如何在 CM5 中指挥 USB 连接的网络摄像头概要

Raspberry Pi 和摄像头模块可通过主板上的 CSI 接口直接连接。还可使用专用的命令应用程序，通过使用命令rpicam-still 来拍照。
不过，这只能在摄像头模块连接到 CSI 时使用，不能与一般的 USB 网络摄像头一起使用。

rpicam-still 命令：
带 CSI 连接的摄像头模块
× 带普通 USB 连接的网络摄像头

那么，通过 USB 连接的网络摄像头应该如何拍照呢？
替代其他软件。

虽然有软件可以使用图形用户界面进行拍照，但我们将向您展示如何使用命令（CUI）进行操作，以便将其纳入您的程序和脚本中。
静态图像和视频分别使用不同的软件。

使用的 Raspberry Pi 是 ComputeModule 5，网络摄像头是罗技 C270n。

C720n 是一款较老的产品，但在撰写本文时仍有售；它最高支持 720P（1280×720）高清画质，并内置麦克风。其图像和音质非常适合视频会议。而且价格合理，是 Raspberry Pi 的理想之选。

现在，我们将带您依次体验拍摄静态图像和录制视频的过程。

使用 fswebcam 拍摄静态图片

网络摄像头拍摄静态图像使用的软件是fswebcam ，Raspberry Pi 官方也介绍了该软件。
使用 apt 安装非常简单。

sudo apt install fswebcam

将用户（此处为 raspida）添加到视频组。将名称替换为当前登录的用户名等，然后读取：
将已登录的用户添加到视频组将使您在运行时不会出现权限错误。

sudo usermod -a -G video raspida

拍摄的基本格式简单如下

fswebcam test.jpg

不过，在未指定任何选项的情况下，默认（标准）分辨率是小分辨率（352×288）。

实际分辨率（352×288）

你可以看到底部有一个细条，右下角有日期和时间。如果文本出现乱码，安装 noto-fonts 可以解决问题。

如果文本乱码，请安装其他字体：

sudo apt install fonts-noto-cjk

有很多选择，但让我们从分辨率开始。更多信息，请参阅fswebcam --help。

-r选项允许指定分辨率。

fswebcam -r 1280x720 test.jpg

接下来是--no-banner选项。

有了这两个选项，我们就能捕捉到非常普通的图像。

fswebcam -r 1280x720 --no-banner ファイル名.jpg

分辨率 1280×720，无横幅

在文件名中注明日期

fswebcam 不提供日期或顺序编号等文件命名功能。官方版本引入了一个 shell 脚本来代替它。

通过执行 shell 脚本，您可以用日期文件名拍照。
说明为三行。在适当位置新建一个 sh 文件，并赋予其执行权限。

nano webcam.sh
chmod +x webcam.sh

sh 的内容是使用 fswebcam 命令，让它以 1280×720 的分辨率拍照，并将保存的文件命名为日期。

#!/bin/bash

DATE=$(date +"%Y-%m-%d_%H-%M-%S")
fswebcam -r 1280x720 --no-banner $DATE.jpg

如果您已移动到与创建的 sh 文件相同的目录，则可以执行以下 shell 命令来拍摄静态图像。

./webcam.sh

这样每次拍摄时都会保存一个带有日期名称的图像文件。

使用 ffmpeg 录制视频

接下来是视频。
可以使用ffmpeg 来代替。
它从一开始就安装在 Raspberry Pi 操作系统上。(version 8:5.1.6-0+deb12u1+rpt3)

使用连接到 Raspberry Pi 的网络摄像头（USB）录制视频时，您将运行带有各种选项的 ffmpeg。
这些选项与 Raspberry Pi 无关，而是与 ffmpeg 和视频格式有关。详情请单独查看 ffmpeg 相关内容。

这次我们使用 C270n，并首先尝试了以下命令选项。

由于摄像机配备了麦克风，因此也会同时录制音频。
最后，输出文件命名为output.mkv 。您可以随意更改文件名。

按终端中的Q停止录音。

ffmpeg -f alsa -i pulse -f v4l2 -input_format mjpeg -i /dev/video0 -c:v copy -c:a aac output.mkv

输入源是音频源。-f alsa -i pulse视频为-f v4l2 -i /dev/video0由
视频格式指定。-input_format mjpeg为 mjpeg 格式，设备编号为/dev/video0在-c:v copy直接从输入源复制视频（无需重新编码）、-c:a aac将音频转换为 AAC 格式，并在最后输入要创建的视频文件的名称。

