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利用开源工具库让树莓派实现视频监控

ChenhaoSun
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Camkit是一个摄像头相关的工具箱，使用C语言写成，包含了从：图像采集–>色彩转换–>H264编码–>RTP打包–>网络发送的全套接口。这是一个开源项目，源码在这里：https://git.oschina.net/andyspider/Camkit 利用它我们可以用树莓派实现实时的视频监控。

编译

Camkit采用 cmake 构建系统，编译之前请确认已经安装了cmake。

遵循以下步骤完成编译和安装：

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cd Camkit_source_dir
mkdir build
cd build
cmake ../ -Dkey=value
make
make install

其中 -Dkey=value 是可以配置的选项，支持的选项如下：

1. DEBUG=ON|OFF，是否打开调试选项
2. PLATFORM=FSL|RPI|OFF， 选择所使用的平台（Freescale, RaspberryPi或FFmpeg），具体见下文
3. CC=path_to_c_compiler|OFF， 指定C编译器的路径
4. ROOTSYS=path_to_root_sys|OFF， 指定查找库和头文件的根路径（配合3选项可以用来做交叉编译）

Camkit的视频采集采用标准的 V4L 接口，通常的USB摄像头均可以支持。

Camkit的色彩转换和H264编码支持三种平台，分别是是：
1. FFmpeg (采用ffmpeg编码，依赖于avcodec.so和swscale.so)
2. Raspberry Pi (采用OpenMax硬编码，依赖于ilclient.a， vcsm.so， bcm_host.so， openmaxil.so等库，由于色彩转换部分使用了ffmpeg，因此还依赖于其中的swscale库)
3. Freescale I.MX6 (采用IPU和VPU硬编码，依赖于ipu.so和vpu.so)

PC平台编译安装

使用ffmpeg编码，Camkit可以在PC上使用，原则上应该是跨平台的，但由于作者的开发主要是在Linux上完成，其他平台未经测试，今后有时间再做移植。下面主要介绍如何在Linux上编译安装。

在Linux上编译安装非常简单，以Ubuntu为例，首先安装编译环境:

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sudo apt-get install cmake libavcodec54 libavcodec-dev libswscale2 libswscale-dev

然后遵循上面的构建步骤，使用如下命令构建和编译：

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mkdir build
cd build
cmake ../
make
make install

至此， libcamkit.so 就已经安装到你的系统里了，默认应该在 /usr/local/lib 下，头文件在 /usr/local/include 下。 demo 中的程序默认不会安装，可在 build/demo 目录下找到并运行，参照 demo 程序就可开发自己的应用了。

树莓派平台编译安装

要在树莓派上使用可以选择在PC上交叉编译，也可将源代码拷到树莓派上直接编译，这里介绍后一种方式。

首先用 scp 之类的工具将Camkit的源代码拷到树莓派上，进入源码目录。由于树莓派运行的也是Linux系统，原则上可以和PC上一样使用ffmpeg库，但是实际效果非常卡顿，每秒仅有1~2帧，cpu消耗90%左右，因此推荐使用针对树莓派的OpenMax方案，下面是编译说明。

使用OpenMax需要一些头文件和库，这些库一般都在 /opt/vc/ 目录下，不需要另外安装，除了一个库例外： libilclient.a 。这是一个简单的封装库，可以到 github 下载源代码，两个 .c 文件、一个 .h 文件和一个 Makefile ，将 上上层目录 下的Makefile.include 文件也下载下来。将这些文件都拷到树莓派上，用以下命令安装：

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mkdir -p build /one/two
cp ilclient.h ilclient.c ilcore.c Makefile build /one/two
cp Makefile.include build
cd build /one/two
make
cp libilclient.a /opt/vc/lib

最后一步将编译好的库拷贝到 /opt/vc/lib 目录下。

除了OpenMax库之外，Camkit做色彩转换是还是使用了ffmepg中的 libswscale 库，因此需要在树莓派上先安装，方式可PC上的相同，通过 apt-get 安装 libswscale 和libswscale-dev 即可（如何是 Arch 平台使用 pacman -S ffmpeg ）。

一切都做完之后就可以编译Camkit了，进入Camkit源码目录，使用如下命令编译安装：

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mkdir build
cd build
cmake ../ -DPLATFORM=RPI
make
make install

这样，Camkit就已经安装到你的树莓派上了，路径和PC上的相同，demo程序在build/demo 目录下。

使用

Camkit的接口非常简单方便，每个子功能均遵循类似的接口。

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xxxHandle = xxx_open(xxParams); // 打开xxx handle，例如： capture_open, convert_open...
... // 具体操作
xxx_close(xxxHandle); // 关闭handle，例如capture_close, convert_close...

