Linux小项目-行车记录仪项目设计
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Linux小项目-行车记录仪项目设计相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
1. 前言
行车记录这个设备相信大家应该都不陌生，它的功能主要是记录车辆行驶途中的影像及声音。
安装行车记录仪后，能够记录汽车行驶全过程的视频图像和声音，可为交通事故提供证据，喜欢自驾游的人，还可以用它来记录征服艰难险阻的过程。开车时边走边录像，同时把时间、速度、所在位置都记录在录像里，相当黑匣子。现在横穿马路的行车、摩托车，不交通规则形势的汽车也经常遇到，万一和他们产生了刮碰，有可能会被敲诈勒索，如果有了行车记录仪，司机可为自己提供有效的证据。
这篇文章就介绍在Linux最小系统开发板上如何实现行车记录仪的功能，开发板自带了8G的EMMC，也可以外扩SD卡。
首先，在设计行车记录仪这个项目之前，要先了解清楚行车记录仪的功能。
（1）行车记录运行起来后，需要间隔循环录制视频保存，一般是1~10分钟一段视频，这样设计的原理是方便按时间查找视频，也防止以为情况损坏视频编码， 导致视频无法正常播放。
（2）当车辆发生碰撞、急刹车等紧急情况下，自动录制视频当前时间段视频保存，方便后续直接查看。这个功能需要加速度计的支持，检测车辆的紧急刹车，碰撞等姿态。
当前项目里摄像头采用USB免驱摄像头替代，视频编码功能采用ffmpeg实现，所以需要交叉编译ffmpeg到嵌入式开发板上。
2. ffmpeg的交叉编译
ffmpeg下载地址: http://www.ffmpeg.org/download.html
[root@xl ffmpeg]# tar xvf ffmpeg-3.0.2.tar.bz2
[root@xl ffmpeg]# ./configure --disable-shared --enable-static --prefix=_install --cross-prefix=/work/arm-linux-gcc/opt/FriendlyARM/toolschain/4.5.1/bin/arm-linux- --arch=arm --target-os=linux --enable-gpl --disable-bzlib --disable-zlib --extra-cflags=-I/work/ffmpeg/x264/x264-snapshot-20160527-2245/_install/include/ --extra-ldflags=-L/work/ffmpeg/x264/x264-snapshot-20160527-2245/_install/lib --enable-ffserver --enable-ffmpeg --enable-libx264
[root@xl ffmpeg-3.0.2]# make && make install
编译ffmpeg还需要x264的库，编译ffmpeg前，需要先编译x264库。
x264库下载地址: http://www.videolan.org/developers/x264.html
编译的步骤如下:
[root@xl x264]# tar -xjvf last_x264.tar.bz2
[root@xl x264-snapshot-20160527-2245]# ./configure --prefix=$PWD/_install --disable-asm
修改配置文件
[root@xl x264-snapshot-20160527-2245]# gedit config.mak
SYS_ARCH=X86改为ARCH=ARM
CC=gcc改为CC=arm-linux-gcc
LD=gcc -o改为LD=arm-linux-gcc -o
RANLIB=ranlib改为RANLIB=arm-linux-ranlib
AR=ar rc 改为AR=arm-linux-ar rc
取消两个选项
CFLAGS=-Wshadow -O3 -ffast-math -m32 -Wall -I. -I$(SRCPATH) -std=gnu99 -D_GNU_SOURCE -mpreferred-stack-boundary=5 -fomit-frame-pointer -fno-tree-vectorize
改为
CFLAGS=-Wshadow -O3 -ffast-math -Wall -I. -I$(SRCPATH) -std=gnu99 -D_GNU_SOURCE -fomit-frame-pointer -fno-tree-vectorize
[root@xl x264-snapshot-20160527-2245]# make && make install
3. 项目代码
下面的代码较多，直接将整份代码放在一个.c文件里，关于功能的解释在代码里都写了注释。
涉及到的技术有：ffmpeg的编码录制、声卡PCM数据采集，USB摄像头数据采集。
声卡的采集采用了alsa框架接口，USB摄像头使用的是V4L2框架接口。
下面代码实现的功能是10秒录制一段视频保存，视频文件名称使用时间命名，只是贴出了应用层的代码，加速度计mma766的驱动代码在上几篇文章里已经讲过了，这里就不再重复贴出来了。
具体实现的代码如下：
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <math.h>
#include <time.h>
#include <libavutil/avassert.h>
#include <libavutil/channel_layout.h>
#include <libavutil/opt.h>
#include <libavutil/mathematics.h>
#include <libavutil/timestamp.h>
#include <libavformat/avformat.h>
#include <libswscale/swscale.h>
#include <libswresample/swresample.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <linux/videodev2.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <poll.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <pthread.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <alsa/asoundlib.h>
#include <signal.h>
#include <pthread.h>
#define STREAM_DURATION 10.0 /*录制10秒的视频，由于缓冲的原因，一般只有8秒*/
#define STREAM_FRAME_RATE 15 /* 15 images/s avfilter_get_by_name */
#define STREAM_PIX_FMT AV_PIX_FMT_YUV420P /* default pix_fmt */
#define SCALE_FLAGS SWS_BICUBIC
//固定摄像头输出画面的尺寸
#define VIDEO_WIDTH 640
#define VIDEO_HEIGHT 480
//存放从摄像头读出转换之后的数据
unsigned char YUV420P_Buffer[VIDEO_WIDTH*VIDEO_HEIGHT*3/2];
