Программы чтобы снимать видео и фотографии с веб камеры в Linux
Нет принципиальных различий между веб камерой и камерой, подключённой к компьютеру — любая из них может использоваться для видео звонков и видео конференций. Также камеры и веб камеры могут использоваться для снятия видео, фотографирования и ведения онлайн стримов.
В данной инструкции будет рассказано о программах, которыми вы можете снимать видео и делать фотографии в Linux используя встроенную в ноутбук камеру или подключённую камеру к компьютеру.
GTK UCV Video Viewer
Программа GTK UCV Video Viewer умеет снимать фотографии и записывать видео со звуком с камеры ноутбука и компьютера. У программы много настроек фотографий, видео и звука. Также имеются простые для видео и голоса.
Установка GTK UCV Video Viewer в Debian, Linux Mint, Kali Linux, Ubuntu и производные дистрибутивы:
Установка GTK UCV Video Viewer в Arch Linux, BlackArch и производные дистрибутивы:
Для запуска программы наберите:
Настройки камеры для фотографий:
Настройки видео камеры:
Пример фотографии — глядя на эту фотографию довольно просто понять разницу между «веб камерой» и «камерой» — качество картинки первой примерно на уровне «узнать собеседника», хотя бывают ноутбуки и с веб камерами хорошего качества:
cheese
Программа cheese делает фотографии и записывает видео с вашей веб камеры добавляя забавные графические эффекты.
Установка cheese в Debian, Linux Mint, Kali Linux, Ubuntu и производные дистрибутивы:
Установка cheese в Arch Linux, BlackArch и производные дистрибутивы:
Для запуска выполните:
Эффекты можно использовать как при фотографировании, так и при записи видео.
Пример фотографии с эффектом:
К сожалению, я не нашёл, как в cheese поменять разрешение (качество) фотографий.
В моей системе после закрытия окна cheese не всегда останавливался процесс этой программы. Если у вас эта же проблема, то завершить все процессы cheese вы можете командой:
Чтобы проверить, запущен ли процесс cheese:
OBS Studio
У программы OBS Studio много функций для записи видео с экрана или с веб камеры и для ведения стримов. Я не знаю, как фотографировать с помощью OBS Studio, но зато покажу, как записывать видео с веб камеры со звуком или без звука (на ваше усмотрение). Кстати, вас также может заинтересовать статья «Как одновременно захватывать экран и видео с веб камеры в Linux и Windows».
Как установить OBS Studio
Установка OBS Studio в Windows
Зайдите на официальный сайт и скачайте OBS Studio: https://obsproject.com/ru/download
Установите скаченный файл, как любое другое приложение.
Установка OBS Studio в Debian, Linux Mint, Kali Linux, Ubuntu и производные дистрибутивы:
Установка OBS Studio в Arch Linux, BlackArch и производные дистрибутивы:
Нас интересует раздел «Источники», когда мы добавим необходимые источники видео и аудио, то нужно нажать кнопку «Начать запись».
Нажмите кнопку + (плюс) и выберите «Устройство захвата видео (V4L2)»:
Вы можете отредактировать настройки веб камеры:
Теперь изображение с камеры выделено красным прямоугольником, вы можете изменить размер и расположение области показа изображения с веб камеры.
Красный прямоугольник, который показывает область на видео, куда будет выводиться изображение с веб-камеры, по умолчанию довольно маленький — увеличьте его до нужного размера. Размер кадры камеры и записываемого видео могут различаться — в этом случае вы можете растянуть прямоугольник веб камеры до полного заполнения экрана с обрезкой части видео с камеры или оставить полосы по краям или сверху в записываемом видео.
Если вы хотите записывать не только видео с веб камеры, но и звук в OBS Studio, то добавьте «Захват входного потока аудио (PulseAudio)»
В «Микшере аудио» нажмите шестерёнку «Захват входного потока аудио (PulseAudio)»:
Выберите «Фильтры»:
Нажмите знак + (плюс) и выберите фильтр «Шумоподавление»,
отредактируйте его настройки:
Если вы знаете другие программы для фотографирования и записи видео с веб камеры в Linux, то пишите их в комментариях!
Захват видео с USB камер на устройствах под управлением Linux
Предыстория
- Видео в разрешении FullHD (1920Х1080) или HD (1280х720) и нормальная частота кадров (чтобы можно было играть).
- Игрушку я планировал отдать детям, поэтому нужен был автостарт и поддержка подключения/отключения камеры.
В общем хотелось что-то вроде этого:
Ограничения
Я не собирался искать решение, которое работает всегда и везде. Следующие ограничения меня вполне устраивали:
- Хороший WiFi сигнал.
- Ограниченное число подключений, приоритет отдавался случаю, когда есть всего один клиент.
- Камера поддерживает режим MJPG.
HW и SW
Предварительный анализ
Код UVC драйвера оказался готов к добавлению различного рода “специальных” решений, и я легко нашел место, где надо скорректировать размер буфера (функция uvc_fixup_video_ctrl()). Более того, драйвер поддерживает набор quirks, которые позволяют поддерживать камеры с разного рода отклонениями от стандарта UVC. В общем, разработчики драйвера сделали лучшее, что возможно для поддержки зоопарка камер.
Добавив коррекцию размера буфера, я получил стабильную работу в режиме 1280х720 и даже в режиме 1920х1080. Ура! Половина задачи решена!
