Qt+FFmpeg 实现摄像头采集并录制 YUV 格式视频

一、前言

本文主要记录通过 Qt 结合 FFmpeg 实现从摄像头采集视频数据，并将采集到的数据保存为 YUV 格式文件的过程。涉及 FFmpeg 设备操作、Qt 多线程编程等核心知识点，适合有一定 Qt 和 FFmpeg 基础的开发者学习参考。

二、环境准备

1. 开发框架：Qt 5/6（本文以 Qt 为例，核心逻辑不依赖具体版本）
2. FFmpeg 库：需包含libavdevice、libavformat、libavutil、libavcodec等核心库
3. 系统环境：本文以 Windows 系统为例，使用 dshow（DirectShow）作为设备输入格式

三、核心代码解析

3.1 线程类头文件（audiothread.h）

由于视频采集是耗时操作，需放在子线程中执行，避免阻塞主线程（UI 线程）。

#ifndef AUDIOTHREAD_H #define AUDIOTHREAD_H #include <QThread> class audioThread : public QThread { Q_OBJECT private: void run(); // 线程执行函数，重写QThread的run方法 public: explicit audioThread(QObject *parent = nullptr); ~audioThread(); }; #endif // AUDIOTHREAD_H

3.2 线程实现文件（audiothread.cpp）

核心逻辑集中在该文件，包含 FFmpeg 设备打开、数据采集、文件写入、资源释放等步骤。

3.2.1 头文件与宏定义

#include "audiothread.h" #include <qdebug.h> #include <qfile.h> // 引入FFmpeg的C语言接口 extern "C"{ #include <libavdevice/avdevice.h> #include <libavformat/avformat.h> #include <libavutil/avutil.h> #include <libavutil/imgutils.h> #include <libavcodec/avcodec.h> } // Windows系统下的设备配置 #ifdef Q_OS_WIN #define FMT_NAME "dshow" // 设备输入格式（dshow） #define DEVICE_NAME "video=Integrated Webcam" // 摄像头设备名称 #define FILENAME "D:/out.yuv" // YUV文件保存路径 #endif // 错误信息格式化宏 #define ERROR_BUF(ret) \ char errbuf[1024]; \ av_strerror(ret,errbuf,sizeof(errbuf));

3.2.2 构造与析构函数

audioThread::audioThread(QObject *parent):QThread{parent} { // 线程结束时自动回收内存 connect(this,&audioThread::finished, this,&audioThread::deleteLater); } audioThread::~audioThread() { disconnect(); // 断开所有信号槽连接 requestInterruption(); // 请求线程中断 quit(); // 退出事件循环 wait(); // 等待线程结束 qDebug() << this << "析构（内存被回收）"; }

3.2.3 核心采集逻辑（run 方法）

void audioThread::run() { qDebug() << this << "开始执行------"; // 1. 获取输入格式对象（dshow） AVInputFormat *fmt = av_find_input_format(FMT_NAME); if(!fmt){ qDebug() << "av_find_input_format error" << FMT_NAME; return; } // 2. 初始化格式上下文（操作设备的核心上下文） AVFormatContext *ctx = nullptr; AVDictionary *options = nullptr; // 设置采集参数：分辨率、像素格式、帧率 av_dict_set(&options,"video_size","1280x720",0); av_dict_set(&options,"pixel_format","yuyv422",0); av_dict_set(&options,"framerate","10",0); // 3. 打开摄像头设备 int ret = avformat_open_input(&ctx,DEVICE_NAME,fmt,&options); if(ret < 0){ ERROR_BUF(ret); qDebug() << "avformat_open_input error" << errbuf; return; } // 4. 打开YUV文件用于写入 QFile file(FILENAME); if(!file.open(QFile::WriteOnly)){ qDebug() << "file open error" << FILENAME; avformat_close_input(&ctx); // 失败时关闭设备 return; } // 5. 计算一帧视频数据的大小 AVCodecParameters *params = ctx->streams[0]->codecpar; AVPixelFormat pixFmt = (AVPixelFormat)params->format; int imageSize = av_image_get_buffer_size( pixFmt, params->width, params->height, 1); // 6. 循环采集视频数据 AVPacket *pkt = av_packet_alloc(); // 分配数据包 while(!isInterruptionRequested()){ // 检查是否需要中断 ret = av_read_frame(ctx,pkt); // 读取一帧数据 if(ret == 0){ // 读取成功 // 将数据写入YUV文件 file.write((const char*)pkt->data,imageSize); av_packet_unref(pkt); // 释放数据包引用 }else if(ret == AVERROR(EAGAIN)){ // 资源临时不可用，继续循环 continue; }else{ // 其他错误，退出循环 ERROR_BUF(ret); qDebug() << "av_read_frame error" << errbuf << ret; break; } } // 7. 释放资源 av_packet_free(&pkt); // 释放数据包 file.close(); // 关闭文件 avformat_close_input(&ctx); // 关闭设备 qDebug() << this << "正常结束------"; }

