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Raspberry PiでRTSPネットワークカメラを構築する方法

Last updated at 2019-10-27Posted at 2019-10-26

1. はじめに

今回は、自分自身への備忘録を兼ねて、Raspberry PiでRTSPネットワークカメラの構築方法を、お伝えしたいと思います。

参考文献：【小ネタ】Raspberry Pi と USB接続のWebカメラでRTSPサーバを作って動画を配信する

1-1. この記事を読んでできること

Raspberry Piを用いた、RTSPネットワークカメラの構築ができるようになる。

2. Raspberry Pi 用の microSDカード作成

ここでは、Raspberry Pi の microSDカードを作成します。今回は、PC と Raspberry Pi を直接、有線LAN接続し、セットアップをすすめますので、そのための事前準備もおこないます。

2-1. OSイメージファイル（RASPBIAN Buster WITH DESKTOP）の入手

以下のURLから、OSイメージファイル（RASPBIAN Buster WITH DESKTOP）をダウンロードする。OSイメージファイルは、NOOBSでもよいらしいが、少しセットアップがややこしくなるらしいので、ここでは、Raspbianを推奨します。

RASPBIAN_Buster_WITH_DESKTOPダウンロードサイトURL

https://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/

参考：この記事作成時のファイルバージョン：2019-09-26-raspbian-buster-full.zip

2-2. microSDカードのフォーマット

SD Formatter for Windowsなどのソフトを用いて、使用するmicroSDカードをフォーマットしておく。

2-3. microSDカードへOSイメージの書き込み（所要時間：15分）

Etcherなどのソフトを用いて、使用するmicroSDカードへOSイメージを書き込む。

2-4. Raspberry Pi の有線LAN 固定IPアドレスの設定

Visual Studio Codeなどのテキストエディタを用いて、microSDカード直下フォルダの「cmdline.txt」ファイルを開き、1行目の行末に固定IPアドレスを追記し、保存する。保存の際は、テキストファイルの文字コード、改行コードが変わらないよう注意すること。

cmdline.txt

dwc_otg.lpm_enable=0 console=serial0,115200 console=tty1 root=PARTUUID=49783f5b-02 rootfstype=ext4 elevator=deadline fsck.repair=yes rootwait quiet init=/usr/lib/raspi-config/init_resize.sh splash plymouth.ignore-serial-consoles ip=192.168.1.2

2-5. Raspberry Pi のSSH有効化の設定

microSDカード直下フォルダにファイル名「ssh」（空ファイル拡張子なし）で新規作成する。保存の際は、不要なファイル拡張子（.txt等）が付かないよう注意すること。

2-6. Raspberry Pi のWi-Fi設定

あらかじめWi-Fi設定を済ませておきたい場合に設定してください。
設定に自信がない方は、このあとの手順で、Raspberry Pi の GUIからでも設定できます。
microSDカード直下フォルダにファイル名「wpa_supplicant.conf」（改行コード：LF）で新規作成し、ファイルの内容を以下のとおり設定する。（ssidとパスワードpskは、各自の環境に合わせて設定してください。）

wpa_supplicant.conf

country=JP
ctrl_interface=DIR=/var/run/wpa_supplicant GROUP=netdev
update_config=1
network={
        ssid="----Your-WiFi-SSID----"
        psk="----PLAIN-PASSPHRASE----"
}

2-7. microSDカードの完成

完成した microSDカードを、PCからおもむろに抜き取る。

3. PCの有線LAN 固定IPアドレス設定

ここでは、PC側（Windwos ／ Mac）の有線LAN IPアドレスを、固定IPアドレスに設定します。
普段、PCを有線LANでお使いの方は、一時的にオフラインとなります。このあと、Raspberry Pi側で、無線LANネットワークを利用し、オンライン認証が必要となります。必ず、無線LANネットワークが確保できている状況でこれからの作業を進めてください。お持ちのPCに、有線LANポートが付いていない場合は、USB型のイーサネットアダプタ等をご用意ください。

