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OpenCV调用海康威视等摄像头（处理rtsp视频流）方法以及，出现内存溢出（error while decoding）或者高延迟问题解决[通俗易懂]

全栈程序员站长

发布于 2022-11-02 07:49:01

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博客已搬家，欢迎访问新居：http://lukeyalvin.site，主要涉及SLAM相关方向，目前知识积累尚浅，多多指教！

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：

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

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）

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：

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：

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：

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与Ruby MRI。在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()