Jetson Nano + Realsense D455 の映像を、ストリーミングしてみる。（カラーカメラのみ、HTTP、Jpeg編）

はじめに

　CQ出版社の月刊誌「Interface」の2021年1月号には、「Jetson/ラズパイ/PCで自習　Python画像処理100」が掲載された。この掲載記事の中で、”便利ワザ”として「HTTPによるビデオ・ストリーミング配信」、「ビデオ・ストリーミング・サーバ＆レシーバ」が紹介されていた。これをまんま、筆者の環境で動かしたく思った。筆者はJetsonNanoに接続できるUSBなカメラはD455しか持っていない。D455のカラーカメラ映像をHTTPでJpegストリーミングしてみる。

OpenCV でD455 の映像を扱う

　　掲載されていた便利ワザでは、カメラ映像をOpenCVで取得して、Jpeg圧縮している。D455の映像をOpenCVで扱うにはどうしたらよいのか、調べると、次のサイトに情報があった。

　　RealSenseをcv2.VideoCaptureライクに使う
　　https://qiita.com/yumion/items/6eeb820c1f06839d57a7

　こちらのpythonスクリプトをコピーさせていただいておく。使い方のポイントは、read()での画像読み込みがOpenCVの cv2.VideCaptureクラスライクなところ。

cap = RealsenseCapture()
# プロパティの設定
cap.WIDTH = 640
cap.HEIGHT = 480
cap.FPS = 30
# cv2.VideoCapture()と違ってcap.start()を忘れずに
cap.start()

while true:
  ret, frames = cap.read()  # frames[0]にRGB、frames[1]にDepthの画像がndarrayが入っている

Jetson Nano のIPアドレスをスクリプト内で取得する

　掲載されていた便利ワザは、IPアドレスを決め打ちの設定で書き込んでいる。JetsonNanoをLAN内据え置き型で使うなら問題ないだろうが、持ち運んだ先で使おうかなとか思う、ネットワーク管理者からしたら傍迷惑な輩が使うにはちょっと不便である。JetsonNanoは、装備されている有線LANポートがあるし据え付けの利用前提であれば有線LAN接続すれば良さそうでもあるけれど、Wifi接続にして可能な限りモビリティを高めたい（モビリティを追求できないのは、電源（モバイルバッテリー）の調達の問題）。
調べると、次のサイトに複数LANアダプタのIPアドレス取得方法があった。

　　Pythonで自身のIPアドレスを取得
　　https://qiita.com/mm_sys/items/f991be3b69d4947616b7

　使わせてもらったところ、microUSB端子にもIPアドレスの割り当てがあって、eth0, wlan0, l4tbr0 の３つの有効なアドレスが得られることがわかった。

Jetson Nano から HTTPストリーミング

　掲載されている便利ワザを少し改造して、D455の映像をpyrealsense2で取得して、JetsonNanoのwlan0から配信するスクリプトを作ってみた。なお、bottleライブラリをインポートして、webサーバにしている点は、CQ出版Interfaceと同じだ。

realsensecv.py

import pyrealsense2 as rs
import numpy as np


class RealsenseCapture:

    def __init__(self):
        self.WIDTH = 640
        self.HEGIHT = 480
        self.FPS = 30
        # Configure depth and color streams
        self.config = rs.config()
        self.config.enable_stream(rs.stream.color, self.WIDTH, self.HEGIHT, rs.format.bgr8, self.FPS)
        self.config.enable_stream(rs.stream.depth, self.WIDTH, self.HEGIHT, rs.format.z16, self.FPS)

    def start(self):
        # Start streaming
        self.pipeline = rs.pipeline()
        self.pipeline.start(self.config)
        print('pipline start')

    def read(self, is_array=True):
        # Flag capture available
        ret = True
        # get frames
        frames = self.pipeline.wait_for_frames()
        # separate RGB and Depth image
        self.color_frame = frames.get_color_frame()  # RGB
        self.depth_frame = frames.get_depth_frame()  # Depth