选项的排列是有顺序的。
基本规则是，它们可以放在输入选项-i 之前或之后。如果出现错误或选项不起作用，请仔细检查插入位置。

以此为基础，我们来指定帧频和屏幕分辨率。

ffmpeg -f alsa -i pulse -f v4l2 -input_format mjpeg -framerate 30 -video_size 800x600 -i /dev/video0 -c:v copy -c:a aac output_800x600.mkv

帧频为 30 帧/秒，-framerate 30，屏幕分辨率为-video_size 800x600，刚刚插入-input_format mjpeg 之后。

H.264 格式 mp4

这样可以减小文件大小。

ffmpeg -f alsa -i pulse -f v4l2 -input_format yuyv422 -framerate 30 -video_size 800x600 -i /dev/video0 -c:v libx264 -vf format=yuv422p -c:a aac output.mp4

即使终端输出也显示它是以 H264、AAC 48 kHz、128 kbps 编码的。

Stream #0:0: Video: h264 (avc1 / 0x31637661), yuv420p(tv, progressive), 800x600, q=2-31, 20 fps, 10240 tbn
    Metadata:
      encoder         : Lavc59.37.100 libx264
    Side data:
      cpb: bitrate max/min/avg: 0/0/0 buffer size: 0 vbv_delay: N/A
  Stream #0:1: Audio: aac (LC) (mp4a / 0x6134706D), 48000 Hz, stereo, fltp, 128 kb/s

最后命令示例

ffmpeg 命令本身有很多选项。你可以改变图像质量、考虑文件大小和其他选项。
由于这与 Raspberry Pi 没有直接关系，我们在此只展示我们使用的选项，但您可以查看 ffmpeg，了解您感兴趣的任何选项。

为了用网络摄像头录制视频，我们最终在网络摄像头连接到 Raspberry Pi 的情况下做了以下操作。

它采用 H264 编码，音频采用 Opus 高质量压缩。一些缩写用于选项。

ffmpeg -f alsa -i pulse -f v4l2 -input_format yuyv422 -r 30 -s 600x360 -i /dev/video0 -c:v libx264 -vf format=yuv422p -c:a libopus -b:a 128k output.mp4

虽然屏幕尺寸较小，但在此设置下，30 秒的视频可容纳约 1.8 MB。

原始视频源被压缩并转换（编码）为 H.264，原始音频被转换为 128 kbps 的 Opus 格式。

  Stream #1:0 -> #0:0 (rawvideo (native) -> h264 (libx264))
  Stream #0:0 -> #0:1 (pcm_s16le (native) -> opus (libopus))

我不知道如何用不同的网络摄像头来替换它，比如在 ffmpeg 命令中使用的输入源的位置。
因此，掌握网络摄像头的相关信息是个好主意。
要知道如何指定设备和支持的格式，建议您在用 USB 电缆连接网络摄像头后运行几个命令来了解情况。

下面是检查 ffmpeg 命令指定的网络摄像机部分的步骤。

检查网络摄像头的设备信息。

连接网络摄像头后，尝试使用lsusb命令查看信息。
这是 USB 连接设备的常用方法。

lsusb

我是这样在第三行找到网络摄像头 C270 的 ID 的：046d:0825 。

Bus 004 Device 001: ID 1d6b:0003 Linux Foundation 3.0 root hub
Bus 003 Device 003: ID 046d:c52b Logitech, Inc. Unifying Receiver
Bus 003 Device 002: ID 046d:0825 Logitech, Inc. Webcam C270
Bus 003 Device 001: ID 1d6b:0002 Linux Foundation 2.0 root hub
Bus 002 Device 001: ID 1d6b:0003 Linux Foundation 3.0 root hub
Bus 001 Device 002: ID 1c4f:0027 SiGma Micro USB Keyboard
Bus 001 Device 001: ID 1d6b:0002 Linux Foundation 2.0 root hub

ベンダーID：プロダクトID公司名称以
表示，其他产品则以 Logitech（罗技公司）046d 表示。

查询设备编号

对于 Linux，请查找连接摄像头设备时分配的设备号 (/dev/video*)。
一般来说，如果只连接了一个网络摄像头，则为 video0。

sudo udevadm info --query=all /dev/video1 | grep 'VENDOR_ID\|MODEL_ID\|SERIAL_SHORT'

执行后的信息输出：

E: ID_MODEL_ID=0825
E: ID_SERIAL_SHORT=1811AF40
E: ID_VENDOR_ID=046d
E: ID_USB_MODEL_ID=0825
E: ID_USB_SERIAL_SHORT=1811AF40
E: ID_USB_VENDOR_ID=046d

