OpenCV入门（C++/Python）- 使用OpenCV读取和编写视频（二）

在OpenCV中读取和写入视频与读取和写入图像非常相似。视频只不过是一系列通常被称为帧的图像。因此，您只需要在视频序列中循环所有帧，然后一次处理一帧。在这篇文章中，我们将演示如何从文件、图像序列和网络摄像头中读取、显示和写入视频。我们还将调查流程中可能出现的一些错误，并帮助了解如何解决这些错误。

1.读取视频

让我们先浏览一下读取视频文件的代码示例。这本质上包含从磁盘读取视频并显示它的功能。随着您进一步推进，我们将详细讨论此实现中使用的功能。
Python

import cv2 
 
# Create a video capture object, in this case we are reading the video from a file
vid_capture = cv2.VideoCapture('Resources/Cars.mp4')
 
if (vid_capture.isOpened() == False):
  print("Error opening the video file")
# Read fps and frame count
else:
  # Get frame rate information
  # You can replace 5 with CAP_PROP_FPS as well, they are enumerations
  fps = vid_capture.get(5)
  print('Frames per second : ', fps,'FPS')
 
  # Get frame count
  # You can replace 7 with CAP_PROP_FRAME_COUNT as well, they are enumerations
  frame_count = vid_capture.get(7)
  print('Frame count : ', frame_count)
 
while(vid_capture.isOpened()):
  # vid_capture.read() methods returns a tuple, first element is a bool 
  # and the second is frame
  ret, frame = vid_capture.read()
  if ret == True:
    cv2.imshow('Frame',frame)
    # 20 is in milliseconds, try to increase the value, say 50 and observe
    key = cv2.waitKey(20)
     
    if key == ord('q'):
      break
  else:
    break
 
# Release the video capture object
vid_capture.release()
cv2.destroyAllWindows()

C++

// Include Libraries
#include<opencv2/opencv.hpp>
#include<iostream>
 
// Namespace to nullify use of cv::function(); syntax
using namespace std;
using namespace cv;
 
int main()
{
    
    
  // initialize a video capture object
  VideoCapture vid_capture("Resources/Cars.mp4");
 
  // Print error message if the stream is invalid
  if (!vid_capture.isOpened())
  {
    
    
    cout << "Error opening video stream or file" << endl;
  }
 
  else
  {
    
    
    // Obtain fps and frame count by get() method and print
    // You can replace 5 with CAP_PROP_FPS as well, they are enumerations
    int fps = vid_capture.get(5);
    cout << "Frames per second :" << fps;
 
    // Obtain frame_count using opencv built in frame count reading method
    // You can replace 7 with CAP_PROP_FRAME_COUNT as well, they are enumerations
    int frame_count = vid_capture.get(7);
    cout << "  Frame count :" << frame_count;
  }
 
 
  // Read the frames to the last frame
  while (vid_capture.isOpened())
  {
    
    
    // Initialise frame matrix
    Mat frame;
 
      // Initialize a boolean to check if frames are there or not
    bool isSuccess = vid_capture.read(frame);
 
    // If frames are present, show it
    if(isSuccess == true)
    {
    
    
      //display frames
      imshow("Frame", frame);
    }
 
    // If frames are not there, close it
    if (isSuccess == false)
    {
    
    
      cout << "Video camera is disconnected" << endl;
      break;
    }
     
    //wait 20 ms between successive frames and break the loop if key q is pressed
    int key = waitKey(20);
    if (key == 'q')
    {
    
    
      cout << "q key is pressed by the user. Stopping the video" << endl;
      break;
    }
 
 
  }
  // Release the video capture object
  vid_capture.release();
  destroyAllWindows();
  return 0;
}

下面是OpenCV视频I/O中的主要功能：

• cv2.VideoCapture - 创建一个视频捕获对象，这将有助于流式传输或显示视频。
• cv2.VideoWriter - 将输出视频保存到目录中。

此外，还有其他需要的功能，如cv2.imshow()、cv2.waitKey()和get()方法，该方法用于读取视频元数据，如帧高度、宽度、fps等。

1.1 从一个文件中读取

下面的下一个代码块使用VideoCapture()类创建一个VideoCapture对象，然后我们将使用它来读取视频文件。使用此类的语法如下所示：
VideoCapture(path, apiPreference)

