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程序代码篇---Python视频流


文章目录

  • 前言
  • 一、OpenCV 视频流处理
    • 1. 视频捕获基础
    • 2. 视频流属性设置与获取
    • 3. 视频写入
  • 二、高级视频流操作
    • 1. 多摄像头处理
    • 2. 视频流帧处理
    • 3. 视频流分析与统计
  • 三、其他视频处理库
    • 1. PyAV (FFmpeg 的 Python 绑定)
    • 2. imageio
  • 四、视频流处理优化技巧
    • 1. 多线程视频处理
    • 2. 视频流分辨率动态调整
    • 3. 硬件加速
  • 五、特殊视频流处理
    • 1. RTSP 视频流
    • 2. 视频流截图与保存
    • 3. 视频流叠加信息
  • 六、视频流处理常见问题解决
    • 1.视频延迟问题
    • 2.视频无法打开
    • 3.内存泄漏
    • 4.性能瓶颈
    • 5.视频写入问题


前言

视频流处理是计算机视觉应用的基础,Python 通过 OpenCV、PyAV、imageio 等库提供了强大的视频处理能力。下面我将简单较为全面介绍 Python 中视频流的相关操作。


一、OpenCV 视频流处理

1. 视频捕获基础

import cv2# 从摄像头捕获视频流
cap = cv2.VideoCapture(0)  # 0 表示默认摄像头# 从视频文件捕获
# cap = cv2.VideoCapture('video.mp4')while True:# 读取帧ret, frame = cap.read()if not ret:print("无法读取视频流")break# 显示帧cv2.imshow('Video Stream', frame)# 按'q'退出if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):break# 释放资源
cap.release()
cv2.destroyAllWindows()

2. 视频流属性设置与获取

# 获取视频属性
width = int(cap.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_WIDTH))
height = int(cap.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_HEIGHT))
fps = cap.get(cv2.CAP_PROP_FPS)
frame_count = int(cap.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_COUNT))print(f"分辨率: {width}x{height}")
print(f"帧率: {fps}")
print(f"总帧数: {frame_count}")# 设置视频属性
cap.set(cv2.CAP_PROP_FRAME_WIDTH, 640)
cap.set(cv2.CAP_PROP_FRAME_HEIGHT, 480)
cap.set(cv2.CAP_PROP_FPS, 30)

3. 视频写入

# 定义视频编码器
fourcc = cv2.VideoWriter_fourcc(*'XVID')  # 也可以使用 'MJPG', 'MP4V' 等# 创建 VideoWriter 对象
out = cv2.VideoWriter('output.avi', fourcc, 20.0, (640, 480))while cap.isOpened():ret, frame = cap.read()if not ret:break# 处理帧 (可选)gray = cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_BGR2GRAY)# 写入帧out.write(frame)cv2.imshow('frame', frame)if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):break# 释放资源
cap.release()
out.release()
cv2.destroyAllWindows()

二、高级视频流操作

1. 多摄像头处理

# 同时从多个摄像头捕获
cap1 = cv2.VideoCapture(0)  # 主摄像头
cap2 = cv2.VideoCapture(1)  # 外接摄像头while True:ret1, frame1 = cap1.read()ret2, frame2 = cap2.read()if not ret1 or not ret2:break# 水平拼接两个视频流combined = cv2.hconcat([frame1, frame2])cv2.imshow('Multi Camera', combined)if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):breakcap1.release()
cap2.release()
cv2.destroyAllWindows()

2. 视频流帧处理

def process_frame(frame):"""帧处理函数示例"""# 转换为灰度图gray = cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_BGR2GRAY)# 边缘检测edges = cv2.Canny(gray, 100, 200)# 转换为3通道以便与原图拼接edges = cv2.cvtColor(edges, cv2.COLOR_GRAY2BGR)# 水平拼接原图和边缘图processed = cv2.hconcat([frame, edges])return processedwhile True:ret, frame = cap.read()if not ret:break# 处理帧result = process_frame(frame)cv2.imshow('Processed Video', result)if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):break

3. 视频流分析与统计

import timeframe_count = 0
start_time = time.time()while True:ret, frame = cap.read()if not ret:breakframe_count += 1# 计算实时FPSelapsed_time = time.time() - start_timefps = frame_count / elapsed_time# 在帧上显示FPScv2.putText(frame, f"FPS: {fps:.2f}", (10, 30), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 1, (0, 255, 0), 2)cv2.imshow('Video with FPS', frame)if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):breakprint(f"平均FPS: {fps:.2f}")

三、其他视频处理库

1. PyAV (FFmpeg 的 Python 绑定)

import av# 打开视频文件
container = av.open('video.mp4')# 遍历视频帧
for frame in container.decode(video=0):# 转换为numpy数组img = frame.to_ndarray(format='bgr24')cv2.imshow('PyAV Video', img)if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):breakcontainer.close()
cv2.destroyAllWindows()