        if not self.color_frame or not self.depth_frame:
            ret = False
            return ret, (None, None)
        elif is_array:
            # Convert images to numpy arrays
            color_image = np.array(self.color_frame.get_data())
            depth_image = np.array(self.depth_frame.get_data())
            return ret, (color_image, depth_image)
        else:
            return ret, (self.color_frame, self.depth_frame)

    def release(self):

getIpAddress.py

import netifaces as ni
import psutil
import os
import socket


def get_ip() -> list:
    if os.name == "nt":
        # Windows
        return socket.gethostbyname_ex(socket.gethostname())[2]
        pass
    else:
        # それ以外
        result = []
        address_list = psutil.net_if_addrs()
        for nic in address_list.keys():
            ni.ifaddresses(nic)
            try:
                ip = ni.ifaddresses(nic)[ni.AF_INET][0]['addr']
                if ip not in ["127.0.0.1"]:
                    result.append({'name': nic, 'address': ip})
            except KeyError as err:
                # print(err)
                pass
        return result


if __name__ == "__main__":
    print(get_ip())

WebStream.py

"""
Webサーバーを使用したビデオストリーミング
"""
import cv2
import bottle
import time
from realsensecv import RealsenseCapture

web = bottle.Bottle()


def __main():

    try:
        cap = cv2.VideoCapture(0, cv2.CAP_V4L)
        cap.set(cv2.CAP_PROP_FRAME_WIDTH, 1280)
        cap.set(cv2.CAP_PROP_FRAME_HEIGHT, 720)
        if not cap.isOpened():  # ビデオキャプチャー可能か判断
            print("Not Opened Video Camera")
            exit()
    except:
        cap = RealsenseCapture()
        # プロパティの設定
        cap.WIDTH = 640
        cap.HEIGHT = 480
        cap.FPS = 30
        # cv2.VideoCapture()と違ってcap.start()を忘れずに
        cap.start()

    while True:
        ret, frames = cap.read()

        color_frame = frames[0]
        depth_frame = frames[1]

        if not ret:  # キャプチャー画像取得に失敗したら終了
            print("Video Capture Err")
            break

        # ここで処理を実行する
        result, jpgImg = cv2.imencode('.jpg', img=color_frame, params=[
                                      int(cv2.IMWRITE_JPEG_QUALITY), 80])  # 0 - 100
        yield b'--frame\r\n' + b'Content-Type: image/jpeg\r\n\r\n' + bytearray(jpgImg) + b'\r\n\r\n'
        time.sleep(1 / 60)

        '''
        cv2.imshow("Final result", color_frame)  # 画面表示
        if cv2.waitKey(10) > -1:
            break
        '''
    cap.release()
    cv2.destroyAllWindows()

    return 0


@web.route('/')
def main():
    return bottle.static_file('index.html', root='./')


@web.route('/video_recv')
def video_recv():
    bottle.response.content_type = 'multipart/x-mixed-replace;boundary=frame'
    return __main()


if __name__ == '__main__':
    # print(cv2.__version__)

    web.run(host='0.0.0.0', port=8080)
    # web.run(host='0.0.0.0', port=8080, reloader=True, debug=True)

index.html

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <title>Video Stream</title>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1">
<style type="text/css">
<!--
    #ID_01{
        text-align : center;
    }

    #ID_TITLE{
        font-size : 30pt;
        text-align : center;
    }
-->
</style>
</head>
<body>
    <div id="ID_TITLE">シングルボードコンピュータを使用したストリーミング配信</div>
    <div id="ID_01">
        <img src="./video_recv">
    </div>
</body>
</html>

別のPCから、当該PCへhttpで8080ポートへブラウザでアクセスすると・・・

成功。
htmlは、アクセスされたらimgタグのとおり参照先を示し、pythonのbottleで参照された場所へ次々と映像をjpg圧縮して送っている。FPS30までは拙宅のLAN、Wifiでも十分に綺麗な映像をみることができた。

まとめ

RealsenseD455のカラーカメラ映像をJetsonNanoを通してOpenCVでJpeg圧縮しながらHTTPストリーミングできた。