Python

# Create a video capture object, in this case we are reading the video from a file
vid_capture = cv2.VideoCapture('Resources/Cars.mp4')

C++

# Create a video capture object, in this case we are reading the video from a file
VideoCapture vid_capture("Resources/Cars.mp4");

isOpened()

现在我们有一个视频捕获对象，我们可以使用isOpened()方法来确认视频文件是否已成功打开。isOpened()方法返回一个布尔值，指示视频流是否有效。否则，您将收到一条错误消息。错误信息可能意味着很多事情。其中之一是整个视频被损坏，或者一些帧被损坏了。
假设视频文件已成功打开，我们可以使用get()方法检索与视频流关联的重要元数据。请注意，这种方法不适用于网络摄像头。Get()方法从此处记录的枚举选项列表中取出单个参数。
在下面的示例中，我们提供了数字值5和7，它们对应于帧速（CAP_PROP_FPS）和帧计数（CAP_PROP_FRAME_COUNT）。可以提供数字值或名称。
Python

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if (vid_capture.isOpened() == False):
  print("Error opening the video file")
else:
  # Get frame rate information
 
  fps = int(vid_capture.get(5))
  print("Frame Rate : ",fps,"frames per second")  
 
  # Get frame count
  frame_count = vid_capture.get(7)
  print("Frame count : ", frame_count)

C++

if (!vid_capture.isOpened())
  {
    
    
    cout << "Error opening video stream or file" << endl;
  }
else
  {
    
    
            // Obtain fps and frame count by get() method and print
    int fps = vid_capture.get(5):
    cout << "Frames per second :" << fps;
    frame_count = vid_capture.get(7);
    cout << "Frame count :" << frame_count;
  }

在检索到与视频文件关联的所需元数据后，我们现在准备从文件中读取每个图像帧。这是通过使用vid_capture.read()方法创建一个循环并一次从视频流中读取一帧来实现的。

vid_capture.read()方法返回一个元组，其中第一个元素是布尔元素，下一个元素是实际的视频帧。当第一个元素为True时，它表示视频流包含要读取的帧。

如果有要读取的帧，您可以使用imshow()在窗口中显示当前帧，否则退出循环。请注意，您还使用waitKey()函数在视频帧之间暂停20ms。调用waitKey()函数可以让您监控键盘的用户输入。例如，在这种情况下，如果用户按下“q”键，您将退出循环。

Python

while(vid_capture.isOpened()):
  # vCapture.read() methods returns a tuple, first element is a bool 
  # and the second is frame
 
  ret, frame = vid_capture.read()
  if ret == True:
    cv2.imshow('Frame',frame)
    k = cv2.waitKey(20)
    # 113 is ASCII code for q key
    if k == 113:
      break
  else:
    break

C++

while (vid_capture.isOpened())
{
    
    
        // Initialize frame matrix
        Mat frame;
        // Initialize a boolean to check if frames are there or not
        bool isSuccess = vid_capture.read(frame);
        // If frames are present, show it
        if(isSuccess == true)
        {
    
    
            //display frames
            imshow("Frame", frame);
        }
 
        // If frames are not there, close it
        if (isSuccess == false)
        {
    
    
            cout << "Video camera is disconnected" << endl;
            break;
        }        
//wait 20 ms between successive frames and break the loop if key q is pressed
        int key = waitKey(20);
            if (key == 'q')
        {
    
    
            cout << "q key is pressed by the user. Stopping the video" << endl;
            break;
        }
    }

一旦视频流完全处理或用户过早退出循环，您将使用以下代码释放视频捕获对象（vid_capture）并关闭窗口：
Python

# Release the objects
vid_capture.release()
cv2.destroyAllWindows()

C++

// Release video capture object
vid_capture.release();
destroyAllWindows();

