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@n31nh

複数のjpeg静止画からMotionJpeg動画を作る

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複数の静止画jpegファイルをMotionJpegのフォーマットで保存するとMediaPlayerなどで再生可能な動画ファイルを作成することが出来ます。

mpegと違い個々のフレームは独立しているので、MotionJpegファイルから個々の静止画を抽出することも出来ます。

作り方を工夫すると、リアルタイムでMotionJpegの作成が可能です。
筆者はwebカメラで一定間隔で取得し続ける画像をGUIへ貼り付けると共にMotionJpeg化しています。

概要

AVI形式のMotionJpegは大別するとヘッダー・本体・フッターの３つで構成しています。

ヘッダーは、今回のような限定的な使い方であれば固定長でもＯＫのようです。
(本体が完成するまで分からない)ファイルの数なども記録するので、本体作成前は空のヘッダー領域を確保するだけです。本体作成後に内容を書き込みます。

本体はヘッダーの後ろに作成します。MotionJpeg用の情報８バイトに続けてjpegファイルを丸ごとコピーする繰り返しです。その際、各jpegファイルの先頭アドレスを覚えておきます。

フッターは本体完成後に本体の後ろに作成します。各jpegファイルがMotionJpegファイル内のどこから始まっているかを記録しています。

上述の理由から、MotionJpegは次の手順で作成します。
  1. ヘッダー領域確保
  2. 本体作成、各jpeg先頭アドレス記録
  3. ヘッダーおよびフッター作成

サンプルコード

必要な処理と変数をまとめてクラス化しました。LinuxでもWindowsでも動きます。最後の２つの関数はMotionJpegの作成には使いません。後述します。

LocalMjpg.cpp
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdint.h>
#include "LocalMjpg.h"

#define LDEF_MJPG_HEADER_SIZE       0x100
#define LDEF_JPG_BITCOUNT           24

typedef struct {
	uint8_t bId0;
	uint8_t bId1;
	uint8_t bId2;
	uint8_t bId3;
	uint32_t dwKeyRane;
	uint32_t dwOffset;
	uint32_t dwFileSize;
} tagFooterInfo;
tagFooterInfo FI;


CLocalMjpg::CLocalMjpg()
{
	CP = new tagClassParameter;
}


CLocalMjpg::~CLocalMjpg()
{
	delete CP;
}


void CLocalMjpg::Init(int nWidth, int nHeight, int nFps, char *bpFnMjpg)
{
	memset(CP, 0, sizeof(tagClassParameter));
	(CP->nWidth) = nWidth;
	(CP->nHeight) = nHeight;
    (CP->nFps) = nFps;
	sprintf((CP->sFnMjpg), "%s", bpFnMjpg);

    uint8_t b1 = 0;
    FILE *fp = fopen((CP->sFnMjpg), "wb");                                  // delete ex temp file
	fwrite(&b1, sizeof(b1), LDEF_MJPG_HEADER_SIZE, fp);						// reserve header area
    fclose(fp);
}


void CLocalMjpg::AddJpgToArray(char *bpFnJpg)
{
	static unsigned char sId[] = {'0', '0', 'd', 'c'};
    FILE *fpS, *fpD;
    uint32_t lLenJ, lLenM;

    fpS = fopen(bpFnJpg, "rb");
    if (fpS==NULL) {
        return;
    }
    fseek(fpS, 0, SEEK_END);
    lLenJ = ftell(fpS);
    fseek(fpS, 0, SEEK_SET);

    fpD = fopen((CP->sFnMjpg), "ab");
    if(fpD==NULL) {
        fclose(fpS);
        return;
    }

	fwrite(sId, sizeof(sId), 1, fpD);

    lLenM = lLenJ + (lLenJ % 2 ? 1 : 0);
    fwrite(&lLenM, sizeof(lLenM), 1, fpD);

    //----------------------------------------------- heap
    unsigned char *bpHp = new unsigned char [lLenM];
    //----------------------------------------------- heap
    memset(bpHp, 0, lLenM);
    fread(bpHp, lLenJ, 1, fpS);
    fwrite(bpHp, lLenM, 1, fpD);
    //----------------------------------------------- heap
    delete[] bpHp;
    //----------------------------------------------- heap

    fclose(fpD);
    fclose(fpS);