В поисках новых приключений
Немного порадовавшись первой удаче, я вспомнил, что mjpg-streamer далек от совершенства. Наверняка можно сделать что-то простое, не такое универсальное как mjpg-streamer, но более подходящее для моих условий. Так я решил сделать uvc2http.
В mjpg-streamer мне не понравилось использование нескольких потоков и копирование буферов. Это определило архитектуру решения: 1 поток и никакого копирования. Используя non-blocking IO, это делается достаточно просто: захватываем кадр и без копирования отсылаем его клиенту. Есть небольшая проблема: пока мы отсылаем данные из буфера, мы не можем вернуть буфер обратно в очередь. А пока буфер не в очереди, драйвер не может положить в него новый кадр. Но если размер очереди > 1, то это становится возможным. Число буферов определяет максимальное количество подключений, которое можно гарантированно обслуживать. Т.е., если я хочу гарантированно поддерживать 1 клиента, то 3-х буферов достаточно (в один буфер пишет драйвер, из второго отсылаем данные, третий в запасе, чтобы избежать конкуренции с драйвером за буфер при попытке получить новый кадр).
Uvc2http
Uvc2http состоит из двух компонентов: UvcGrabber и HttpStreamer. Первый отвечает за получение буферов (кадров) из очереди и возврат их обратно в очередь. Второй отвечает за обслуживание клиентов по HTTP. Есть еще немного кода, который связывает эти компоненты. Подробности можно посмотреть в исходниках.
Неожиданная проблема
Все было замечательно: приложение работало и в разрешении 1280х720 выдавало 20+ кадров/сек. Я делал косметические изменения в коде. После очередной порции изменений я замерил частоту кадров. Результат был удручающий — меньше 15 кадров. Я бросился искать, что же привело к деградации. Я потратил, наверное, 2 часа в течение которых частота уменьшалась с каждым замером до значения 7 кадров/сек. В голову лезли разные мысли о деградации из-за долгой работы роутера, из-за его перегрева. Это было что-то непонятное. В какой-то момент я отключил стримминг и увидел, что просто один захват (без стримминга) давал те же 7 кадров. Я даже начал подозревать проблемы с камерой. В общем какая-то чушь. Дело было вечером и камера, повернутая в окно, показывала что-то серое. Дабы сменить мрачное изображение я повернул камеру внутрь комнаты. И, о чудо! Частота кадров увеличилась до 15 и я все понял. Камера автоматически подстраивала время экспозиции и в какой-то момент это время стало больше длительности кадра при заданной частоте. За эти два часа случилось следующее: сначала плавно темнело (это был вечер), а потом я повернул камеру внутрь освещенной комнаты. Направив камеру на люстру я получил 20+ кадров/сек. Ура.
Другие проблемы и нюансы использования
Результаты
Ниже табличка с результатами сравнения mjpg-streamer и uvc2http. Если коротко — есть значительный выигрыш в потреблении памяти и небольшой выигрыш в частоте кадров и загрузке CPU.
| 1280×720 | 1920×1080 | |||||||||||
| VSZ, KB, 1 client | VSZ, KB, 2 clients | CPU, %, 1 client | CPU, %, 2 clients | FPS, f/s, 1 client | FPS, f/s, 2 clients | VSZ, KB, 1 client | VSZ, KB, 2 clients | CPU, %, 1 client | CPU, %, 2 clients | FPS, f/s, 1 client | FPS, f/s, 2 clients | |
| Mjpg-streamer | 16860 | 19040 | 26 | 43 | 17.6 | 15 | 25456 | 25812 | 28 | 50 | 13.8 | 10 |
| uvc2http | 3960 | 3960 | 26 | 43 | 22 | 19.6 | 7576 | 7576 | 28 | 43 | 15.5 | 12.2 |
Ну и конечно же видео, которое я сделал вместе с детьми:
Фото получившегося танка (получилось что-то вроде цыганской телеги):
Использование
Исходники находятся здесь. Для использования на PC Linux надо всего лишь собрать (при условии что вы не хотите патчить драйвер UVC). Утилита собирается с помощью CMake стандартным способом. Если же надо использовать в OpenWRT, то надо сделать дополнительные шаги:
- Скопировать содержимое директории OpenWrt-15.05 в корень репозитория OpenWRT. Эти файлы только для OpenWRT 15.05. Они описывают новый пакет для OpenWRT и патч для драйвера UVC.
- Если ваша камера также возвращает завышенный размер необходимого буфера, то надо добавить использование quirk UVC_QUIRK_COMPRESSION_RATE для вашей камеры в файле uvc_driver.c. Для этого надо сделать собственный патч для драйвера UVC. Как это сделать, описано здесь wiki.openwrt.org/doc/devel/patches. Вам необходимо добавить описание вашей камеры в массив uvc_ids. В качестве примера можно посмотреть на описание моей камеры:
Что дальше
Решение состоит из двух частей: патч драйвера и другой алгоритм стримминга. Патч драйвера можно было бы включить в новую версию ядра линукса, но это спорное решение, так как оно основано на предположении о минимальном коэффициенте сжатия. Утилита же, на мой взгляд, хорошо подходит для использования на слабых системах (игрушках, домашних системах видеонаблюдения), и ее можно немного улучшить, добавив возможность задавать настройки камеры через параметры.
Алгоритм стримминга можно улучшить так как есть запас по загрузке CPU и по ширине канала (я легко получал с роутера 50+ MBit подключая десяток клиентов). Также можно добавить поддержку звука.