我们可以看到，之前查询到的供应商 ID 和型号 ID 是相同的。现在我们可以确定视频 0 就是 C720n。
如果是 video1，则 ffmpeg 命令也必须更改。

如果有多个摄像头连接到 Raspberry Pi，请使用以下命令通过供应商 ID 或符号 “USB “来识别它们。

v4l2-ctl --list-devices

UVC Camera (046d:0825) (usb-1000480000.usb-1.4.2):
    /dev/video0
    /dev/video1
    /dev/media3

现在，我们假设网络摄像头通过 USB 电缆连接到 /dev/video0。

了解相机支持的分辨率。

让我们用前面提到的 v4l2-ctl 命令的另一个选项来检查一下。

v4l2-ctl --list-formats

v4l2-ctl --list-formats
ioctl: VIDIOC_ENUM_FMT
    Type: Video Capture

    [0]: 'YUYV' (YUYV 4:2:2)
    [1]: 'MJPG' (Motion-JPEG, compressed)

此外，带有 “ext “的命令将显示详细信息。

v4l2-ctl --list-formats-ext

'YUYV' (YUYV 4:2:2)
Size: Discrete 640x360
            Interval: Discrete 0.033s (30.000 fps)

'MJPG' (Motion-JPEG, compressed)
Size: Discrete 1280x720
            Interval: Discrete 0.033s (30.000 fps)

因此，我发现 C270 只支持最大 640×360 或更小的 “YUYV”（YUYV 4:2:2）格式，如果你想要 30 帧率的话。这有点小。
MJPG”（Motion-JPEG，压缩）格式甚至支持 1270x。

还有一点：检查网络摄像头的捕捉格式。

v4l2-ctl --get-fmt-video

Format Video Capture:
    Width/Height      : 640/360
    Pixel Format      : 'YUYV' (YUYV 4:2:2)
    Field             : None
    Bytes per Line    : 1280
    Size Image        : 460800
    Colorspace        : sRGB
    Transfer Function : Rec. 709
    YCbCr/HSV Encoding: ITU-R 601
    Quantization      : Default (maps to Limited Range)
    Flags             : 

您还可以更改格式设置。
如果您用命令更改并录制，此内容也应随之更改。

v4l2-ctl 命令有很多选项等。请访问v4l2-ctl --help 查看。

不同网络摄像头的性能不同，因此请在命令中指定摄像头所支持的格式之前检查一下。

我们向您展示了如何使用 Raspberry Pi 通过普通 USB 连接的网络摄像头拍照。

我们使用 fswebcam 捕捉静态图像，使用 ffmpeg 捕捉和录制视频。
如果按命令拍摄，就可以在程序和脚本中使用它；我们可以让网络摄像头以同样的方式工作，也可以让连接到 CSI 的官方摄像头模块工作。

通过 Raspberry Pi 可以对官方相机模块进行更多控制。
，还可以使用专用的命令应用程序，手册可在官方网站上查阅。

However, if you want to use a general-purpose web camera easily, please refer to this issue.

在 Mediainfo 上了解详情

mediainfo我了解到一个名为 “有一个命令行工具和一个图形用户界面版本 “的打包应用程序，它可以方便地获取媒体信息。
由于这些信息是关于您拍摄的视频文件的，因此在您拍摄之前并没有意义，但对于调整选项和比较已保存的视频非常有用。
我往往会忘记指定了哪些选项，因此，在尝试和错误中更改选项以获得更好的图像质量、平衡文件大小等是非常有用的。

sudo apt install mediainfo mediainfo-gui

命令，可以使用 mediainfo 命令 + 文件名来输出。
我指定了一个以电影形式拍摄的文件。你可以看到格式信息和其他详细信息。

mediainfo output.mp4

我用它安装了图形用户界面版本。它已在菜单中注册，只需选择一个视频文件即可使用。

它是一个多平台软件包，因此可在 Windows、macOS 和 Raspberry Pi 操作系统以外的各种 Linux 上运行。

带图形用户界面的网络摄像头

最后，如果你想在 Raspberry Pi 桌面屏幕上使用 USB 连接的网络摄像头，我推荐使用 Guvcview，它与 Raspberry Pi 配合得很好。
apt 软件包很容易安装。

sudo apt install guvcview

如果你想在 Raspberry Pi OS 桌面上使用它，请尝试一次。