    (CP->nsJpgFileSize[CP->nNumJpgFile]) = (int)lLenM;
    (CP->nAllJpgFileSize) += (int)lLenM;
    (CP->nNumJpgFile) ++;
}


void CLocalMjpg::Finalize(void)
{
	CreateMjpgHeader();
	CreateMjpgFooter();
}


void CLocalMjpg::CreateMjpgHeader(void)
{
	uint32_t dw1;
	uint16_t us1;
	unsigned char sHd[LDEF_MJPG_HEADER_SIZE];

	memset(sHd, 0, sizeof(sHd));
	
	sHd[0x00] = 'R';
	sHd[0x01] = 'I';
	sHd[0x02] = 'F';
	sHd[0x03] = 'F';

	dw1 = 256 + (CP->nAllJpgFileSize) + 8 * (CP->nNumJpgFile) + 16 * (CP->nNumJpgFile);
	memcpy(&(sHd[0x04]), &dw1, sizeof(dw1));

	sHd[0x08] = 'A';
	sHd[0x09] = 'V';
	sHd[0x0A] = 'I';
	sHd[0x0B] = ' ';

	sHd[0x0C] = 'L';
	sHd[0x0D] = 'I';
	sHd[0x0E] = 'S';
	sHd[0x0F] = 'T';

	dw1 = 0xE0;
	memcpy(&(sHd[0x10]), &dw1, sizeof(dw1));

	sHd[0x14] = 'h';
	sHd[0x15] = 'd';
	sHd[0x16] = 'r';
	sHd[0x17] = 'l';

	sHd[0x18] = 'a';
	sHd[0x19] = 'v';
	sHd[0x1A] = 'i';
	sHd[0x1B] = 'h';

	dw1 = 0x38;
	memcpy(&(sHd[0x1C]), &dw1, sizeof(dw1));

	dw1 = (uint32_t)(1000000 / (CP->nFps));					// MicroSecPerFrame
	memcpy(&(sHd[0x20]), &dw1, sizeof(dw1));

    dw1 = 7000;												// MaxBytesPerSec  7000 = 0x1B58
	memcpy(&(sHd[0x24]), &dw1, sizeof(dw1));

	dw1 = 16;												// Flags
	memcpy(&(sHd[0x2C]), &dw1, sizeof(dw1));

    dw1 = (uint32_t)(CP->nNumJpgFile);						// TotalFrames
	memcpy(&(sHd[0x30]), &dw1, sizeof(dw1));

    dw1 = 1;												// Streams
	memcpy(&(sHd[0x38]), &dw1, sizeof(dw1));

	dw1 = (CP->nWidth);										// Width
	memcpy(&(sHd[0x40]), &dw1, sizeof(dw1));

	dw1 = (CP->nHeight);									// Height
	memcpy(&(sHd[0x44]), &dw1, sizeof(dw1));

	sHd[0x58] = 'L';
	sHd[0x59] = 'I';
	sHd[0x5A] = 'S';
	sHd[0x5B] = 'T';

	dw1 = 148;
	memcpy(&(sHd[0x5C]), &dw1, sizeof(dw1));

	sHd[0x60] = 's';
	sHd[0x61] = 't';
	sHd[0x62] = 'r';
	sHd[0x63] = 'l';

	sHd[0x64] = 's';
	sHd[0x65] = 't';
	sHd[0x66] = 'r';
	sHd[0x67] = 'h';

	dw1 = 64;
	memcpy(&(sHd[0x68]), &dw1, sizeof(dw1));

	sHd[0x6C] = 'v';
	sHd[0x6D] = 'i';
	sHd[0x6E] = 'd';
	sHd[0x6F] = 's';

	sHd[0x70] = 'M';
	sHd[0x71] = 'J';
	sHd[0x72] = 'P';
	sHd[0x73] = 'G';

	dw1 = 1;												// Scale
	memcpy(&(sHd[0x80]), &dw1, sizeof(dw1));

	dw1 = (uint32_t)(CP->nFps);								// fps
	memcpy(&(sHd[0x84]), &dw1, sizeof(dw1));

	dw1 = (uint32_t)(CP->nNumJpgFile);						// number of jpegs
	memcpy(&(sHd[0x8C]), &dw1, sizeof(dw1));

	dw1 = (CP->nWidth);                                   	// jpgs_width
	memcpy(&(sHd[0xA4]), &dw1, sizeof(dw1));
	dw1 = (CP->nHeight);                                    // jpgs_height
	memcpy(&(sHd[0xA8]), &dw1, sizeof(dw1));

	sHd[0xAC] = 's';
	sHd[0xAD] = 't';
	sHd[0xAE] = 'r';
	sHd[0xAF] = 'f';

	dw1 = 40;
	memcpy(&(sHd[0xB0]), &dw1, sizeof(dw1));

    dw1 = 40;
	memcpy(&(sHd[0xB4]), &dw1, sizeof(dw1));

    dw1 = (CP->nWidth);										// jpgs_width;
	memcpy(&(sHd[0xB8]), &dw1, sizeof(dw1));

	dw1 = (CP->nHeight);									// jpgs_height;
	memcpy(&(sHd[0xBC]), &dw1, sizeof(dw1));

	us1 = 1;												// Planes  WORD
	memcpy(&(sHd[0xC0]), &us1, sizeof(us1));
	us1 = LDEF_JPG_BITCOUNT;								// BitCount  WORD
	memcpy(&(sHd[0xC2]), &us1, sizeof(us1));

