Question

我正在开发一个项目，该项目从网络摄像头获取视频输入并向用户显示运动区域。我在这个项目中的“beta”尝试是使用Java Media Framework来检索网络摄像头源。通过一些实用功能，JMF可以方便地将网络摄像头帧作为BufferedImages返回，我构建了大量的框架来处理。但是，我很快意识到JMF不再受Sun / Oracle的支持，并且无法通过JMF接口访问一些较高的网络摄像头分辨率（720p）。

我想继续将帧处理为BufferedImages，并使用OpenCV（C ++）来源视频源。单独使用OpenCV的框架，我发现OpenCV可以很好地有效地返回高清摄像头帧并将它们绘制到屏幕上。

我认为将这些数据提供给Java并实现相同的效率非常简单。我刚刚编写了JNI DLL，将这些数据复制到BufferedImage中并将其返回给Java。但是，我发现我正在进行的数据复制实际上是在阻碍性能。我的目标是30 FPS，但是只需要大约100毫秒就可以将OpenCV返回的char数组中的数据复制到Java BufferedImage中。相反，我看到大约2-5 FPS。

返回帧捕获时，OpenCV提供指向1D char数组的指针。这些数据需要提供给Java，显然我没有时间复制它。

我需要一个更好的解决方案来将这些帧捕获到BufferedImage中。我正在考虑的一些解决方案，我认为其中没有一个非常好（相当肯定它们也会表现不佳）：

（1）覆盖BufferedImage，并通过对DLL进行本机调用，从各种BufferedImage方法返回像素数据。（而不是一次进行数组复制，我按照调用代码的请求返回单个像素）。请注意，调用代码通常需要图像中的所有像素来绘制图像或对其进行处理，因此这个单独的像素抓取操作将在2D for循环中实现。

（2）指示BufferedImage使用java.nio.ByteBuffer以某种方式直接访问OpenCV返回的char数组中的数据。非常感谢有关如何完成的任何提示。

（3）用C ++做一切并忘记Java。好吧，是的，这听起来像是最合理的解决方案，但是我没有时间从头开始这个为期数月的项目。

截至目前，我的JNI代码已编写为返回BufferedImage，但此时我愿意接受返回1D char数组，然后将其放入BufferedImage。

顺便说一句......这里的问题是：将1D char数组图像数据复制到BufferedImage中的最有效方法是什么？

提供了用于从OpenCV获取图像并复制到BufferedImage的（低效）代码：

JNIEXPORT jobject JNICALL Java_graphicanalyzer_ImageFeedOpenCV_getFrame
  (JNIEnv * env, jobject jThis, jobject camera)
{
 //get the memory address of the CvCapture device, the value of which is encapsulated in the camera jobject
 jclass cameraClass = env->FindClass("graphicanalyzer/Camera");
 jfieldID fid = env->GetFieldID(cameraClass,"pCvCapture","I");

 //get the address of the CvCapture device
 int a_pCvCapture = (int)env->GetIntField(camera, fid);

 //get a pointer to the CvCapture device
    CvCapture *capture = (CvCapture*)a_pCvCapture;

 //get a frame from the CvCapture device
 IplImage *frame = cvQueryFrame( capture );

 //get a handle on the BufferedImage class
 jclass bufferedImageClass = env->FindClass("java/awt/image/BufferedImage");
 if (bufferedImageClass == NULL)
 {
  return NULL;
 }

 //get a handle on the BufferedImage(int width, int height, int imageType) constructor
 jmethodID bufferedImageConstructor = env->GetMethodID(bufferedImageClass,"<init>","(III)V");

 //get the field ID of BufferedImage.TYPE_INT_RGB
 jfieldID imageTypeFieldID = env->GetStaticFieldID(bufferedImageClass,"TYPE_INT_RGB","I");

 //get the int value from the BufferedImage.TYPE_INT_RGB field
 jint imageTypeIntRGB = env->GetStaticIntField(bufferedImageClass,imageTypeFieldID);

 //create a new BufferedImage
 jobject ret = env->NewObject(bufferedImageClass, bufferedImageConstructor, (jint)frame->width, (jint)frame->height, imageTypeIntRGB);

 //get a handle on the method BufferedImage.getRaster()
 jmethodID getWritableRasterID = env->GetMethodID(bufferedImageClass, "getRaster", "()Ljava/awt/image/WritableRaster;");

 //call the BufferedImage.getRaster() method
 jobject writableRaster = env->CallObjectMethod(ret,getWritableRasterID);

 //get a handle on the WritableRaster class
 jclass writableRasterClass = env->FindClass("java/awt/image/WritableRaster");

 //get a handle on the WritableRaster.setPixel(int x, int y, int[] rgb) method
 jmethodID setPixelID = env->GetMethodID(writableRasterClass, "setPixel", "(II[I)V"); //void setPixel(int, int, int[])