2. imageio

import imageio# 读取视频
reader = imageio.get_reader('video.mp4')for i, frame in enumerate(reader):cv2.imshow('imageio Video', frame)if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):breakreader.close()
cv2.destroyAllWindows()# 写入视频
writer = imageio.get_writer('output.mp4', fps=30)for i in range(100):# 生成或获取帧frame = generate_frame(i)writer.append_data(frame)writer.close()

四、视频流处理优化技巧

1. 多线程视频处理

from threading import Thread
import queueclass VideoStream:def __init__(self, src=0):self.stream = cv2.VideoCapture(src)self.stopped = Falseself.queue = queue.Queue(maxsize=128)  # 限制队列大小防止内存溢出def start(self):Thread(target=self.update, args=()).start()return selfdef update(self):while True:if self.stopped:returnif not self.queue.full():ret, frame = self.stream.read()if not ret:self.stop()returnself.queue.put(frame)def read(self):return self.queue.get()def stop(self):self.stopped = Trueself.stream.release()# 使用
vs = VideoStream(0).start()while True:frame = vs.read()cv2.imshow("Threaded Video", frame)if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):breakvs.stop()
cv2.destroyAllWindows()

2. 视频流分辨率动态调整

def rescale_frame(frame, percent=75):"""按百分比缩放帧"""width = int(frame.shape[1] * percent / 100)height = int(frame.shape[0] * percent / 100)dim = (width, height)return cv2.resize(frame, dim, interpolation=cv2.INTER_AREA)while True:ret, frame = cap.read()if not ret:break# 根据处理需求动态调整分辨率if perform_heavy_processing:frame = rescale_frame(frame, percent=50)else:frame = rescale_frame(frame, percent=100)cv2.imshow('Dynamic Scaling', frame)if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):break

3. 硬件加速

# 使用CUDA加速 (需要支持CUDA的OpenCV版本)
def setup_cuda():net = cv2.dnn.readNetFromCaffe(protoFile, weightsFile)net.setPreferableBackend(cv2.dnn.DNN_BACKEND_CUDA)net.setPreferableTarget(cv2.dnn.DNN_TARGET_CUDA)return net# 使用Intel OpenVINO加速
cap = cv2.VideoCapture(0)
cap.set(cv2.CAP_PROP_FOURCC, cv2.VideoWriter_fourcc(*'MJPG'))
cap.set(cv2.CAP_PROP_FRAME_WIDTH, 1280)
cap.set(cv2.CAP_PROP_FRAME_HEIGHT, 720)
cap.set(cv2.CAP_PROP_FPS, 30)

五、特殊视频流处理

1. RTSP 视频流

rtsp_url = "rtsp://username:password@ip_address:port/path"
cap = cv2.VideoCapture(rtsp_url)# 设置缓冲区大小减少延迟
cap.set(cv2.CAP_PROP_BUFFERSIZE, 1)while True:ret, frame = cap.read()if not ret:print("连接中断,尝试重连...")cap.release()cap = cv2.VideoCapture(rtsp_url)continuecv2.imshow('RTSP Stream', frame)if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):breakcap.release()
cv2.destroyAllWindows()

2. 视频流截图与保存

save_count = 0while True:ret, frame = cap.read()if not ret:breakcv2.imshow('Video', frame)key = cv2.waitKey(1) & 0xFFif key == ord('q'):breakelif key == ord('s'):  # 按's'保存当前帧save_count += 1filename = f"frame_{save_count}.jpg"cv2.imwrite(filename, frame)print(f"已保存: {filename}")

3. 视频流叠加信息

from datetime import datetimewhile True:ret, frame = cap.read()if not ret:break# 添加时间戳now = datetime.now()timestamp = now.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S")cv2.putText(frame, timestamp, (10, 30), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.6, (0, 255, 0), 2)# 添加边框cv2.rectangle(frame, (10, 10), (630, 470), (0, 0, 255), 2)cv2.imshow('Annotated Video', frame)if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):break

六、视频流处理常见问题解决

1.视频延迟问题

  1. 减少处理操作或优化代码
  2. 降低分辨率
  3. 使用多线程处理
  4. 设置 cv2.CAP_PROP_BUFFERSIZE 为 1

2.视频无法打开

  1. 检查文件路径或URL是否正确
  2. 检查视频编码格式是否支持
  3. 尝试使用不同的后端(如 cv2.CAP_DSHOW 等)

3.内存泄漏

  1. 确保正确释放资源(release())
  2. 避免在循环中不必要地创建对象
  3. 使用 with 语句管理资源

4.性能瓶颈

  1. 使用性能分析工具(如 cProfile)找出瓶颈
  2. 考虑使用Cython或Numba加速关键部分
  3. 启用硬件加速

5.视频写入问题

  1. 确保帧的大小与VideoWriter指定的尺寸匹配
  2. 检查编码器是否可用
  3. 尝试不同的文件扩展名(如 .avi, .mp4 等)

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