3-1. イーサネットのアダプタオプション変更

「Windowsアイコン」→「設定」→「ネットワークとインターネット」→「アダプタのオプションを変更する」を選択する。

ネットワーク接続画面の「イーサネット」を右クリックし、「プロパティ」を選択する。
イーサネットのプロパティ画面で、「インターネットプロトコルバージョン4（TCP/IPv4）を選択し、「プロパティ」ボタンをクリックする。

全般タブ内の「次のIPアドレスを使う」をチェックし、「IPアドレス」および「サブネットマスク」を設定し、「OK」ボタン、「適用」ボタンをクリックする。

IPアドレス

192.168.1.1

サブネットマスク

255.255.255.0

これで、PCの固定IPアドレス（192.168.1.1）と、Raspberry Piの固定IPアドレス（192.168.1.2）の設定が完了し、有線LANケーブルを用いて接続できる準備がととのいました。今回の方法を用いることで、通常、Raspberry Piのセットアップで必要となる、USBキーボード、USBマウス、HDMIケーブル、モニタ等を用意せずともRaspberry Piのセットアップを進めることができます。Alexa Voice Service(AVS)のセットアップに限らず、今回の方法を活用してみてください。

4. PC（Windows ／ Mac）からRaspberry PiへSSH＆VNC接続

ここでは、Raspberry Piへ遠隔操作（SSH＆VNC接続）するため、PC（Windows ／ Mac）とRaspberry Piの接続（有線LAN接続）をおこないます。

4-1. Raspberry Piの起動

Raspberry Piの必須デバイス（USBカメラ）を接続する。
Raspberry Piの電源をONにし、Raspberry Piにたましいを吹き込む。

4-2. PC と Raspberry Pi との有線LAN接続

Raspberry Pi の有線LANポートにLANケーブルをぶっさす。
片方のLANケーブルを、PCの有線LANポートにぶっさす。
PCで、ターミナル端末を起動（Windowsの場合は、Win旗印をクリックし、「cmd」を入力後、コマンドプロンプトをクリックすると真っ黒画面が起動する。）
ターミナル端末から、pingコマンドを実行し、ネットワークの疎通確認をする。

pingコマンド（疎通確認PC→RaspberryPi）

C:\> ping 192.168.1.2

4-3. SSHクライアントでの接続

PCで、SSHクライアント（TeraTerm 等）を起動し、ホストにRaspberry Piの固定IPアドレス「192.168.1.2」またはホスト名「raspberrypi.local」を入力し、OKボタンをクリックする。

セキュリティ警告が出た場合は、「続行」ボタンをクリックする。

SSH認証画面で、ユーザ名とパスフレーズを入力し、「OK」ボタンをクリックする。

ユーザ名（デフォルト）

pi

パスフレーズ（デフォルト）

raspberry

SSHクライアントで、ログインが確認できたことを確認する。

4-4. 環境設定の設定（SSHクライアントでの操作）

SSHクライアントから、以下の操作をおこない、環境設定「タイムゾーン」と「VNC接続の許可」を設定する。

環境設定

$ sudo raspi-config

4 Localisation Options → I2 Change Timezone → Asia → Tokyo

5 Interfacing Options → P3 VNC → YES → Ok

設定が済んだら、「Finishi」を選択し、環境設定を終了する。

4-5. VNCクライアントでの接続

VNCクライアントを起動し、Raspberry Piの固定IPアドレスまたはホスト名「raspberrypi.local」を入力し、接続する。

RaspberryPiの固定IPアドレス

192.168.1.2

VNCクライアントで、Raspberry Piのパスワードを入力し、接続する。

RaspberryPiのパスワード（デフォルト）

raspberry

4-6. Raspberry Piで無線LAN（Wi-Fi）接続する（VNCクライアントでの操作）

そろそろ大詰めですが、ここからのコマンド操作では、オンラインでの認証作業が必要となり、Raspberry Piをオンラインに接続する必要があります。手順に従い、Raspberry Piをオンライン状態にしてください。

