JavaCV 树莓派打造监控系统平台

使用树莓派搭建视频监控平台去年就简单的实现了，只不过功能比较简陋，最近抽时间重构了原来的平台。

环境搭建

环境部分，参考旧版的安装及配置：

1. 树莓派搭建视频监控平台
2. 树莓派视频监控平台实现录制归档

框架选型

之前的平台是采用JFinal和JavaCV开发的， 这次重构，调整为Springboot + JavaCV实现，主要用到的框架有：

1. spring-webmvc
2. spring-websocket
3. spring-jdbc
4. oshi
5. javacv
6. vue
7. iview
8. flv.js

功能完善

这次重构完善了很多功能，引入了服务器监控、采用VUE+IVIEW对页面重新开发，另外还支持了在线回访录制视频，目前已实现的功能有：

1. 摄像头监控画面实时预览
2. 自动录制
3. 分段录制
4. 磁盘保护
5. 树莓派运行参数监控
6. 录制管理（支持录制回放）
7. 登录鉴权

除了上面功能外，此次重构还大大降低了延迟，以及增加多种拉流类型，在无buffer拉流的情况下，FLV、RTMP流延迟在1秒以内（600ms左右），拉流端支持FLV、RTMP、HLS。

界面预览

由于浏览器已经不再支持Flash，所以本次监控画面实时预览采用FLV，播放器采用flv.js，实时预览延迟1秒内。

监控录制由原来的FLV，调整为mp4，支持H5原生播放器观看监控回放，这里由于我在画面上加了时间戳滤镜，导致录制效果不是很好，后期需要排查优化一下。

功能实现

1. 画面采集，FFmpeg推流

在旧版的实现中，采用的是JavaCV采集画面，并实现推流，在实际使用情况中，这种效果并不理想，延迟太高。所以在新版重构时，选择raspivid + ffmpeg来替代JavaCV实现。

画面采集采用raspivid：

raspivid -n -t 0 -w 1920 -h 1080 -fps 25 -b 600000 -o -

推流采用FFmpeg：

ffmpeg -i - -vcodec copy -an -f flv rtmp://192.168.1.5:1935/hls/stream0

1. 拉流，录制

拉流还是采用JavaCV，这里分为两部分，拉流及流加工录制，如果不需要对流进行处理的话，直接录制流即可。

拉流：

grabber = new FFmpegFrameGrabber(streamUri);
Frame f = grabber.grab();
if (f != null && f.image != null) {
  if (f != null && f.image != null) {
    Iterator <StreamListener> it = listeners.iterator();
    while (it.hasNext()) {
      StreamListener sl = it.next();
      final Frame ff = f.clone();
      sl.onVideo(ff);
    }
  }
}

录制：

public void onVideo(Frame frame) {
  // 分段录制
  if (timeLimit > 0 && System.currentTimeMillis() - startTime > timeLimit) {
    try {
      RecordINF inf = stop();
      if (timeoutCB != null) {
        timeoutCB.accept(inf);
      }
      startTime = System.currentTimeMillis();
      timestamp = 0;
      videoFile = new File(videoDir, startTime + ".mp4");
      start();
    } catch (Exception e) {
      LOG.error(e.getMessage(), e);
    }
  }

  try {
    if (timestamp == 0) {
      timestamp = System.currentTimeMillis();
    }
    videoTS = 1000 * (System.currentTimeMillis() - timestamp);
    if (videoTS > recorder.getTimestamp()) {
      recorder.setTimestamp(videoTS);
    }
    recorder.record(frame);
  } catch (org.bytedeco.javacv.FrameRecorder.Exception e) {
    LOG.error(e.getMessage(), e);
  }
}

1. 磁盘保护

监控平台会不断录制视频，所有如果不对磁盘容量进行监控的话，可能会出现录制视频塞爆磁盘的情况，这里只针对录制文件存放的挂载盘进行监控。

@Scheduled(fixedRate = 30_000)
public void execute() {
  long byteG = settingService.setting().getStorageLimit() * G;
  List<OSFileStore> dsList = si.getOperatingSystem().getFileSystem().getFileStores();
  dsList.forEach(osf -> {
    if (appCfg.getMonitorMountDir().equals(osf.getMount()) && osf.getFreeSpace() < byteG) {
      clean();
    }
  });
}

1. 树莓派运行参数监控

平台启动后定时采集运行参数信息，采用websocket的形式，定时推送到web端展示。

@Scheduled(fixedRate = 5000)
public void send() throws InterruptedException {
  OperatingSystem os = si.getOperatingSystem();
  CentralProcessor cpu = si.getHardware().getProcessor();

  info.setOs(os.getManufacturer() + " " + os.getFamily() + " " + os.getVersionInfo().getVersion());
  String ipV4Gateway = os.getNetworkParams().getIpv4DefaultGateway();
  ipV4Gateway = ipV4Gateway.substring(0, ipV4Gateway.lastIndexOf("."));
  info.setIp("");
  List < NetworkIF > nList = si.getHardware().getNetworkIFs();
  for (NetworkIF f : nList) {
    if (Arrays.toString(f.getIPv4addr()).replace("[", "").replace("]", "").startsWith(ipV4Gateway)) {
      info.setIp(Arrays.toString(f.getIPv4addr()).replace("[", "").replace("]", ""));
      break;
    }
  }

  long[] pts = cpu.getSystemCpuLoadTicks();
  TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
  long[] cts = cpu.getSystemCpuLoadTicks();
  long t = 0;
  for (int i = 0; i < pts.length; i++) {
    t += cts[i];
  }
  info.setCpr(
    new DecimalFormat("#.##%").format(1.0 - (cts[CentralProcessor.TickType.IDLE.getIndex()] * 1.0 / t)));
  info.setCpt(String.valueOf(si.getHardware().getSensors().getCpuTemperature()));

  LocalDateTime btime = LocalDateTime.ofInstant(Instant.ofEpochSecond(os.getSystemBootTime()),
    ZoneId.systemDefault());
  info.setBtime(DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").format(btime));
  info.setUtime(FormatUtil.formatElapsedSecs(os.getSystemUptime()));

  List < OSFileStore > dsList = si.getOperatingSystem().getFileSystem().getFileStores();
  info.getFs().clear();
  dsList.forEach(ds -> info.addFs(ds.getName() + "(" + ds.getMount() + ")" + "：" //
    + FormatUtil.formatBytes(ds.getFreeSpace()) + "/"
    + FormatUtil.formatBytes(ds.getTotalSpace())));
  template.convertAndSend(AppWSConst.TOPIC_MONITOR, JSON.toJSONString(info));
}

1. 实时监控画面预览

由于浏览器已经不再支持Flash，所以画面预览采用FLV流。

livePlay(url) {
  if (!!!url) return
  if (this.player) {
    this.player.destroy()
  }
  this.living = true
  this.buildPlayer({
    live: true, autoplay: true,
    video: {
      url: url,
      type: 'flv'
    },
    pluginOptions: {
      flv: {
        config: {
          enableStashBuffer: false
        }
      }
    }
  })
}

1. 录制回放

录制的视频是mp4格式，采用flv.js直接播放即可。

videoPlay(url) {
  if (!!!url) return
  if (this.living || !this.player) {
    this.buildPlayer({
      autoplay: true, hotkey: true,
      video: {
        url: url,
        type: 'mp4'
      }
    })
  } else {
    this.player.switchVideo({ url: url, type: 'mp4' })
  }
  this.living = false
}

应用部署

在部署方面，所有服务均部署在树莓派3B+中，并设置开机自启，这样只要树莓派通电，所有功能就启动并运行。

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