深度解读 OpenCV中的VideoCapture视频读取

引言

深度解析OpenCV中VideoCapture对象背后的视频编码与解码的第三方库支持与速度之谜。

支持的第三编解码库与类型

我们都知道OpenCV中的VideoCapture视频读取是借助其它的第三方库来完成编码与解码的过程，当前支持的视频解码主要有：

mkv / mpeg2mkv / h264mkv / h265     mkv / vp8        mp4 / mpeg2 mp4 / h264mp4 / h265avi / mpeg2avi / h264       avi / vp8

视频编码主要有：

mkv / mpeg2mkv / h264mkv / vp8mp4 / h264     avi / mpeg2avi / h264avi / vp8

我们最常见的OpenCV中读取视频文件的函数VideoCapture参数解释如下：

cv::VideoCapture::VideoCapture(         const String &        filename,         int apiPreference = CAP_ANY)

其中参数filename表示文件名称，大家经常忽略第二个参数默认值为CAP_ANY，意思是系统自动检测选择。当读取摄像头或者IP视频流的时候：

cv::VideoCapture::VideoCapture(         int  index,         int apiPreference = CAP_ANY)

其中index表示相机的ID标识。

当读取视频文件时候第二个参数的可以设置为：

cv::CAP_FFMPEGcv::CAP_INTEL_MFX

当读取摄像头或者视频流时候，第二个参数可以设置为

cv::CAP_DSHOW // windows只支持cv::CAP_MSMFcv::CAP_V4L

如何查询当前OpenCV版本支持哪些视频编码与解码的第三方后端库，可以通过下面的代码完成：

std::vector<cv::VideoCaptureAPIs> vcs = cv::videoio_registry::getBackends();for (auto item : vcs) {    std::cout << "name:" << cv::videoio_registry::getBackendName(item) << std::endl;}

运行结果如下：

我的版本是OpenVINO2021.02+OpenCV4.5.1的联合编译版本。所以支持GSTREAMER与INTEL_MFX两个后端库。视频文件解码采用FFMPEG与英特尔MFX库时的对比演示代码如下：

// cv::VideoCapture cap("D:/test.h264", cv::CAP_INTEL_MFX);// cv::VideoCapture cap("D:/test.h264", cv::CAP_FFMPEG);// cv::VideoCapture cap("D:/images/video/play_football.mp4", cv::CAP_FFMPEG);cv::VideoCapture cap(0, cv::CAP_DSHOW);cv::Mat frame;cv::TickMeter tick;int fps = cap.get(cv::CAP_PROP_FPS);int h = cap.get(cv::CAP_PROP_FRAME_HEIGHT);int w = cap.get(cv::CAP_PROP_FRAME_WIDTH);std::cout << "fps:" << fps << " heigh:" << h << " width:" << w << std::endl;// cv::VideoWriter writer("D:/test.h264", cv::VideoWriter::fourcc('H', '2', '6', '4'), fps, cv::Size(w, h), true);while (true){    tick.start();    bool ret = cap.read(frame);    tick.stop();    if (!ret) {        break;    }    double res_fps = tick.getCounter() / tick.getTimeSec();    std::cout << tick.getCounter() << " frames in " << tick.getTimeSec() << " sec ~ " << res_fps << " FPS" << " (total time: " << tick.getTimeSec() << " sec)" << std::endl;    cv::imshow("input", frame);    char c = cv::waitKey(1);    // writer.write(frame);    if (c == 27) {        break;    }}// writer.release();cap.release();return 0;

加速解码

默认下载的OpenCV在Widnows下面只支持CAP_DSHOW这种方式实时视频流解码读取，这种方式我测试下来实时性能没有直接读取视频文件方式高效。单纯的读取我的电脑自带摄像头(酷睿i7 CPU第八代)速度大致只有35FPS左右，而我读取视频文件通过FFMPEG支持，可以轻松达到每秒220FPS左右。而且OpenCV中的FFMPEG是不支持硬件加速的版本，响应更好的响应视频流水线操作就绝对不能这么读取，有什么好的办法？结合OpenCV有个技术线路可以提高视频流的解码速度，提升流水线作业效率。

方法：使用GSTREAMER支持方式

相比FFMPEG第三方库，GSTREAMER支持多种后端，通过软件支持硬件加速的方式解码视频与流水线解码视频操作，同时还支持异步操作，这一波操作之后，解码速度会比最原始的OpenCV自动检测得到的方法要快N多，官方实验给出的数据如下：

实事证明的确可以加速很多！该方法只在ubuntu系统下验证过，widnows系统下还没有验证过，官方说 in theory， can run~~~~作为技术人员看到这句话你懂的，就是坑很多，你自己看着办！

此外就是彻底放弃Windows的DSHOW，有钱买个加速卡，直接硬件解码加速，这样就无忧了。

为了让大家更好得理解与使用OpenVINO框架，我特别整理了OpenVINO计算机视觉加速的学习路径，图示如下：