VNCクライアントから、ネットワークアイコンをクリックし、各自の無線LANアクセスポイント（Wi-Fi）に接続する。

VNCクライアントでの、Raspberry Piで無線LAN（Wi-Fi）接続が完了したら、ネットワークアイコンが、無線LANアイコンに代わることを確認する。

4-7. Raspberry Pi のソフトウェアアップデートおよびファームウェアアップデートの実行

アップデートコマンド＆アップグレードコマンド

$ sudo apt update
$ sudo apt upgrade

このコマンドで、「パッケージ一覧の更新」および「パッケージの更新」が完了します。

5. Raspberry PiへRTSPをセットアップ（SSHクライアントでの操作）

やっとこさ、準備が整いましたね。手順としては、残すところあとわずかです。

5-1. SSHクライアントからRaspberry Piへ接続する。

5-2. USBカメラをRaspberry Piに接続する。

5-3. USBカメラの認識を確認する。

/dev/video0が表示されること。

コマンド

$ v4l2-ctl --list-devices

cm2835-codec-decode (platform:bcm2835-codec):
        /dev/video10
        /dev/video11
        /dev/video12

UVC Camera (046d:080a) (usb-3f980000.usb-1.2):
        /dev/video0
        /dev/video1

5-4. /etc/modulesにbcm2835-v4l2を追加する。

「bcm2835-v4l2」を末尾に追記すること。

コマンド

$ sudo vi /etc/modules

# /etc/modules: kernel modules to load at boot time.
#
# This file contains the names of kernel modules that should be loaded
# at boot time, one per line. Lines beginning with "#" are ignored.

i2c-dev
bcm2835-v4l2

5-5. v4l2rtspserverをインストールする。

コマンド

// モジュールのインストール
$ sudo apt-get install cmake
$ sudo apt-get install subversion
$ sudo apt-get install liblivemedia-dev

// 任意の作業ディレクトリに移動
$ cd ~/Documents/

// コンパイル＆インストール
$ git clone https://github.com/mpromonet/h264_v4l2_rtspserver.git
$ cd h264_v4l2_rtspserver
$ sudo cmake .
$ sudo make install

// インストール後の確認
$ ls -la /usr/local/bin/v4l2rtspserver

6. Raspberry PiからRTSPネットワークカメラ映像を配信

コマンド

$ sudo v4l2rtspserver

7. Windows10のVLCメディアプレイヤーでRTSPネットワークカメラ映像を確認

メニューから「メディア」＞「ネットワークストリームを開く」を選択する。
「ネットワークURL」に以下のURLを設定する。
rtsp://raspberrypi.local:8554/unicast
または固定IP指定
rtsp://192.168.1.2:8554/unicast
で入力し、「再生」ボタンをクリックする。

8. Raspberry Pi起動時にサービス自動起動するようにする。

/etc/rc.localファイルに /usr/local/bin/v4l2rtspserver -W 1280 -H 720 -F 3 を追記する。（-Wに横幅、-Hに高さ、-Fにフレーム数を指定する。）
フレーム数に7～8以上指定すると、比較的カクツキの少ない映像配信ができるかと思います。

コマンド

$ sudo vi /etc/rc.local

#!/bin/sh -e
#
# rc.local
#
# This script is executed at the end of each multiuser runlevel.
# Make sure that the script will "exit 0" on success or any other
# value on error.
#
# In order to enable or disable this script just change the execution
# bits.
#
# By default this script does nothing.

# Print the IP address
_IP=$(hostname -I) || true
if [ "$_IP" ]; then
  printf "My IP address is %s\n" "$_IP"
fi

/usr/local/bin/v4l2rtspserver -W 1280 -H 720 -F 3

exit 0

8. Raspberry Piを再起動して、RTSPネットワークカメラのサービス自動起動を確認する。

コマンド

// Raspberry Piを起動
$ sudo shutdown -r now

9. おわりに

みなさまの学習の参考になれば幸いです。

2019/10/26 TAKAHIRO NISHIZONO

10. 追記その1：supervisorを用いたデーモン化

/etc/rc.localに追記したサービス自動起動の場合、v4l2rtspserverがダウンした時のリスタートやログ出力が管理できていないので、supervisorを用いたデーモン化をしてみました。
事前準備として、/etc/rc.localファイルに追記した1行を削除またはコメントアウトし、rasberry pi を一度再起動しておいてください。（v4l2rtspserverのプロセスが停止しており、ポート番号8554が空いている状態にするため）

