跳到主要内容C++ Qt 摄像头视频采集实战：V4L2 与多线程 | 极客日志C++
C++ Qt 摄像头视频采集实战：V4L2 与多线程
介绍使用 C++ 和 Qt 框架在 Linux 环境下进行摄像头视频采集的实现方案。通过 V4L2 接口直接操作摄像头设备，利用 QThread 创建独立采集线程，结合信号槽机制实现跨线程通信。内容涵盖设备打开、参数配置、内存映射（mmap）、缓冲区管理以及图像格式转换。此外，还展示了如何将采集到的视频帧转换为 QImage 进行本地显示，并通过 UDP 协议进行网络广播发送。文章详细解析了线程生命周期管理及资源清理步骤，提供了完整的工程实践模板。
观心3 浏览 C++ Qt 摄像头视频采集实战：V4L2 与多线程
文件概述
本文主要讲解如何使用 Qt 的 QThread 编写视频采集线程类，实现从 Linux 摄像头设备采集视频、转换图像并通过信号发送的功能。
头文件结构
#ifndef CAPTURE_THREAD_H
#define CAPTURE_THREAD_H
#endif
这是标准的 C/C++ 头文件保护，防止重复包含。
依赖库分类
1. Linux 底层相关（摄像头 / 显存）
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <linux/videodev2.h>
#include <sys/mman.h>
| 头文件 | 用途 |
|---|
fcntl.h | 打开设备文件 |
unistd.h | read / write |
videodev2.h | V4L2 摄像头接口 |
sys/mman.h | 内存映射（mmap） |
结论：这是直接操作 Linux 摄像头设备，而非使用 OpenCV 等高级接口。
2. Qt 相关（线程 / 图片 / 网络）
#include <QThread>
#include <QImage>
#include <QUdpSocket>
| Qt 类 | 用途 |
|---|
QThread | 创建线程 |
QImage | 保存一帧图像 |
QUdpSocket | UDP 广播视频 |
宏定义
#define VIDEO_DEV "/dev/video1"
#define FB_DEV "/dev/fb0"
#define VIDEO_BUFFER_COUNT 3
/dev/video1：摄像头设备路径/dev/fb0：LCD 显存3：摄像头缓冲区数量（V4L2 常规做法，循环缓冲）
结构体 buffer_info
struct buffer_info {
void *start;
unsigned int length;
};
start：缓冲区首地址length：缓冲区大小
核心类 CaptureThread
继承关系
class CaptureThread : public QThread
这是一个线程类。在 Qt 中，QThread 代表独立执行的线程，实际线程代码写在 run() 函数中。
Q_OBJECT 宏
启用 Qt 的信号 - 槽机制。没有它，signals 和 slots 关键字无法使用。
Signals（信号）
signals:
void imageReady(QImage);
void sendImage(QImage);
imageReady(QImage)：通知界面有新图像数据sendImage(QImage)：用于网络发送
Private 成员变量
bool startFlag = false;
bool startBroadcast = false;
bool startLocalDisplay = false;
startFlag：是否开启采集线程startBroadcast：是否进行 UDP 广播startLocalDisplay：是否本地显示
构造函数
CaptureThread(QObject *parent = nullptr) {
Q_UNUSED(parent);
}
仅为了兼容 Qt 体系，未使用 parent 参数以避免警告。
Slots（槽函数）
1. 开启 / 关闭线程
void setThreadStart(bool start)
{
startFlag = start;
if (start) {
if (!this->isRunning())
this->start();
} else {
this->quit();
}
}
true：开始采集（若未运行则启动）false：停止采集（请求退出）
2. 开关广播
void setBroadcast(bool start)
{
}
3. 开关本地显示
void setLocalDisplay(bool start)
{
}
实现逻辑详解 (capture_thread.cpp)
run() 函数地位
void CaptureThread::run()
start() 调用后系统自动执行 run()run() 内部为子线程逻辑- 注意：不能在此处操作 UI，只能通过信号通信
平台判断
#ifdef linux
#ifndef __arm__
return;
#endif
#endif
- Linux + ARM：执行采集逻辑
- Linux + x86 / Windows：跳过
原因：该代码针对嵌入式 Linux 环境设计，PC 端通常无 /dev/video1 或驱动不同。
第一阶段：打开摄像头设备
video_fd = open(VIDEO_DEV, O_RDWR);
