeEvent函数，确保视频和照片保持正确的宽高比

• 支持窗口大小调整，内容自动适应显示区域

技术难点与解决方案

1. 多线程同步问题

**问题**：视频捕获线程与UI线程之间的数据传递需要同步，避免竞态条件。

**解决方案**：使用Qt的信号槽机制进行线程间通信，对于共享数据使用QMutex进行保护。

2. 视频缓冲区管理

**问题**：V4L2视频捕获需要正确管理缓冲区，避免内存泄漏和数据丢失。

**解决方案**：实现了完整的缓冲区请求、映射、入队/出队流程，确保视频数据的正确处理。

3. 大文件处理

**问题**：播放大视频文件时，一次性加载可能导致内存溢出。

**解决方案**：限制读取大小，使用缓冲区分段处理视频数据，避免内存占用过高。

4. 实时性保证

**问题**：视频捕获和显示需要保证实时性，避免卡顿。

**解决方案**：使用多线程技术，将视频捕获与UI更新分离，减少主线程负担。

5. 跨平台兼容性

**问题**：V4L2是Linux特有的接口，需要考虑跨平台兼容性。

**解决方案**：使用条件编译，为不同平台提供不同的实现，确保代码的可移植性。

项目亮点

1. **多线程架构**：使用QThread实现视频捕获，避免UI卡顿

2. **模块化设计**：清晰的代码结构，便于维护和扩展

3. **完整的视频处理流程**：从捕获、显示到录制的全流程支持

4. **用户友好的界面**：直观的控制按钮和布局，操作简单

5. **丰富的功能**：支持视频录制、拍照、播放和管理

6. **错误处理机制**：完善的错误检测和处理，提高系统稳定性

7. **自适应布局**：支持窗口大小调整，内容自动适应显示区域

测试与验证

功能测试

• **视频捕获**：成功打开摄像头，获取视频帧并显示

• **视频录制**：成功录制RGB565格式视频，生成带时间戳的文件

• **拍照功能**：成功捕获当前画面并保存为JPEG格式

• **视频播放**：成功加载和播放录制的视频文件

• **照片管理**：成功浏览、导航和删除照片

性能测试

• **视频捕获**：稳定输出30fps的视频流

• **CPU占用**：视频捕获和显示时CPU占用率低于30%

• **内存占用**：播放100MB视频文件时内存占用低于200MB

兼容性测试

• **Linux系统**：在Ubuntu 20.04上正常运行

• **Qt版本**：兼容Qt 5.12及以上版本

总结与展望

本项目成功实现了一个功能完整的Qt视频监控系统，涵盖了视频捕获、显示、录制、拍照、播放和管理等核心功能。系统采用多线程架构，通过V4L2接口操作摄像头设备，提供了直观的用户界面和良好的用户体验。

主要成果

• 实现了完整的视频监控系统，支持实时视频显示和录制

• 提供了拍照功能，支持保存和管理照片

• 实现了视频播放器，支持播放录制的视频文件

• 采用模块化设计，代码结构清晰，易于维护和扩展

• 解决了多线程同步、缓冲区管理等技术难点

未来展望

1. **添加视频压缩**：使用H.264等编码格式压缩视频，减少存储空间

2. **实现远程控制**：通过网络实现远程摄像头控制和视频查看

3. **添加运动检测**：实现视频内容分析，支持运动检测和报警

4. **优化用户界面**：使用Qt Quick等技术，创建更现代的用户界面

5. **支持多摄像头**：扩展系统，支持同时操作多个摄像头设备

技术价值

本项目展示了如何使用Qt和V4L2接口构建完整的视频监控系统，涉及多线程编程、设备操作、文件I/O等多个领域的技术。项目代码结构清晰，功能完整，可作为类似系统开发的参考模板，同时也为学习Qt和Linux视频捕获技术提供了实践案例。

代码仓库

完整代码可在以下地址获取：

• **GitHub**：https://github.com/leiming555/video_surveillance.git

结语

Qt视频监控系统项目成功实现了从视频捕获到管理的全流程功能，展示了如何使用现代C++和Qt框架构建复杂的多媒体应用。通过多线程架构和模块化设计，系统实现了高效的视频处理和良好的用户体验。本项目不仅具有实用价值，也为相关技术的学习和研究提供了参考。

未来，随着技术的不断发展，视频监控系统将朝着更加智能化、网络化和高清化的方向发展，我们可以在此基础上不断探索和创新，开发出更加先进和实用的视频监控解决方案。