 //iterate through the frame we got above and set each pixel within the WritableRaster
 jintArray rgbArray = env->NewIntArray(3);
 jint rgb[3];
 char *px;
 for (jint x=0; x < frame->width; x++)
 {
  for (jint y=0; y < frame->height; y++)
  {
   px = frame->imageData+(frame->widthStep*y+x*frame->nChannels);
   rgb[0] = abs(px[2]);  // OpenCV returns BGR bit order
   rgb[1] = abs(px[1]);  // OpenCV returns BGR bit order
   rgb[2] = abs(px[0]);  // OpenCV returns BGR bit order
   //copy jint array into jintArray
   env->SetIntArrayRegion(rgbArray,0,3,rgb); //take values in rgb and move to rgbArray
   //call setPixel()  this is a copy operation
   env->CallVoidMethod(writableRaster,setPixelID,x,y,rgbArray);
  }
 }

 return ret;  //return the BufferedImage
}

Answer 1

如果您希望使代码真正快速并且仍然使用Java，还有另一种选择。 AWT窗口工具包有一个直接的本机接口，您可以使用C或C ++绘制到AWT表面。因此，不需要将任何内容复制到Java，因为您可以直接从C或C ++中的缓冲区进行渲染。我不知道如何做到这一点的细节，因为我有一段时间没有看过它，但我知道它包含在标准的JRE发行版中。使用这种方法，如果你愿意，你可能会接近相机的FPS限制，而不是努力达到30 FPS。

如果您想进一步研究，我会开始here和here。

快乐编程！

Answer 2

我将构造BufferedImage所需的RGB int数组，然后使用单个调用

 void setRGB(int startX, int startY, int w, int h, int[] rgbArray, int offset, int scansize)

一次设置整个图像数据。或者至少是它的很大一部分。

如果没有定时，我会怀疑这是

的每像素调用

env->SetIntArrayRegion(rgbArray,0,3,rgb);
env->CallVoidMethod(writableRaster,setPixelID,x,y,rgbArray);

占据了大部分时间。

编辑：可能是方法调用而不是操作内存本身就是花费时间。因此，在JNI代码中构建数据，并将其复制到块或单击到Java映像。创建并固定Java int []后，您可以通过本机指针访问它。然后一次调用setRGB会将数组复制到你的图像中。

注意：您仍然必须至少复制一次数据，但通过1次函数调用在一次命中中执行所有像素将比通过2 x N函数调用单独执行它们更有效。

编辑2：

回顾我的JNI代码，我只使用过字节数组，但int数组的原理是相同的。使用：

NewIntArray

创建一个int数组，

GetIntArrayElements

将它固定并获得一个指针，当你完成时，

ReleaseIntArrayElements

释放它，记住使用该标志将数据复制回Java的内存堆。

然后，您应该能够使用Java int数组句柄来调用setRGB函数。

还记得这实际上是设置RGBA像素，所以4个通道，包括alpha，而不仅仅是三个（Java中的RGB名称似乎早于alpha通道，但大多数这样命名的方法与32位值兼容）。

Answer 3

作为次要考虑因素，如果OpenCV返回的图像数据数组与Java要求的唯一区别是BGR与RGB，那么

px = frame->imageData+(frame->widthStep*y+x*frame->nChannels);
rgb[0] = abs(px[2]);  // OpenCV returns BGR bit order
rgb[1] = abs(px[1]);  // OpenCV returns BGR bit order
rgb[2] = abs(px[0]);  // OpenCV returns BGR bit order

是一种相对低效的转换方式。相反，你可以做类似的事情：

uint32 px = frame->imageData+(frame->widthStep*y+x*frame->nChannels);
javaArray[ofs]=((px&0x00FF0000)>>16)|(px&0x0000FF00)|((px&0x000000FF)<<16);

（注意我的C代码是生锈的，所以这可能不完全有效，但它显示了所需的内容。）

Answer 4

使用NIO ByteBuffer管理加速进程。

在C ++ JNI方面......

JNIEXPORT jobject JNICALL Java_graphicanalyzer_ImageFeedOpenCV_getFrame
  (JNIEnv * env, jobject jThis, jobject camera)
{
    //...

    IplImage *frame = cvQueryFrame(pCaptureDevice);

    jobject byteBuf = env->NewDirectByteBuffer(frame->imageData, frame->imageSize);

    return byteBuf;
}

并且在Java方面......

void getFrame(Camera cam)
{
    ByteBuffer frameData = cam.getFrame();   //NATIVE call

    byte[] imgArray = new byte[frame.data.capacity()];
    frameData.get(imgArray); //although it seems like an array copy, this call returns very quickly
    DataBufferByte frameDataBuf = new DataBufferByte(imgArray,imgArray.length);

    //determine image sample model characteristics
    int dataType = DataBuffer.TYPE_BYTE;
    int width = cam.getFrameWidth();
    int height = cam.getFrameHeight();
    int pixelStride = cam.getPixelStride();
    int scanlineStride = cam.getScanlineStride();
    int bandOffsets = new int[] {2,1,0};  //BGR

    //create a WritableRaster with the DataBufferByte
    PixelInterleavedSampleModel pism = new PixelInterleavedSampleModel
    (
        dataType,
        width,
        height,
        pixelStride,
        scanlineStride,
        bandOffsets
    );
    WritableRaster raster = new ImgFeedWritableRaster( pism, frameDataBuf, new Point(0,0) );

    //create the BufferedImage
    ColorSpace cs = ColorSpace.getInstance(ColorSpace.CS_sRGB);
    ComponentColorModel cm = new ComponentColorModel(cs, false, false, Transparency.OPAQUE, DataBuffer.TYPE_BYTE);
    BufferedImage newImg = new BufferedImage(cm,raster,false,null);

    handleNewImage(newImg);
}

使用java.nio.ByteBuffer，我可以快速解决OpenCV代码返回的char数组，而不会（显然）做很多可怕的数组复制。

有效实现Java Native Interface Webcam Feed

4 个答案: