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opencv 之视频类 VideoCapture、VideoWriter详细介绍

news 来源：原创 2025/6/14 8:05:10

opencv 之视频类 VideoCapture、VideoWriter 详细介绍

VideoCapture 用于打开视频文件或者摄像头及设置相关属性
VideoWriter 用于保存视频文件及设置相关属性

1. VideoCapture

cv::VideoCapture 是 OpenCV 中用于从视频文件、图像序列或摄像头捕获视频的类。它是 OpenCV 视频处理模块的核心类之一。
cv::VideoCapture 提供了以下主要功能：
- 从视频文件（如 .avi, .mp4 等）读取帧
- 摄像头捕获实时视频流
- 从图像序列（一系列编号图像）读取帧
- 获取和设置视频属性（如帧率、分辨率等）
构造函数

// 默认构造函数
cv::VideoCapture();// 从文件或设备构造
cv::VideoCapture(const String& filename, int apiPreference = CAP_ANY);
cv::VideoCapture(int index, int apiPreference = CAP_ANY);参数说明：filename：视频文件名或图像序列模式（如 "img_%02d.jpg"）
index：摄像头索引（0 通常是默认摄像头）
apiPreference：指定使用的后端 API（如 CAP_FFMPEG, CAP_V4L2 等）

常用方法

//打开视频源
bool open(const String& filename, int apiPreference = CAP_ANY);
bool open(int index, int apiPreference = CAP_ANY);//检查是否成功打开
bool isOpened() const;

//读取帧
// 读取下一帧到 image
bool read(OutputArray image);// 等同于 read()，但返回是否成功
VideoCapture& operator >> (Mat& image);// 抓取下一帧（不解码）
bool grab();// 解码并返回抓取的帧
bool retrieve(OutputArray image, int flag = 0);

//获取/设置属性
double get(int propId) const;
bool set(int propId, double value);//常用属性 ID（在 cv::VideoCaptureProperties 中定义）：
CAP_PROP_FRAME_WIDTH - 帧宽度
CAP_PROP_FRAME_HEIGHT - 帧高度
CAP_PROP_FPS - 帧率
CAP_PROP_FRAME_COUNT - 总帧数（视频文件）
CAP_PROP_POS_FRAMES - 当前帧位置
CAP_PROP_POS_MSEC - 当前时间位置（毫秒）

//释放资源
void release();

使用示例

//示例1：从摄像头捕获
#include <opencv2/opencv.hpp>int main() {cv::VideoCapture cap(0); // 打开默认摄像头if (!cap.isOpened()) {std::cerr << "无法打开摄像头" << std::endl;return -1;}cv::Mat frame;while (true) {cap >> frame; // 或 cap.read(frame);if (frame.empty()) break;cv::imshow("摄像头", frame);if (cv::waitKey(30) >= 0) break;}cap.release();return 0;
}

//示例2：从视频文件读取
#include <opencv2/opencv.hpp>int main() {cv::VideoCapture cap("video.mp4");if (!cap.isOpened()) {std::cerr << "无法打开视频文件" << std::endl;return -1;}// 获取视频属性double fps = cap.get(cv::CAP_PROP_FPS);int width = cap.get(cv::CAP_PROP_FRAME_WIDTH);int height = cap.get(cv::CAP_PROP_FRAME_HEIGHT);std::cout << "视频信息: " << width << "x" << height << ", " << fps << " FPS" << std::endl;cv::Mat frame;while (cap.read(frame)) {cv::imshow("视频播放", frame);if (cv::waitKey(1000/fps) >= 0) break; // 按正确帧率显示}cap.release();return 0;
}

//示例3：从图像序列读取
cv::VideoCapture cap("img_%02d.jpg"); // 读取 img_00.jpg, img_01.jpg, ...

注意事项:
- 使用后务必调用 release() 释放资源
- 检查 isOpened() 确保视频源已正确打开
- 对于大视频文件，考虑使用 grab() + retrieve() 以提高性能
- 不同视频格式和编解码器的支持取决于安装的 OpenCV 版本和编解码器
- 在多线程环境中使用时需要注意线程安全

高级用法

//使用特定后端 API
cv::VideoCapture cap("video.mp4", cv::CAP_FFMPEG);//设置缓冲区大小
cap.set(cv::CAP_PROP_BUFFERSIZE, 1); // 减少延迟//多摄像头同步
cv::VideoCapture cap1(0), cap2(1);
cap1.grab(); cap2.grab(); // 同步抓取
cv::Mat frame1, frame2;
cap1.retrieve(frame1);
cap2.retrieve(frame2);

2. cv::VideoWriter

cv::VideoWriter 是 OpenCV 中用于写入视频文件或图像序列的类，与 cv::VideoCapture 相对应，用于视频的保存和输出。
cv::VideoWriter 提供以下主要功能：
- 将帧序列写入视频文件
- 支持多种视频格式（如 .avi, .mp4 等）
- 可设置视频编码器、帧率、分辨率等参数
- 支持多通道图像写入
构造函数

// 默认构造函数
cv::VideoWriter();// 带参数的构造函数
cv::VideoWriter(const String& filename, int fourcc, double fps, Size frameSize, bool isColor = true);参数说明：
filename：输出视频文件名
fourcc：四字符编码的编解码器（如 "MJPG", "X264"）
fps：输出视频的帧率
frameSize：视频帧的大小（宽度和高度）
isColor：是否为彩色视频（默认为 true）