VIDEO_DEV 即 /dev/video1- 成功返回文件描述符，失败打印错误并退出
第二阶段：设置摄像头参数
fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
fmt.fmt.pix.width = 640;
fmt.fmt.pix.height = 480;
fmt.fmt.pix.pixelformat = V4L2_PIX_FMT_RGB565;
ioctl(video_fd, VIDIOC_S_FMT, &fmt);
配置摄像头输出 640×480、RGB565 格式的图像。
第三阶段：申请缓冲区
req_bufs.count = 3;
req_bufs.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
ioctl(video_fd, VIDIOC_REQBUFS, &req_bufs);
第四阶段：mmap 映射缓冲区
ioctl(video_fd, VIDIOC_QUERYBUF, &buf);
bufs_info[n_buf].start = mmap(...);
第五阶段：提交缓冲区给驱动
ioctl(video_fd, VIDIOC_QBUF, &buf);
第六阶段：启动采集
ioctl(video_fd, VIDIOC_STREAMON, &type);
第七阶段：视频循环采集
while (startFlag) {
ioctl(video_fd, VIDIOC_DQBUF, &buf);
QImage qImage((unsigned char*)bufs_info[n_buf].start, 640, 480, QImage::Format_RGB16);
if (startLocalDisplay)
emit imageReady(qImage);
if (startBroadcast) {
QUdpSocket udpSocket;
QByteArray byte;
qImage.save(&byte, "JPEG");
QByteArray base64Byte = byte.toBase64();
udpSocket.writeDatagram(base64Byte.data(), base64Byte.size(), QHostAddress::Broadcast, 8888);
}
ioctl(video_fd, VIDIOC_QBUF, &buf);
}
- 摄像头数据为 RGB565，Qt 使用
QImage::Format_RGB16 包装，无额外拷贝。
- 子线程不能直接操作 UI，需通过信号通知主线程。
- 原始 RGB 数据较大，先压缩为 JPEG 再 Base64 编码以防乱码。
资源清理
munmap(...);
close(video_fd);
线程与信号槽交互机制
核心原则
Qt 中：run() 里的代码在子线程，UI 永远只能在主线程。子线程 → UI 只能靠信号槽。
角色区分
- 主线程 (UI)：负责界面控件（QLabel, QPushButton 等）
- CaptureThread 对象：属于主线程，但
run() 运行在子线程
- 子线程执行体：负责摄像头采集逻辑
完整流程
- UI 点击按钮：触发
setThreadStart(true)（主线程）
- 启动线程：调用
start()（主线程），操作系统分配新线程
- 执行 run()：进入子线程，开始循环采集
- 发送信号：
emit imageReady(qImage)（子线程）
- 接收信号：主线程事件队列收到消息，调用槽函数更新 UI
跨线程连接机制
当信号发出线程与槽函数对象线程不同时，Qt 自动使用 Qt::QueuedConnection。
- 子线程
emit 不会阻塞，也不会直接调用槽函数
- 数据被放入主线程事件队列
- 主线程空闲时处理槽函数
常见错误与正确做法
总结
CaptureThread 对象在主线程，但 run() 在子线程emit 只是投递消息，不是直接函数调用- 跨线程信号槽自动使用队列机制，保证 UI 不卡死
微信扫一扫，关注极客日志
微信公众号「极客日志」，在微信中扫描左侧二维码关注。展示文案：极客日志 zeeklog
相关免费在线工具
- Base64 字符串编码/解码
将字符串编码和解码为其 Base64 格式表示形式即可。 在线工具，Base64 字符串编码/解码在线工具，online
- Base64 文件转换器
将字符串、文件或图像转换为其 Base64 表示形式。 在线工具，Base64 文件转换器在线工具，online
- Markdown转HTML
将 Markdown（GFM）转为 HTML 片段，浏览器内 marked 解析；与 HTML转Markdown 互为补充。 在线工具，Markdown转HTML在线工具，online
- HTML转Markdown
将 HTML 片段转为 GitHub Flavored Markdown，支持标题、列表、链接、代码块与表格等；浏览器内处理，可链接预填。 在线工具，HTML转Markdown在线工具，online
- JSON 压缩
通过删除不必要的空白来缩小和压缩JSON。 在线工具，JSON 压缩在线工具，online
- JSON美化和格式化
将JSON字符串修饰为友好的可读格式。 在线工具，JSON美化和格式化在线工具，online