3.3 主窗口逻辑（mainwindow 相关）

3.3.1 头文件（mainwindow.h）

#ifndef MAINWINDOW_H #define MAINWINDOW_H #include <QMainWindow> #include "audiothread.h" QT_BEGIN_NAMESPACE namespace Ui { class MainWindow; } QT_END_NAMESPACE class MainWindow : public QMainWindow { Q_OBJECT public: MainWindow(QWidget *parent = nullptr); ~MainWindow(); private slots: void on_playBtn_clicked(); // 按钮点击槽函数 private: Ui::MainWindow *ui; audioThread *_audioThread = nullptr; // 采集线程指针 }; #endif // MAINWINDOW_H

3.3.2 实现文件（mainwindow.cpp）

#include "mainwindow.h" #include "ui_mainwindow.h" MainWindow::MainWindow(QWidget *parent) : QMainWindow(parent) , ui(new Ui::MainWindow) { ui->setupUi(this); } MainWindow::~MainWindow() { delete ui; } void MainWindow::on_playBtn_clicked() { if(!_audioThread){ // 开始采集 _audioThread = new audioThread(this); _audioThread->start(); // 启动线程 // 线程结束后重置指针并恢复按钮文字 connect(_audioThread,&audioThread::finished, [this](){ _audioThread = nullptr; ui->playBtn->setText("开始录视频"); }); ui->playBtn->setText("结束录视频"); }else{ // 停止采集 _audioThread->requestInterruption(); // 请求线程中断 _audioThread = nullptr; ui->playBtn->setText("开始录视频"); } }

3.4 程序入口（main.cpp）

#include "mainwindow.h" #include <QApplication> extern "C"{ #include <libavdevice/avdevice.h> } int main(int argc, char *argv[]) { avdevice_register_all(); // 注册FFmpeg所有设备 QApplication a(argc, argv); MainWindow w; w.show(); return a.exec(); }

四、关键知识点总结

4.1 FFmpeg 核心操作流程

1. avdevice_register_all()：注册所有 FFmpeg 设备，必须在操作设备前调用；
2. av_find_input_format()：根据格式名称（如 dshow）获取输入格式对象；
3. avformat_open_input()：打开设备 / 文件，初始化格式上下文；
4. av_read_frame()：从设备读取一帧视频数据（封装在 AVPacket 中）；
5. avformat_close_input()：关闭设备，释放格式上下文资源；
6. av_image_get_buffer_size()：计算指定分辨率、像素格式的单帧视频数据大小。

4.2 Qt 多线程注意事项

1. 耗时操作（如视频采集）必须放在QThread::run()方法中，避免阻塞 UI；
2. 线程中断通过requestInterruption()+isInterruptionRequested()配合实现，优雅停止线程；
3. 线程结束后通过finished信号关联deleteLater()，自动回收线程内存，避免内存泄漏；
4. 主线程与子线程的交互尽量通过信号槽，避免直接操作子线程对象。

4.3 YUV 文件验证

采集完成后，可通过 FFmpeg 的 ffplay 工具验证 YUV 文件是否有效：

ffplay -f rawvideo -pixel_format yuyv422 -video_size 1280x720 -framerate 10 D:/out.yuv

五、常见问题与解决

1. avformat_open_input 失败：

   • 检查设备名称是否正确（Windows 下可通过ffmpeg -list_devices true -f dshow -i dummy查看摄像头名称）；
   • 确认 FFmpeg 编译时包含了 dshow 模块；
   • 检查权限（摄像头是否被其他程序占用）。

2. 采集数据写入文件后无法播放：

   • 确认像素格式、分辨率、帧率与 ffplay 播放参数一致；
   • 检查单帧数据大小计算是否正确，避免写入数据长度错误。

3. 线程退出时崩溃：

   • 确保退出时释放所有 FFmpeg 资源（AVPacket、AVFormatContext 等）；
   • 析构函数中先请求中断，再调用 quit () 和 wait ()，等待线程完全结束后再释放资源。

六、总结

本文通过 Qt+FFmpeg 实现了摄像头视频采集并保存为 YUV 格式文件，核心是掌握 FFmpeg 设备操作流程和 Qt 多线程编程规范。YUV 作为原始视频格式，是音视频开发的基础，理解其采集过程有助于后续学习编码（如 H.264/H.265）、封装（如 MP4）等进阶知识点。