	sHd[0xC4] = 'M';										// Compression = 'MJPG';
	sHd[0xC5] = 'J';
	sHd[0xC6] = 'P';
	sHd[0xC7] = 'G';
															// SizeImage
    dw1 = (((CP->nWidth) * LDEF_JPG_BITCOUNT / 8 + 3) & 0xFFFFFFFC) * (CP->nHeight);
	memcpy(&(sHd[0xC8]), &dw1, sizeof(dw1));
    
	sHd[0xDC] = 'L';
	sHd[0xDD] = 'I';
	sHd[0xDE] = 'S';
	sHd[0xDF] = 'T';

	dw1 = 16;
	memcpy(&(sHd[0xE0]), &dw1, sizeof(dw1));

	sHd[0xE4] = 'o';
	sHd[0xE5] = 'd';
	sHd[0xE6] = 'm';
	sHd[0xE7] = 'l';

	sHd[0xE8] = 'd';
	sHd[0xE9] = 'm';
	sHd[0xEA] = 'l';
	sHd[0xEB] = 'h';

	dw1 = 4;												// szs = 4;
	memcpy(&(sHd[0xEC]), &dw1, sizeof(dw1));

	dw1 = (uint32_t)(CP->nNumJpgFile);						// nbr_of_jpgs
	memcpy(&(sHd[0xF0]), &dw1, sizeof(dw1));

	sHd[0xF4] = 'L';
	sHd[0xF5] = 'I';
	sHd[0xF6] = 'S';
	sHd[0xF7] = 'T';

    dw1 = (uint32_t)((CP->nAllJpgFileSize) + 4 + 8 * (CP->nNumJpgFile));     // Size = len + 4 + 8 * nbr_of_jpgs;
	memcpy(&(sHd[0xF8]), &dw1, sizeof(dw1));
    
	sHd[0xFC] = 'm';
	sHd[0xFD] = 'o';
	sHd[0xFE] = 'v';
	sHd[0xFF] = 'i';

	//----------------
    FILE *fp;
    fp = fopen((CP->sFnMjpg), "r+b");
    if (fp==NULL) {
        return;
    }
    fseek(fp, 0, SEEK_SET);
    fwrite(sHd, sizeof(sHd), 1, fp);
	fclose(fp);
}


void CLocalMjpg::CreateMjpgFooter(void)
{
	static unsigned char sId[] = {'i', 'd', 'x', '1'};
    FILE *fp;

    fp = fopen((CP->sFnMjpg), "ab");
    if(fp==NULL) {
        return;
    }

	fwrite(sId, sizeof(sId), 1, fp);

    uint32_t index_length = 4 * 4 * (CP->nNumJpgFile);
    fwrite(&index_length, sizeof(index_length), 1, fp);

    (FI.bId0) = '0';
    (FI.bId1) = '0';
    (FI.bId2) = 'd';
    (FI.bId3) = 'c';
    (FI.dwKeyRane) = 16;
    (FI.dwOffset) = 4;

    for(int nLoop=0; nLoop<(CP->nNumJpgFile); nLoop++) {
        (FI.dwFileSize) = (uint32_t)(CP->nsJpgFileSize[nLoop]);
        fwrite(&FI, sizeof(tagFooterInfo), 1, fp);
        //--------
        (FI.dwOffset) += (FI.dwFileSize);
        (FI.dwOffset) += 8;
    }

    fclose(fp);
}


int CLocalMjpg::GetNumJpgInMjpg(char *bpFn)
{
    int nRtn = 0;
    uint32_t dw1;
    FILE *fp;

    fp = fopen(bpFn, "rb");
    if (fp==NULL) {
        return(nRtn);
    }
    fseek(fp, 0x30, SEEK_SET);
    fread(&dw1, sizeof(dw1), 1, fp);
    fclose(fp);

    nRtn = (int)dw1;
    return(nRtn);
}


// nPos : top=0 bottom=(NumJpeg-1)
int CLocalMjpg::GetJpgInMjpg(char *bpFnJpg, char *bpFnMjpg, int nPos)
{
    int nJpgPos, nJpgSize;
    tagFooterInfo FI;

    //-------- get num jpg
    int nNumJpg = GetNumJpgInMjpg(bpFnMjpg);
    if(nNumJpg<=nPos) {
        return(-1);
    }
    int n1 = (nNumJpg * 0x10);
    n1 -= (nPos * 0x10);
    int nOffset = 0 - n1;