一般调用步骤如下：

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struct cap_handle *caphandle = NULL; // capture操作符
struct cvt_handle *cvthandle = NULL; // convert操作符
struct enc_handle *enchandle = NULL; // encode操作符
struct pac_handle *pachandle = NULL; // pack操作符
struct net_handle *nethandle = NULL; // network操作符
struct cap_param capp; // capture参数
struct cvt_param cvtp; // convert参数
struct enc_param encp; // encode参数
struct pac_param pacp; // pack参数
struct net_param netp; // network参数
// 设置各项参数
capp.xxx = xxx
...
cvtp.xxx = xxx;
...
encp.xxx = xxx;
...
pacp.xxx = xxx;
...
netp.xxx = xxx;
...
// 使用设置好的参数打开各项功能
caphandle = capture_open(capp);
cvthandle = convert_open(cvtp);
enchandle = encode_open(encp);
pachandle = pack_open(pacp);
nethandle = net_open(netp);
capture_start(caphandle); // 开始capture
while (1)
{
capture_get_data(caphandle, ...); // 获取一帧图像
convert_do(cvthandle, ...); // 转换,YUV422=>YUV420， 如果你的摄像头直接支持采集YUV420数据则不需要这一步
while (encode_get_headers(enchandle, ...) == 1) // 获取h264头，PPS/SPS
{
...
}
encode_do(enchandle, ...); // 编码一帧图像
pack_put(pachandle, ...); // 将编码后的图像送给打包器
while (pack_get(pachandle, ...) == 1) // 获取一个打包后的RTP包
{
net_send(nethandle, ...); // 将RTP包发送出去
}
}
capture_stop(caphandle); // 停止capture
// 关闭各项功能
net_close(nethandle);
pack_close(pachandle);
encode_close(enchandle);
convert_close(cvthandle);
capture_close(caphandle);

Note:

  1. 其中的每一个子功能都可以独立使用，例如只做采集，或者图像编码之后写入文件而不做打包和发送等等。
  2. 如果是使用官方的树莓派摄像头，则采集部分不可用，需要另外写代码，但后面的编码打包等功能均可正常使用。

PS: demo目录有两个完整的例子，可以参考之。

实例–在树莓派上运行demo查看实时录像

demo/cktool.c是运用Camkit的一个例子，实现了Camkit支持的全部功能。

使用方法：

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$cktool [options]

options：
-? 显示帮助信息
-d 是否显示调试信息
-s 设置步骤 0/1/3/7/15 (0:只做采集,1:采集+转换, 3:采集+转换+编码(默认),7:采集＋转换+编码+打包,15:采集+转换+编码+打包+发送)
-i 设置打开的摄像头设备(默认/dev/video0)
-o 设置写入的文件
-a 设置网络端的ip地址
-p 设置网络端的端口号
-c 设置采集图像格式: 0: YUYV(默认), 1: YUV420
-w 设置视频宽 (640)
-h 设置视频高 (480)
-r 设置编码帧率 kbps (1000)
-f 设置帧率 (15)
-t 设置图像是否交织 (0)
-g 设置编码的gop大小 (12)

假设我们要在树莓派上使用Camkit，将树莓派和PC连在同一个路由器上。

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RPI(Camkit) <==> 路由器 <==> PC (VLC)

首先，按照上面的讲解完成编译，在 build/demo 目录下可以看到一个 cktool 的可执行程序。

配置树莓派开启摄像头支持并分配 gpu_mem ， Raspbian 系统通过 sudo raspi-config， Arch 系统参见 Wiki 。

然后，在PC上用记事本打开 demo/video.sdp 文件，修改ip地址为PC的ip地址，假设为192.168.1.2 ，设置端口，假设为 8888 。运行VLC播放器，打开demo/video.sdp文件。

最后，在树莓派上运行：

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#cktool -s 15 -a 192.168.1.2 -p 8888

至此，就可以在PC端看到树莓派的实时视频了。

 

 

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