1.2 从图像序列中读取

从图像序列中处理图像帧与从视频流中处理帧非常相似。只需指定正在读取的图像文件。

在下面的示例中，使用视频捕获对象

但是，您只需指定图像序列，而不是指定视频文件
使用下图所示的符号（Cars%04d.jpg），其中%04d表示四位数的序列命名约定（例如Cars0001.jpg、Cars0002.jpg、Cars0003.jpg等）。

如果您指定了“Race_Cars_%02d.jpg”，那么您将寻找表单的文件：

（Race_Cars_01.jpg、Race_Cars_02.jpg、Race_Cars_03.jpg等…）。

第一个示例中描述的所有其他代码都是一样的。
Python

vid_capture = cv2.VideoCapture('Resources/Image_sequence/Cars%04d.jpg')

C++

VideoCapture vid_capture("Resources/Image_sequence/Cars%04d.jpg");

1.3 从网络摄像头读取

从网络摄像头阅读视频

从网络摄像头读取视频流也与上面讨论的示例非常相似。这怎么可能？这都要归功于OpenCV中视频捕获类的灵活性，为了方便起见，该类有几个重载功能，可以接受不同的输入参数。与其为视频文件或图像序列指定源位置，您只需给出视频捕获设备索引，如下所示。

如果您的系统有一个内置的网络摄像头，那么相机的设备索引将是“0”。

如果您的系统连接了多个摄像头，则与每个附加相机关联的设备索引会增加（例如1、2等）。
Python

	vid_capture = cv2.VideoCapture(0, cv2.CAP_DSHOW)

C++

VideoCapture vid_capture(0);

2.写入视频

现在让我们来看看如何写入视频。就像视频读取一样，我们可以写入来自任何来源（视频文件、图像序列或网络摄像头）的视频。要编写视频文件：

• 使用get()方法检索图像帧的高度和宽度。
• 初始化视频捕获对象（如前几节所述），使用之前描述的任何来源将视频流读取到内存中。
• 创建一个视频编写器对象。
• 使用视频编写器对象将视频流保存到磁盘

继续我们的运行示例，让我们从使用get()方法获取视频帧宽度和高度开始。
Python

# Obtain frame size information using get() method
frame_width = int(vid_capture.get(3))
frame_height = int(vid_capture.get(4))
frame_size = (frame_width,frame_height)
fps = 20

C++

// Obtain frame size information using get() method
Int frame_width = static_cast<int>(vid_capture.get(3));
int frame_height = static_cast<int>(vid_capture.get(4));
Size frame_size(frame_width, frame_height);
int fps = 20;

如前所述，VideoCapture()类的get()方法需要：

• 枚举列表中的单个参数，允许您检索与视频帧关联的各种元数据。

在这里下，通过指定3（CAP_PROP_FRAME_WIDTH）和4（CAP_PROP_FRAME_HEIGHT）来检索帧宽度和高度。在将视频文件写入磁盘时，您将在下面使用这些维度。

要编写视频文件，您需要首先从VideoWriter()类创建一个视频写入对象，如下代码所示。

VideoWriter()：

VideoWriter(filename, apiPreference, fourcc, fps, frameSize[, isColor])

VideoWriter()类接受以下参数：

• 文件名：输出视频文件的路径名
• apiPreference：API后端标识符
• Fourcc：编解码器的4个字符代码，用于压缩
• Fps：创建的视频流的帧速率
• Frame_size：视频帧的大小
• isColor：如果不是零，编码器将期望并编码颜色帧。否则，它将适用于灰度帧（该标志目前仅在Windows上受支持）。

以下代码创建视频编写器对象，从VideoWriter（）类输出。使用特殊的便利功能来检索四字符编解码器，这是视频编写器对象cv2的第二个参数。

• Python：VideoWriter_fourcc(‘M’、‘J’、‘P’、‘G’)
• C++：VideoWriter::fourcc（‘M’, ‘J’, ‘P’, ‘G’）

视频编解码器指定了视频流是如何压缩的。它将未压缩的视频转换为压缩格式，反之亦然。要创建AVI或MP4格式：

• AVI：cv2.VideoWriter_fourcc(‘M’,‘J’,‘P’,‘G’)
• MP4：cv2.VideoWriter_fourcc（*‘XVID’）

