Opencv调用了Hikvision和其他摄像机(处理RTSP视频流)的方法,解决了内存溢出(解码时出错)或高延迟的问题,OpenCV,海康,威视,等,摄像头,rtsp,以及,出现,errorwhiledecoding,或者

发表时间:2021-05-11

摄像头与电脑的连接

首先,你需要获得hikvision摄像头的密码以及用户名(不知道的可以去打客服电话进行咨询),这里不做介绍;

其次,将电脑的ip设置与hikvision同频段,一般来说,海康威视的ip为192.168.1.64,电脑设置如下:
在这里插入图片描述

最后,使用IE浏览器(其他可能不支持),输入ip:192.168.1.64并登陆
在这里插入图片描述

输入用户名和密码即可获取视频画面(可以观察到,视频有畸变)
在这里插入图片描述

使用python+openCV获取监控画面

在使用openCV获取监控画面,具体代码如下

url格式为:“rtsp://用户名(一般默认admin):密码@网络IP(海康威视一般为:192.168.1.64)/Streaming/Channels/1”

import cv2

url = "rtsp://admin:*******@192.168.1.64/Streaming/Channels/1"
cap = cv2.VideoCapture(url)
ret, frame = cap.read()
while ret:
	# 读取视频帧
    ret, frame = cap.read()
	# 显示视频帧
    cv2.imshow("frame", frame)
	#等候1ms,播放下一帧,或者按q键退出
    if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
        break

#释放视频流
cap.release()
#关闭所有窗口
cv2.destroyAllWindows()

输出画面默认是1080P的高清画面,我们可以写一个resize方法,等比例缩为720P的画面,代码实现如下:

def img_resize(image):
    height, width = image.shape[0], image.shape[1]
    # 设置新的图片分辨率框架 640x369 1280×720 1920×1080
    width_new = 1280
    height_new = 720
    # 判断图片的长宽比率
    if width / height >= width_new / height_new:
        img_new = cv2.resize(image, (width_new, int(height * width_new / width)))
    else:
        img_new = cv2.resize(image, (int(width * height_new / height), height_new))
    return img_new

然后在显示之前调用该函数进行处理:

 	# 读取视频帧
    ret, frame = cap.read()
    # 显示视频帧
    img_new = img_resize(frame)
    cv2.imshow("frame", img_new)
    #等候1ms,播放下一帧,或者按q键退出

实现效果如下:

在这里插入图片描述

使用模型处理图像发生内存溢出与高延迟问题解决

我的毕业设计主要使用YOLOv3+deep-sort实现目标检测与实时跟踪,在这里不做详细的理论介绍,以及具体代码的实现,后面会有相关的博客进行专门系统性的讲述,这里主要讲一种处理内存溢出或者高延迟问题的有效解决方案,在使用模型处理图像之后,每次将处理的画面显示出来,只有三秒的时间(下面为处理后的画面)

然后随后就会发生内存溢出的现象,报错内容如下:

在这里插入图片描述

但是,当我使用电脑默认的摄像头,就发现非常的流畅,没有内存溢出的现象,这就十分的诡异,然后我猜测是不是因调用rtsp视频流或取得没帧的分辨率多大,导致检测速度过慢,引起传入帧数与处理帧数不对等引起的内存的溢出,但是我尝试减小了分辨率,甚至于获取的帧图像大小比电脑内置摄像头还有小,结果没有任何的改善;

解决这个问题也寻求网上很多解决方案,以下具体结合各位前辈做一下总结:

使用多线程解决:

首先,需要思考,为什么会造成这种现象?有大佬给出这样的解决方案:

在这里插入图片描述

FFMPEG Lib对在rtsp协议中的H264 videos不支持?

维基百科:

实时流协议 (Real Time Streaming Protocol, RTSP )是一种网络应用协议,专为娱乐和通信系统的使用,以控制 流媒体 服务器。该协议用于创建和控制终端之间的媒体会话。媒体服务器的客户端发布VCR命令,例如播放,录制和暂停,以便于实时控制从服务器到客户端(视频点播)或从客户端到服务器(语音录音)的媒体流。

FFmpeg 是一个开放源代码的自由软件,可以运行音频和视频多种格式的录影、转换、流功能[1],包含了libavcodec——这是一个用于多个项目中音频和视频的解码器库,以及libavformat——一个音频与视频格式转换库。

这个项目最初是由法国程序员法布里斯·贝拉(Fabrice Bellard)发起的,而现在是由迈克尔·尼德梅尔(Michael Niedermayer)在进行维护。许多FFmpeg的开发者同时也是MPlayer项目的成员,FFmpeg在MPlayer项目中是被设计为服务器版本进行开发。