unsigned char YUV420P_Buffer_temp[VIDEO_WIDTH*VIDEO_HEIGHT*3/2];
/*一些摄像头需要使用的全局变量*/
unsigned char *image_buffer[4];
int video_fd;
pthread_mutex_t mutex;
pthread_cond_t cond;
/*一些audio需要使用的全局变量*/
pthread_mutex_t mutex_audio;
extern int capture_audio_data_init( char *audio_dev);
extern int capture_audio_data(snd_pcm_t *capture_handle,int buffer_frames);
/*
进行音频采集，采集pcm数据并直接保存pcm数据
音频参数：
声道数： 2
采样位数： 16bit、LE格式
采样频率： 44100Hz
*/
#define AudioFormat SND_PCM_FORMAT_S16_LE //指定音频的格式,其他常用格式：SND_PCM_FORMAT_U24_LE、SND_PCM_FORMAT_U32_LE
#define AUDIO_CHANNEL_SET 1 //1单声道 2立体声
#define AUDIO_RATE_SET 44100 //音频采样率,常用的采样频率: 44100Hz 、16000HZ、8000HZ、48000HZ、22050HZ
FILE *pcm_data_file=NULL;
int buffer_frames;
snd_pcm_t *capture_handle;
snd_pcm_format_t format=AudioFormat;
//保存音频数据链表
struct AUDIO_DATA
unsigned char* audio_buffer;
struct AUDIO_DATA *next;
;
//定义一个链表头
struct AUDIO_DATA *list_head=NULL;
struct AUDIO_DATA *List_CreateHead(struct AUDIO_DATA *head);
void List_AddNode(struct AUDIO_DATA *head,unsigned char* audio_buffer);
void List_DelNode(struct AUDIO_DATA *head,unsigned char* audio_buffer);
int List_GetNodeCnt(struct AUDIO_DATA *head);
// 单个输出AVStream的包装器
typedef struct OutputStream
AVStream *st;
AVCodecContext *enc;
/* 下一帧的点数*/
int64_t next_pts;
int samples_count;
AVFrame *frame;
AVFrame *tmp_frame;
float t, tincr, tincr2;
struct SwsContext *sws_ctx;
struct SwrContext *swr_ctx;
OutputStream;
static int write_frame(AVFormatContext *fmt_ctx, const AVRational *time_base, AVStream *st, AVPacket *pkt)
/*将输出数据包时间戳值从编解码器重新调整为流时基 */
av_packet_rescale_ts(pkt, *time_base, st->time_base);
pkt->stream_index = st->index;
/*将压缩的帧写入媒体文件*/
return av_interleaved_write_frame(fmt_ctx, pkt);
/* 添加输出流。 */
static void add_stream(OutputStream *ost, AVFormatContext *oc,
AVCodec **codec,
enum AVCodecID codec_id)
AVCodecContext *c;
int i;
/* find the encoder */
*codec = avcodec_find_encoder(codec_id);
if (!(*codec))
fprintf(stderr, "Could not find encoder for '%s'\\n",
avcodec_get_name(codec_id));
exit(1);
ost->st = avformat_new_stream(oc, NULL);
if (!ost->st)
fprintf(stderr, "Could not allocate stream\\n");
exit(1);
ost->st->id = oc->nb_streams-1;
c = avcodec_alloc_context3(*codec);
if (!c)
fprintf(stderr, "Could not alloc an encoding context\\n");
exit(1);
ost->enc = c;
switch ((*codec)->type)
case AVMEDIA_TYPE_AUDIO:
c->sample_fmt = (*codec)->sample_fmts ? (*codec)->sample_fmts[0] : AV_SAMPLE_FMT_FLTP;
c->bit_rate = 64000; //设置码率
c->sample_rate = 44100; //音频采样率
c->channels= av_get_channel_layout_nb_channels(c->channel_layout);
c->channel_layout = AV_CH_LAYOUT_MONO; AV_CH_LAYOUT_MONO 单声道 AV_CH_LAYOUT_STEREO 立体声
c->channels = av_get_channel_layout_nb_channels(c->channel_layout);
ost->st->time_base = (AVRational) 1, c->sample_rate ;
break;
case AVMEDIA_TYPE_VIDEO:
c->codec_id = codec_id;
//码率：影响体积，与体积成正比：码率越大，体积越大；码率越小，体积越小。
c->bit_rate = 400000; //设置码率 400kps
/*分辨率必须是2的倍数。 */
c->width =VIDEO_WIDTH;
c->height = VIDEO_HEIGHT;
/*时基：这是基本的时间单位（以秒为单位）
*表示其中的帧时间戳。 对于固定fps内容，
*时基应为1 / framerate，时间戳增量应为
*等于1。*/
ost->st->time_base = (AVRational)1,STREAM_FRAME_RATE;
c->time_base = ost->st->time_base;
c->gop_size = 12; /* 最多每十二帧发射一帧内帧 */
c->pix_fmt = STREAM_PIX_FMT;
c->max_b_frames = 0; //不要B帧
if (c->codec_id == AV_CODEC_ID_MPEG1VIDEO)
c->mb_decision = 2;