接下来的两个输入参数指定FPS中的帧速率和帧大小（宽度、高度）。

Python

# Initialize video writer object
output = cv2.VideoWriter('Resources/output_video_from_file.avi', cv2.VideoWriter_fourcc('M','J','P','G'), 20, frame_size)

C++

//Initialize video writer object
VideoWriter output("Resources/output.avi", VideoWriter::fourcc('M', 'J', 'P', 'G'),frames_per_second, frame_size);

现在已经创建了一个视频写入器对象，请使用它将视频文件写入磁盘，一次一帧。在这里，您正在以每秒20帧的速度将AVI视频文件写入磁盘。注意我们如何简化为从前面的示例中循环。
Python

while(vid_capture.isOpened()):
    # vid_capture.read() methods returns a tuple, first element is a bool 
    # and the second is frame
 
    ret, frame = vid_capture.read()
    if ret == True:
           # Write the frame to the output files
           output.write(frame)
    else:
         print(‘Stream disconnected’)
           break

C++

while (vid_capture.isOpened())
{
    
    
        // Initialize frame matrix
        Mat frame;
 
          // Initialize a boolean to check if frames are there or not
        bool isSuccess = vid_capture.read(frame);
 
        // If frames are not there, close it
        if (isSuccess == false)
        {
    
    
            cout << "Stream disconnected" << endl;
            break;
        }
 
 
            // If frames are present
        if(isSuccess == true)
        {
    
    
            //display frames
            output.write(frame);
                  // display frames
                  imshow("Frame", frame);
 
                  // wait for 20 ms between successive frames and break        
                  // the loop if key q is pressed
                  int key = waitKey(20);
                  if (key == ‘q’)
                  {
    
    
                      cout << "Key q key is pressed by the user. 
                      Stopping the video" << endl;
                      break;
                  }
        }
 }

最后，在下面的代码中，释放视频捕获和视频写入器对象。
Python

# Release the objects
vid_capture.release()
output.release()

C++

// Release the objects
vid_capture.release();
output.release();

3.读取或写入视频时可能面临的错误

3.1 视频读取

在读取帧时，如果路径错误或文件损坏或帧缺失，它可能会抛出错误。这就是为什么我们在while循环中使用if语句。如果ret == True，可以在行中看到。这样，只有当框架存在时，它才会处理它。以下是在这种情况下观察到的错误日志示例。它不是完整的日志，只包含关键参数。

cap_gstreamer.cpp:890: error: (-2) GStreamer: unable to start pipeline  in function

3.2 错误的路径：

当您提供视频的错误路径时，它不会使用VideoCapture()类显示任何错误或警告。当您尝试对视频帧进行任何操作时，会出现这些问题。为此，您可以使用一个简单的if块来检查您是否像我们在示例中所做的那样阅读了视频文件。这应该打印以下消息。

Error opening the video file

3.3 视频写作

在此步骤中，可能会出现各种错误。最常见的是帧大小错误和api首选项错误。如果帧大小与视频不相似，那么即使我们在输出目录中收到一个视频文件，它也会是空白的。

如果您正在使用NumPy形状方法来检索帧大小，请记住反向输出，因为OpenCV将返回高度x宽度x通道。如
果它抛出api首选项错误，我们可能需要在VideoCapture()参数中传递CAP_ANY标志。这可以在网络摄像头示例中看到，我们使用CAP_DHOW来避免生成警告。

以下是错误日志的示例：

当CAP_DSHOW未通过时：

[WARN:0]...cap_msmf.cpp(438) …. terminating async callback

当帧尺寸不正确时：

cv2.error: OpenCV(4.5.2) :-1: error: (-5:Bad argument) in 	function 'VideoWriter'
> Overload resolution failed:
>  - Can't parse 'frameSize'. Sequence item with index 	0 has a wrong type
>  - VideoWriter() missing required argument 'frameSize' (pos 5)
>  - VideoWriter() missing required argument 'params' (pos 5)
>  - VideoWriter() missing required argument 'frameSize' (pos 5)VideoWriter()缺少必需的参数'frameSize'（pos 5）