2011年3月13日,FFmpeg部分开发人士决定另组Libav,同时制定了一套关于项目继续发展和维护的规则

不管怎么说,就是不支持的意思,就是无法实现,我尝试了这位博主的方法,然而并没有解决的问题,效果还是原来的效果,还是三秒,真就是三秒啊~

参考博客: 解决Python OpenCV 读取IP摄像头(RTSP等)出现error while decoding的问题

博主代码实现如下:

import cv2
import queue
import time
import threading
q=queue.Queue()
 
def Receive():
    print("start Reveive")
    cap = cv2.VideoCapture("rtsp://admin:admin_123@172.0.0.0")
    ret, frame = cap.read()
    q.put(frame)
    while ret:
        ret, frame = cap.read()
        q.put(frame)
 
 
def Display():
     print("Start Displaying")
     while True:
         if q.empty() !=True:
            frame=q.get()
            cv2.imshow("frame1", frame)
         if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
                break
 
if __name__=='__main__':
    p1=threading.Thread(target=Receive)
    p2 = threading.Thread(target=Display)
    p1.start()
    p2.start()

使用多进程

其实造成内存溢出,主要是由于利用opencv程序调取rtsp视频流时,处理程序要消耗的CPU时间过于长,VideoCapture的read是按帧读取所导致的,解决问题点在于把读取视频和处理视频分开,这样就可以消除因处理图片所导致的延迟。

其实使用多线程当然也可以实现两个动作分开进行,但是为什么几乎没有任何的效果呢?

原因主要是GIL的存在:

维基百科:

全局解释器锁 (英语:Global Interpreter Lock,缩写 GIL ),是 计算机程序设计语言 解释器 用于 同步 线程 的一种机制,它使得任何时刻仅有一个线程在执行。[ 1] 即便在 多核心处理器 上,使用 GIL 的解释器也只允许同一时间执行一个线程。常见的使用 GIL 的解释器有 CPython Ruby MRI

Windows 上为Win thread,完全由操作系统调度线程的执行。一个Python解释器进程内有一个主线程,以及多个用户程序的执行线程。即便使用 多核心CPU 平台,由于GIL的存在,也将禁止多线程的并行执行。

Python解释器进程内的多线程是以协作多任务方式执行。当一个线程遇到 I/O 任务时,将释放GIL。计算密集型(CPU-bound)的线程在执行大约100次解释器的计步(ticks)时,将释放GIL。计步(ticks)可粗略看作Python虚拟机的指令。计步实际上与时间片长度无关。可以通过sys.setcheckinterval()设置计步长度。

因此,选择使用多进程

  • 然后要考虑怎样在两个进程中传参的问题:
    • multiprocessing中有Quaue、SimpleQuaue等进程间传参类,还有Manager这个大管家。
    • Quaue这一类都是严格的数据结构队列类型
    • Manager比较特殊,它提供了可以在进程间传递的列表、字典等python原生类型
  • 还要考虑怎样才能达到处理进程可以在读取进程中得到最新的一帧:
    • 其实VideoCapture是一个天生的队列,先进先出。如果要达到实时获得最新帧的目的,就需要栈来存储视频帧,而不是队列。
    • 这样的话,Quaue这一大类就都没有可能了,肯定不能用它来传参。
    • 提到栈突然想到了python的列表,它的append和pop操作完全可以当”不严格“的栈来用。所以顺理成章地multiprocessing.Manager.list就是最好的进程间传参类型。
  • 再就是传参栈自动清理的问题,压栈频率肯定是要比出栈频率高的,时间一长就会在栈中积累大量无法出栈的视频帧,会导致程序崩溃,这就需要有一个自动清理机制:
    • 设置一个传参栈容量,每当达到这个容量就直接把栈清空,再利用gc库手动发起一次python垃圾回收。这样就不会导致严重的内存溢出和程序崩溃。

代码:

import os
import cv2
import gc
from multiprocessing import Process, Manager

# 向共享缓冲栈中写入数据:
def write(stack, cam, top: int) -> None:
    """
    :param cam: 摄像头参数
    :param stack: Manager.list对象
    :param top: 缓冲栈容量
    :return: None
    """
    print('Process to write: %s' % os.getpid())
    cap = cv2.VideoCapture(cam)
    while True:
        _, img = cap.read()
        if _:
            stack.append(img)
            # 每到一定容量清空一次缓冲栈
            # 利用gc库,手动清理内存垃圾,防止内存溢出
            if len(stack) >= top:
                del stack[:]
                gc.collect()


# 在缓冲栈中读取数据:
def read(stack) -> None:
    print('Process to read: %s' % os.getpid())
    while True:
        if len(stack) != 0:
            value = stack.pop()
            # 对获取的视频帧分辨率重处理
            img_new = img_resize(value)
            # 使用yolo模型处理视频帧
            yolo_img = yolo_deal(img_new)
            # 显示处理后的视频帧
            cv2.imshow("img", yolo_img)
            # 将处理的视频帧存放在文件夹里
            save_img(yolo_img)
            key = cv2.waitKey(1) & 0xFF
            if key == ord('q'):
                break


if __name__ == '__main__':
    # 父进程创建缓冲栈,并传给各个子进程:
    q = Manager().list()
    pw = Process(target=write, args=(q, url, 100))
    pr = Process(target=read, args=(q,))
    # 启动子进程pw,写入:
    pw.start()
    # 启动子进程pr,读取:
    pr.start()

    # 等待pr结束:
    pr.join()

    # pw进程里是死循环,无法等待其结束,只能强行终止:
    pw.terminate()

实时画面如下:
在这里插入图片描述

存入视频帧:
在这里插入图片描述

nice!
项目实现后续系统讲述…

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