JavaCV FFmpeg采集摄像头YUV数据

前阵子使用利用树莓派搭建了一个视频监控平台（传送门），不过使用的是JavaCV封装好的OpenCVFrameGrabber和FFmpegFrameRecorder。
其实在javacpp项目集中有提供FFmpeg的JNI封装，可以直接使用FFmpeg API的来处理音视频数据，下面是一个简单的案例，通过FFmpeg API采集摄像头的YUV数据。

javacpp-ffmpeg依赖：

<dependency>
    <groupId>org.bytedeco.javacpp-presets</groupId>
    <artifactId>ffmpeg</artifactId>
    <version>${ffmpeg.version}</version>
</dependency>

1. 查找摄像头设备

要采集摄像头的YUV数据，首先得知道摄像头的设备名称，可以通过FFmpeg来查找摄像头设备。

ffmpeg.exe -list_devices true -f dshow -i dummy

在我的电脑上结果显示如下：

其中 “Integrated Camera” 就是摄像头的设备名称。

2. 利用FFmpeg解码

采集摄像头数据即将摄像头作为视频流输入，通过FFmpeg解码获取视频帧，然后将视频帧转为YUV格式，最后将数据写入文件即可。
下面是FFmpeg解码的流程:

3. 开发视频帧采集器

根据FFmpeg的解码流程，实现视频帧采集器大概需要经过以下几个步骤：

首先需要使用av_register_all()这个函数完成编码器和解码器的初始化，只有初始化了编码器和解码器才能正常使用；另外要采集的是设备，所以还需要调用avdevice_register_all()完成初始化。

接着需要分配一个AVFormatContext，可以通过avformat_alloc_context()来分配AVFormatContext。

pFormatCtx = avformat_alloc_context();

通过avformat_open_input()来打开视频流，这里需要注意的是input format要指定为dshow，可以通过av_find_input_format("dshow")获取AVInputFormat对象。

ret = avformat_open_input(pFormatCtx, String.format("video=%s", input), av_find_input_format("dshow"), (AVDictionary) null);

需要注意的是，查找视频流之前需要调用avformat_find_stream_info()，下面是查找视频流的代码：

ret = avformat_find_stream_info(pFormatCtx, (AVDictionary) null);
for (int i = 0; i < pFormatCtx.nb_streams(); i++) {
    if (pFormatCtx.streams(i).codec().codec_type() == AVMEDIA_TYPE_VIDEO) {
        videoIdx = i;
        break;
    }
}

可以通过视频流来查找解码器，然后打开解码器，对视频流进行解码，Java代码如下：

pCodecCtx = pFormatCtx.streams(videoIdx).codec();
pCodec = avcodec_find_decoder(pCodecCtx.codec_id());
if (pCodec == null) {
    throw new FFmpegException("没有找到合适的解码器：" + pCodecCtx.codec_id());
}
// 打开解码器
ret = avcodec_open2(pCodecCtx, pCodec, (AVDictionary) null);
if (ret != 0) {
    throw new FFmpegException(ret, "avcodec_open2 解码器打开失败");
}

最后就是采集视频帧了，这里需要注意的是采集摄像头的视频流解码得到的不一定是YUV格式的视频帧，所以需要对视频帧进行转化一下（videoConverter.scale(pFrame)）。

public AVFrame grab() throws FFmpegException {
    if (av_read_frame(pFormatCtx, pkt) >= 0 && pkt.stream_index() == videoIdx) {
        ret = avcodec_decode_video2(pCodecCtx, pFrame, got, pkt);
        if (ret < 0) {
            throw new FFmpegException(ret, "avcodec_decode_video2 解码失败");
        }
        if (got[0] != 0) {
            return videoConverter.scale(pFrame);
        }
        av_packet_unref(pkt);
    }
    return null;
}

4. 将视频帧数据写入文件

通过视频解码之后可以得到YUV格式的视频帧，只需要将视频帧的数据写入文件就可以完成整个摄像头YUV数据的采集流程，RGB数据是存在AVFrame.data[0]中，而YUV格式的数据分三个地方存储，Y数据存在AVFrame.data[0]，U数据存在AVFrame.data[1]，V数据存在AVFrame.data[2]，其中U、V的数量是Y的1/4。
所以只需要根据YUV存储的位置和容量取出数据即可：

int fps = 25;
Yuv420PGrabber g = new Yuv420PGrabber();
g.open("Integrated Camera");

byte[] y = new byte[g.getVideoWidth() * g.getVideoHeight()];
byte[] u = new byte[g.getVideoWidth() * g.getVideoHeight() / 4];
byte[] v = new byte[g.getVideoWidth() * g.getVideoHeight() / 4];
//  1280x720
OutputStream fos = new FileOutputStream("yuv420p.yuv");
for (int i = 0; i < 200; i ++) {
    AVFrame avFrame = g.grab();
    avFrame.data(0).get(y);
    avFrame.data(1).get(u);
    avFrame.data(2).get(v);
    fos.write(y);
    fos.write(u);
    fos.write(v);
    Thread.sleep(1000 / fps);
}
fos.flush();
fos.close();

g.close();

5. 播放采集的YUV数据

采集的YUV数据可以通过YUV Player Deluxe，效果如下：

也可以通过ffplay来播放，命令如下

ffplay.exe -f rawvideo -video_size 1280x720 yuv420p.yuv

效果如下：

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