参考文献：Raspberry Piに【Supervisor】をインストールして、motionをデーモン化してみた

10.1 supervisorのインストール

コマンド

$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get install supervisor

10.2 conf設定ファイルの新規作成

コマンド

$ sudo vi /etc/supervisor/conf.d/v4l2rtspserver_sv.conf
// 以下の内容を新規ファイルに追記し保存する。

[program:v4l2rtspserver]
command=/usr/local/bin/v4l2rtspserver -W 1280 -H 720 -F 3  ; 起動コマンド
user=pi               ; 起動ユーザー
autostart = true      ; 自動起動
autorestart = true    ; 自動リスタート
numprocs=1            ; 起動するプロセス数
redirect_stderr=true  ; エラー出力を標準出力にリダイレクト
stdout_logfile=/var/log/v4l2rtspserver.log  ; 標準出力ログのファイル名

10.3 conf設定ファイルの再読み込み

コマンド

$ sudo supervisorctl reread
v4l2rtspserver: available

10.4 サブプロセス追加反映

コマンド

$ sudo supervisorctl add v4l2rtspserver
v4l2rtspserver: added process group

10.5 supervisorステータスの確認

ステータス状態が「RUNNING」であれば、すでにv4l2rtspserverがデーモン化して起動中となります。ステータス状態が「FATAL」の場合は起動失敗しているので、ログ出力ファイル「/var/log/v4l2rtspserver.log」を確認しましょう。

コマンド

$ sudo supervisorctl status
v4l2rtspserver                   RUNNING   pid 1000, uptime 0:00:01

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Raspberry PiでRTSPネットワークカメラを構築する方法

1. はじめに

1-1. この記事を読んでできること

2. Raspberry Pi 用の microSDカード作成

2-1. OSイメージファイル（RASPBIAN Buster WITH DESKTOP）の入手

2-2. microSDカードのフォーマット

2-3. microSDカードへOSイメージの書き込み（所要時間：15分）

2-4. Raspberry Pi の有線LAN 固定IPアドレスの設定

2-5. Raspberry Pi のSSH有効化の設定

2-6. Raspberry Pi のWi-Fi設定

2-7. microSDカード の完成

3. PCの有線LAN 固定IPアドレス設定

3-1. イーサネットのアダプタオプション変更

4. PC（Windows ／ Mac）からRaspberry PiへSSH＆VNC接続

4-1. Raspberry Piの起動

4-2. PC と Raspberry Pi との有線LAN接続

4-3. SSHクライアントでの接続

4-4. 環境設定の設定（SSHクライアントでの操作）

4-5. VNCクライアントでの接続

4-6. Raspberry Piで無線LAN（Wi-Fi）接続する（VNCクライアントでの操作）

4-7. Raspberry Pi のソフトウェアアップデートおよびファームウェアアップデートの実行

5. Raspberry PiへRTSPをセットアップ（SSHクライアントでの操作）

5-1. SSHクライアントからRaspberry Piへ接続する。

5-2. USBカメラをRaspberry Piに接続する。

5-3. USBカメラの認識を確認する。

5-4. /etc/modulesにbcm2835-v4l2を追加する。

5-5. v4l2rtspserverをインストールする。

6. Raspberry PiからRTSPネットワークカメラ映像を配信

7. Windows10のVLCメディアプレイヤーでRTSPネットワークカメラ映像を確認

8. Raspberry Pi起動時にサービス自動起動するようにする。

8. Raspberry Piを再起動して、RTSPネットワークカメラのサービス自動起動を確認する。

9. おわりに

10. 追記その1：supervisorを用いたデーモン化

10.1 supervisorのインストール

10.2 conf設定ファイルの新規作成

10.3 conf設定ファイルの再読み込み

10.4 サブプロセス追加反映

10.5 supervisorステータスの確認

2-7. microSDカードの完成