break;
default:
break;
/* 某些格式希望流头分开。 */
if (oc->oformat->flags & AVFMT_GLOBALHEADER)
c->flags |= AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER;
/**************************************************************/
/* audio output */
static AVFrame *alloc_audio_frame(enum AVSampleFormat sample_fmt,
uint64_t channel_layout,
int sample_rate, int nb_samples)
AVFrame *frame = av_frame_alloc();
frame->format = sample_fmt;
frame->channel_layout = channel_layout;
frame->sample_rate = sample_rate;
frame->nb_samples = nb_samples;
if(nb_samples)
av_frame_get_buffer(frame, 0);
return frame;
static void open_audio(AVFormatContext *oc, AVCodec *codec, OutputStream *ost, AVDictionary *opt_arg)
AVCodecContext *c;
int nb_samples;
int ret;
AVDictionary *opt = NULL;
c = ost->enc;
av_dict_copy(&opt, opt_arg, 0);
ret = avcodec_open2(c, codec, &opt);
av_dict_free(&opt);
/*下面3行代码是为了生成虚拟的声音设置的频率参数*/
ost->t = 0;
ost->tincr = 2 * M_PI * 110.0 / c->sample_rate;
ost->tincr2 = 2 * M_PI * 110.0 / c->sample_rate / c->sample_rate;
//AAC编码这里就固定为1024
nb_samples = c->frame_size;
ost->frame = alloc_audio_frame(c->sample_fmt, c->channel_layout,
c->sample_rate, nb_samples);
ost->tmp_frame = alloc_audio_frame(AV_SAMPLE_FMT_S16, c->channel_layout,
c->sample_rate, nb_samples);
/* copy the stream parameters to the muxer */
avcodec_parameters_from_context(ost->st->codecpar, c);
/* create resampler context */
ost->swr_ctx = swr_alloc();
/* set options */
printf("c->channels=%d\\n",c->channels);
av_opt_set_int (ost->swr_ctx, "in_channel_count", c->channels, 0);
av_opt_set_int (ost->swr_ctx, "in_sample_rate", c->sample_rate, 0);
av_opt_set_sample_fmt(ost->swr_ctx, "in_sample_fmt", AV_SAMPLE_FMT_S16, 0);
av_opt_set_int (ost->swr_ctx, "out_channel_count", c->channels, 0);
av_opt_set_int (ost->swr_ctx, "out_sample_rate", c->sample_rate, 0);
av_opt_set_sample_fmt(ost->swr_ctx, "out_sample_fmt", c->sample_fmt, 0);
/* initialize the resampling context */
swr_init(ost->swr_ctx);
/* 毫秒级 延时 */
void Sleep(int ms)
struct timeval delay;
delay.tv_sec = 0;
delay.tv_usec = ms * 1000; // 20 ms
select(0, NULL, NULL, NULL, &delay);
/*
准备虚拟音频帧
这里可以替换成从声卡读取的PCM数据
*/
static AVFrame *get_audio_frame(OutputStream *ost)
AVFrame *frame = ost->tmp_frame;
int j, i, v;
int16_t *q = (int16_t*)frame->data[0];
/* 检查我们是否要生成更多帧，用于判断是否结束*/
if (av_compare_ts(ost->next_pts, ost->enc->time_base,STREAM_DURATION, (AVRational) 1, 1 ) >= 0)
return NULL;
#if 1
//获取链表节点数量
int cnt=0;
while(cnt<=0)
cnt=List_GetNodeCnt(list_head);
pthread_mutex_lock(&mutex_audio); /*互斥锁上锁*/
//得到节点数据
struct AUDIO_DATA *tmp=list_head;
unsigned char *buffer;
tmp=tmp->next;
if(tmp==NULL)
printf("数据为NULL.\\n");
exit(0);
buffer=tmp->audio_buffer;
//1024*16*1
memcpy(q,buffer,frame->nb_samples*sizeof(int16_t)*ost->enc->channels);//将音频数据拷贝进入frame缓冲区
List_DelNode(list_head,buffer);
free(buffer);
pthread_mutex_unlock(&mutex_audio); /*互斥锁解锁*/
#endif
frame->pts = ost->next_pts;
ost->next_pts += frame->nb_samples;
return frame;
/*
*编码一个音频帧并将其发送到多路复用器
*编码完成后返回1，否则返回0
*/
static int write_audio_frame(AVFormatContext *oc, OutputStream *ost)
AVCodecContext *c;
AVPacket pkt = 0 ;
AVFrame *frame;
int ret;
int got_packet;
int dst_nb_samples;
av_init_packet(&pkt);
c = ost->enc;
frame = get_audio_frame(ost);
if(frameAndroid音视频系列（七）：PCM音频单声道与双声道的相互转换