OpenCV下按視頻幀率（FPS）播放視頻

楊青錦

東北財經(jīng)大學(xué)津橋商學(xué)院， 大連 116023

OpenCV下按視頻幀率（FPS）播放視頻

楊青錦

東北財經(jīng)大學(xué)津橋商學(xué)院， 大連 116023

本文闡述了如何在OpenCV下按視頻幀率（FPS）播放視頻。程序使用了Windows系統(tǒng)下的高精度計時器控制視頻播放的幀間隔時間。本文給出了高精度計時器的使用方法、實現(xiàn)時間控制功能的主要程序片段，并在文章的最后比較了高精度計時器與一般計時函數(shù)的精度。

OpenCV；幀率；高精度計時器；播放視頻

OpenCV; fps; high-resolution timer; play video

OpenCV是Intel公司資助的開源計算機(jī)視覺庫。它提供了幾百個C/C++函數(shù)，實現(xiàn)了計算機(jī)視覺領(lǐng)域中大部分最常用的算法。使用OpenCV開發(fā)計算機(jī)視覺應(yīng)用程序，經(jīng)常要讀取從攝像機(jī)獲得的視頻流或視頻文件，獲得其中的每一幀，再對該幀進(jìn)行算法處理。如果要滿足程序交互性的需要，通常還要將算法處理過的幀按原視頻幀率（FPS, frame per second）顯示出來。OpenCV提供了視頻幀的讀取、顯示函數(shù)以及獲得視頻幀率屬性的函數(shù)，而按幀率決定的幀時間間隔顯示幀，則需要自己編程來解決。

在程序中，首先要取得視頻的幀率屬性，并由此計算出幀間隔時間，代碼如下：

CvCapture* cvCreateFileCapture( const char* filename )的參數(shù)是要讀取的文件名，函數(shù)返回指向CvCapture結(jié)構(gòu)體的指針，該指針的作用類似于我們用fopen()函數(shù)打開文件，返回的指向FILE結(jié)構(gòu)體的指針，之后我們可以通過這個指針操作視頻文件。如果程序是從攝像機(jī)讀取視頻，則用cvCreateCameraCapture（）代替該函數(shù)。

double cvGetCaptureProperty( CvCapture* capture, int property_id )的作用是得到視頻的屬性信息，參數(shù)CV_ CAP_PROP_FPS要求函數(shù)返回幀率。用1000除以幀率，就得到了以毫秒為單位的幀間隔時間。

通常一個處理視頻的OpenCV程序主循環(huán)如下所示：

IplImage* cvQueryFrame( CvCapture* capture )的功能是順序讀取視頻的一幀，如果視頻結(jié)束，則返回的指針為NULL。程序接下來將對幀進(jìn)行算法處理。在處理結(jié)束后，cvShowImage()將幀顯示在名為Video的窗口中。cvWaitKey(40)的作用是延時40毫秒。假如我們對每一幀不做任何算法處理，那么該循環(huán)體的功能，就是將該視頻以40毫秒的幀間隔（即25 fps)播放出來。然而在實際應(yīng)用中，算法處理部分總會占用不定量的時間，所以延時固定時長的做法是不成立的。要使循環(huán)體的執(zhí)行時間，即每一幀的處理時間，保持在幀率決定的幀間隔時間上，需要在循環(huán)體得首尾加入時間檢測代碼，即在開頭獲取開始時間，在末尾獲取結(jié)束時間，兩個時間的差值就是循環(huán)體執(zhí)行時間。如果循環(huán)體執(zhí)行時間小于幀間隔時間，則延時以確保循環(huán)體執(zhí)行時間滿足應(yīng)有的幀間隔時間。

在Windows操作系統(tǒng)下，我們用API函數(shù)QueryPerformanceFrequency()和QueryPerformanceCounter()進(jìn)行時間檢測。這兩個函數(shù)的聲明如下：

QueryPerformanceFrequency()的輸出值lpFrequency指向系統(tǒng)內(nèi)高精度性能計數(shù)器的頻率，QueryPerformanceCounter()的輸出值lpPerformanceCount指向調(diào)用時刻高精度性能計數(shù)器的計數(shù)。在使用時，兩次調(diào)用QueryPerformanceCounter()，所得結(jié)果的差值，除以QueryPerformanceFrequency()得到的頻率，就得到兩次調(diào)用的間隔時間。舉例來說，如QueryPerformanceFrequency()得到的高精度性能計數(shù)器的頻率是每秒50000次，先后兩次調(diào)用QueryPerformanceCounter()得到的值分別是1500和3500，那么兩次調(diào)用的時間間隔為(3500-1500)/50000=0.04秒。

上述兩個函數(shù)的參數(shù)都是 LARGE_ INTEGER* 類型，LARGE_INTEGER的定義如下：

由上可見，LARGE_INTEGER代表了一個64位的整數(shù)，在一般程序中，我們只需要使用其低32位，即DWORD LowPart。

實現(xiàn)時間控制功能的完整程序片段如下所示：

在一般的對實時性要求不高的程序中，常使用Windows API函數(shù)GetTickCount()獲取時間間隔。MSDN關(guān)于GetTickCount()的時間精度說明在10～16毫秒之間，這對于一般應(yīng)用程序中的耗時計算是足夠的，但對于幀時間間隔在毫秒級的視頻播放來說，就顯得精度不足了。MSDN推薦了高精度計時器QueryPerformanceFrequency()和QueryPerformanceCounter()用于更高精度的計時，雖然MSDN沒有明確說明高精度計時器的所能達(dá)到的精度，因其精度取決于計算機(jī)處理器，但在筆者的實際應(yīng)用中，高精度性能計數(shù)器完全可以滿足視頻播放的毫秒級精度。

最后補(bǔ)充一點(diǎn)，如果處理視頻的循環(huán)體執(zhí)行時間大于原視頻的幀間隔時間，造成視頻不能按原幀率播放，則需要優(yōu)化每幀的處理算法，使每幀的處理時間保持在限度之內(nèi)，滿足實時性的需求。

[1]劉瑞禎，于仕琪.OpenCV教程 基礎(chǔ)篇. 北京北京航空航天大學(xué)出版社, 2007.

[2]Intel OpenCV1.0安裝包自帶幫助文檔.http:// opencvlibrary.sourceforge.net/，2007.

[3]Microsoft MSDN. http://msdn.microsoft.com/，4/10/2011.

How to play video at its original fps in OpenCV

Yang Qingjin
Kingbridge College of Dongbei University of Finance & Economics Dalian 116023

This article depicts how to play video at its original fps in OpenCV. The program uses highresolution timer of Windows system to play video at a certain frame interval. This article demonstrates the usage of high-resolution timer and the code segment implementing time control. In the end, this article compares the resolution between high-resolution timer and common timer function.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.21.032

楊青錦，1982，男，碩士，物流系統(tǒng)中的計算機(jī)視覺應(yīng)用。