    //-------- get offset
    FILE *fp = fopen(bpFnMjpg, "rb");
    if (fp==NULL) {
        return(-1);
    }
    fseek(fp, nOffset, SEEK_END);
    fread(&FI, sizeof(tagFooterInfo), 1, fp);
    nJpgSize = (int)(FI.dwFileSize);
    nJpgPos = (FI.dwOffset);
    nJpgPos -= 4;
    nJpgPos += 8;
    nJpgPos += LDEF_MJPG_HEADER_SIZE;
    //-------- get jpg in mjpg
    //-------------------------------------------------------- heap
    unsigned char *bpHp = new unsigned char [nJpgSize];
    //-------------------------------------------------------- heap
    fseek(fp, nJpgPos, SEEK_SET);
    fread(bpHp, nJpgSize, 1, fp);
    if((bpHp[nJpgSize-1])==0) {
        nJpgSize --;
    }
    fclose(fp);
    //-------- copy to jpg file
    fp = fopen(bpFnJpg, "wb");
    fwrite(bpHp, nJpgSize, 1, fp);
    fclose(fp);
    //-------------------------------------------------------- heap
    delete [] bpHp;
    //-------------------------------------------------------- heap
    return(nJpgSize);
}
LocalMjpg.h
#ifndef CLOCALMJPG_H_INCLUDED
#define CLOCALMJPG_H_INCLUDED

class CLocalMjpg
{
	public:
		CLocalMjpg();
		virtual ~CLocalMjpg();
		void Init(int nWidth, int nHeight, int nFps, char *bpFnMjpg);
		void AddJpgToArray(char *bpFnJpg);
		void Finalize(void);
		int GetNumJpgInMjpg(char *bpFn);
		int GetJpgInMjpg(char *bpFnJpg, char *bpFnMjpg, int nPos);

	private:
		typedef struct {
			int nWidth;
			int nHeight;
			int nFps;
		    int nNumJpgFile;
    		int nsJpgFileSize[10100];
	    	int nAllJpgFileSize;
		    char sPgmPath[256];
    		char sFnMjpg[256];
		} tagClassParameter;
		tagClassParameter *CP;
		//--------
		void CreateMjpgHeader(void);
		void CreateMjpgFooter(void);
};

#endif // #ifndef CLOCALMJPG_H_INCLUDED

実行例

000.jpg〜009.jpgという名前を付けた640x480pixelの10個のjpegファイルを用意します。webカメラの画像などが良いと思います。画像ソフトでjpegファイルを作っても良いですが、gimpなどで設定可能なProgressiveJpegでは保存しないようご注意下さい(再生出来ない動画ソフトがあります)。

次のコードで、上記の10ファイルを2fps(=500msec間隔)で再生するMotionJpegを作成します。

main.cpp
#include <stdio.h>
#include "LocalMjpg.h"


int main(int argc, char *argv[])
{
	char sFn[64];
	CLocalMjpg *lmp = new CLocalMjpg;
	
	(lmp->Init)(640, 480, 2, (char *)"test.avi");

	for(int nLoop=0; nLoop<10; nLoop++) {
		sprintf(sFn, "%03d.jpg", nLoop);
		(lmp->AddJpgToArray)(sFn);
	}

	(lmp->Finalize)();
	delete lmp;
	return(0);
}

LinuxでもWindowsでもビルド可能です。Linuxの場合のビルド例を記します。

g++ -o mjpgtest main.cpp LocalMjpg.cpp

出来上がったバイナリー(mjpgtest)を10個のjpegファイルと同じパスへコピーして実行するとtest.aviというMotionJpegファイルが出来上がります。MediaPlayerなどで再生出来ると思います。

MotionJpegからjpegを抽出する

さきほど出来たtest.aviから個々のjpegファイルを抽出するサンプルコードもご紹介します。上記と同様にLocalMjpg.cppと共にビルドして下さい。

main.cpp
#include <stdio.h>
#include "LocalMjpg.h"


int main(int argc, char *argv[])
{
	char sFnJpeg[64], sFnMj[64];

	CLocalMjpg *lmp = new CLocalMjpg;
		
	sprintf(sFnMj, "test.avi");
	int nQty = (lmp->GetNumJpgInMjpg)(sFnMj);
	printf("number of jpeg in %s = %d\n", sFnMj, nQty);

	for(int nLoop=0; nLoop<nQty; nLoop++) {
		sprintf(sFnJpeg, "%03d.jpg", nLoop);
		printf("%s\n", sFnJpeg);
		(lmp->GetJpgInMjpg)(sFnJpeg, sFnMj, nLoop);
	}

	delete lmp;
	return(0);
}

$ ./mjpgtest 
number of jpeg in test.avi = 10
000.jpg
001.jpg
002.jpg
003.jpg
004.jpg
005.jpg
006.jpg
007.jpg
008.jpg
009.jpg

謝辞

MotionJpegに関する実践的な情報がなかなか見つからず、やっとたどり着いたのがこちらのサイトです。
  Ricardicus/mjpeg-avi
大変参考になり感謝しています。お礼を書いたらお返事までいただき恐縮しています。

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