常用方法

//打开视频写入器
bool open(const String& filename, int fourcc, double fps, Size frameSize, bool isColor = true);//检查是否成功打开
bool isOpened() const;

写入帧

// 写入一帧
void write(InputArray image);// 等同于 write()
VideoWriter& operator << (const Mat& image);//释放资源
void release();

四字符编码(FourCC)

FourCC 是视频编解码器的四字符代码，常见的有："MJPG" - Motion-JPEG
"XVID" - XVID MPEG-4
"X264" - H.264/AVC
"MP4V" - MPEG-4
"AVC1" - H.264
"H264" - H.264
"VP80" - VP8

//可以使用 cv::VideoWriter::fourcc() 函数生成 FourCC 代码：
int fourcc = cv::VideoWriter::fourcc('M', 'J', 'P', 'G');

使用示例

示例1：创建并写入视频文件
#include <opencv2/opencv.hpp>int main() {// 创建一个 VideoWriter 对象cv::VideoWriter writer;// 设置视频参数int fourcc = cv::VideoWriter::fourcc('M', 'J', 'P', 'G'); // 编解码器double fps = 30.0; // 帧率cv::Size frameSize(640, 480); // 帧大小// 打开视频文件writer.open("output.avi", fourcc, fps, frameSize, true);if (!writer.isOpened()) {std::cerr << "无法创建视频文件" << std::endl;return -1;}// 创建一些示例帧（这里用彩色渐变作为示例）for (int i = 0; i < 300; i++) { // 写入300帧cv::Mat frame(frameSize, CV_8UC3);// 创建渐变效果for (int y = 0; y < frame.rows; y++) {for (int x = 0; x < frame.cols; x++) {frame.at<cv::Vec3b>(y, x) = cv::Vec3b((x + i) % 256, // B(y + i) % 256, // G(x + y + i) % 256 // R);}}writer.write(frame); // 写入帧// 或者使用 writer << frame;cv::imshow("正在写入的视频", frame);if (cv::waitKey(30) >= 0) break;}writer.release(); // 释放资源cv::destroyAllWindows();return 0;
}

示例2：从摄像头捕获并保存视频
#include <opencv2/opencv.hpp>int main() {// 打开摄像头cv::VideoCapture cap(0);if (!cap.isOpened()) {std::cerr << "无法打开摄像头" << std::endl;return -1;}// 获取摄像头参数int frame_width = cap.get(cv::CAP_PROP_FRAME_WIDTH);int frame_height = cap.get(cv::CAP_PROP_FRAME_HEIGHT);double fps = cap.get(cv::CAP_PROP_FPS);if (fps <= 0) fps = 30; // 如果获取不到帧率，使用默认值// 创建 VideoWriterint fourcc = cv::VideoWriter::fourcc('X', 'V', 'I', 'D'); // XVID 编码cv::VideoWriter writer("camera_output.avi", fourcc, fps, cv::Size(frame_width, frame_height));if (!writer.isOpened()) {std::cerr << "无法创建视频文件" << std::endl;return -1;}cv::Mat frame;while (true) {cap >> frame; // 从摄像头捕获一帧if (frame.empty()) break;writer.write(frame); // 写入视频文件cv::imshow("摄像头捕获", frame);if (cv::waitKey(30) >= 0) break; // 按任意键退出}cap.release();writer.release();cv::destroyAllWindows();return 0;
}

示例3：使用不同编解码器
// 使用 H.264 编码
int fourcc = cv::VideoWriter::fourcc('H', '2', '6', '4');
cv::VideoWriter writer("h264_output.mp4", fourcc, 30.0, cv::Size(640, 480));// 使用 VP8 编码
int fourcc = cv::VideoWriter::fourcc('V', 'P', '8', '0');
cv::VideoWriter writer("vp8_output.webm", fourcc, 30.0, cv::Size(640, 480));

注意事项
- 1.编解码器支持：不是所有编解码器在所有系统上都可用，取决于安装的 OpenCV 版本和编解码器库
- 2.文件扩展名：文件扩展名应与编解码器匹配（如 .avi 用于 MJPG，.mp4 用于 H.264）
- 3.帧大小一致性：所有写入的帧必须与构造函数中指定的大小相同
- 4.颜色格式：如果构造函数中指定 isColor=true，则必须写入 3 通道 (BGR) 图像
- 5.性能考虑：视频编码可能很耗资源，高分辨率/高帧率视频可能需要优化
- 6.释放资源：务必调用 release() 以确保视频文件正确关闭
高级用法

检查编解码器支持
// 检查特定编解码器是否可用
if (!writer.isOpened()) {std::cerr << "编解码器不可用，尝试其他编解码器" << std::endl;fourcc = cv::VideoWriter::fourcc('M', 'J', 'P', 'G');writer.open("output.avi", fourcc, fps, frameSize);
}

写入灰度视频
// 创建灰度视频写入器
cv::VideoWriter writer("gray_output.avi", fourcc, fps, frameSize, false);// 写入灰度帧
cv::Mat grayFrame;
cv::cvtColor(colorFrame, grayFrame, cv::COLOR_BGR2GRAY);
writer.write(grayFrame);

设置视频质量
// 对于某些编解码器，可以设置质量参数
writer.set(cv::VIDEOWRITER_PROP_QUALITY, 95); // 质量百分比 (0-100)

多线程视频写入
// 在一个线程捕获，另一个线程写入
std::thread writerThread([&]() {while (!frames.empty() || capturing) {if (!frames.empty()) {writer.write(frames.front());frames.pop();}}
});