Python實現(xiàn)樹莓派攝像頭持續(xù)錄像并傳送到主機的步驟

關于樹莓派，想必從事嵌入式開發(fā)的開發(fā)者都有聽過，樹莓派原名為Raspberry Pi，也就是它的英文讀法，樹莓派誕生于英國，由“Raspberry Pi 基金會”這個慈善組織注冊開發(fā)。埃?厄普頓就是該項目的頭目。在2012年的3月，英國劍橋大學埃本?阿普頓（Eben Epton）正式發(fā)售世界上最小的臺式機，又稱卡片式電腦，外形只有信用卡大小，卻具有電腦的所有基本功能，這就是Raspberry Pi電腦板，中文譯名”樹莓派”！

樹莓派作為一個輕便迷你的小終端很受大眾的喜愛！！！

樹莓派的特點

與常見的51單片機和STM32等這類的嵌入式微控制器相比，不僅可以完成相同的IO引腳控制之外，還能運行有相應的操作系統(tǒng)，可以完成更復雜的任務管理與調(diào)度，能夠支持更上層應用的開發(fā)，為了開發(fā)者提供了更廣闊的應用空間。比如開發(fā)語言的選擇不僅僅只限于C語言，連接底層硬件與上層應用，可以實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的云控制和云管理，也可以忽略樹莓派的IO控制，使用樹莓派搭建小型的網(wǎng)絡服務器，做一些小型的測試開發(fā)和服務。

與一般的PC計算機平臺相比，樹莓派可以提供的IO引腳，能夠直接控制其他底層硬件的功能，這是一般PC計算機做不到的，當然，樹莓派體積小，成本低，照常可以完成一些PC任務與應用。

樹莓派自帶的攝像頭拍攝夜空是有先例的，起碼可以做到延時攝影。對于實時拍攝沒有研究，但是仍然有必要測試。

樹莓派自帶的攝像頭是500萬像素，價格在26-29歐元（人民幣200+左右）

實時還是事后采集記錄結果？

樹莓派上的攝像機，是使用一個 raspivid 命令操作的。 拋開這個命令的其他參數(shù)，其輸出數(shù)據(jù)有2種方式：

將數(shù)據(jù)保存成文件，儲存在SD卡上，以便事后讀取;

將數(shù)據(jù)按照字節(jié)流的形式，直接輸出到STDOUT標準輸出中，可以實時獲取。

選擇哪種方式，首先要考慮我們能否具有足夠的采集數(shù)據(jù)的能力。

raspivid 命令可以調(diào)節(jié)相機模塊的輸出比特率。輸出是以 H264 編碼輸出的，比特率一般默認是17Mbps，但是這個數(shù)字可以調(diào)小。 如果按照17Mbps算，就是一秒鐘2.12兆字節(jié)。 我們記錄數(shù)據(jù)或者獲取數(shù)據(jù)的速度不能低于這個值，否則長時間錄像可能造成樹莓派的緩存充滿，導致樹莓派崩潰。

樹莓派的網(wǎng)卡是使用了其USB總線，傳送速度是100Mb/s或者12.5MB/s。 實際上后文的實驗表明，目前能達到的傳送速度只有 3MB/s（TCP） 或者 6MB/s（UDP） 。

如果使用SD卡存儲，這個記錄速度也是可以達到的，但是，SD卡有寫入壽命，這是要考慮的。 例如，對于32GB的卡，即使我們能利用全部存儲空間，以2MB/s的速度錄像，也只能記錄4.55小時。

如何通過網(wǎng)絡實時傳送數(shù)據(jù)？

raspivid 命令的 -o 選項，就是用來指定輸出文件的。 在Linux系統(tǒng)中，輸出到文件并不等于寫入到磁盤（這里是SD卡）。 我們?nèi)匀豢赡苁褂?RAMDisk 這種技術，讓輸出只是暫時存儲在內(nèi)存中，并稍后讀取，然后刪除之。 但是，樹莓派的可用內(nèi)存可能只有 280MB ，這最多只能記錄差不多2分鐘的視頻。

如果我們有文件形式的攝像記錄，那么就似乎可以使用文件傳輸?shù)膮f(xié)議，例如 sftp, scp 等等登錄到樹莓派下載文件了。 然而這是不對的。這些協(xié)議在傳輸中使用了加密。

樹莓派在向我們的電腦進行數(shù)據(jù)傳送的時候，如果用這些協(xié)議，就必須先對發(fā)送的數(shù)據(jù)進行加密。 在互聯(lián)網(wǎng)上，加密是很好的設計。但是在樹莓派和電腦之間只用一根網(wǎng)線連接的時候，就不是了。 樹莓派的運算能力是很有限的，使用加密只會讓傳送速度變慢，所以，不要使用加密！

我們使用最原始而簡單的方法：使用 netcat命令 ，在筆記本電腦這一端監(jiān)聽數(shù)據(jù)輸入。 在樹莓派這一端，我們讓 raspivid 獲取一定周期（比如10分鐘，也許可以更長）的錄像， 將結果設定為直接輸出，然后利用Linux的管道機制，直接送進 netcat 發(fā)送。

配置由樹莓派和筆記本構成的網(wǎng)絡

樹莓派和筆記本電腦之間的連接，使用普通網(wǎng)線即可， 因為筆記本和樹莓派上的網(wǎng)卡都能自動適應網(wǎng)線，設定正確的模式（正常來說要使用交叉網(wǎng)線）。

重要的一步是，筆記本電腦和樹莓派連接后構成的網(wǎng)絡中，需要手動為兩個設備設定IP地址。 對于筆記本電腦的設定，就比較簡單了。 我們將筆記本電腦和樹莓派相連的網(wǎng)卡上，將電腦的 IP地址設定為xxx.xxx.x.xxx ， 子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0 ， 網(wǎng)關不要填 ``。

配置樹莓派的方法是，先將樹莓派斷電，然后取出所用的SD卡，用讀卡器插回電腦。 在SD卡的boot分區(qū)中，有個cmdline.txt，這是樹莓派開機時所用到的一些參數(shù)。

打開這個文件，會發(fā)現(xiàn)里面只有一行。這一行中用空格分開了很多設定參數(shù)。 我們在這一行的結尾，不添加空行，直接加上空格，然后寫上： ip=xxx.xxx.x.xxx

當然如果這一行里面已經(jīng)有了ip=的參數(shù)，應該直接修改它。

這樣的結果就是，樹莓派開機之后，會自己選擇這個IP地址作為自己的地址。

實現(xiàn)在筆記本上監(jiān)聽輸入

netcat命令，在每收到一個文件的EOF（End Of File，表明文件已經(jīng)到結尾），就會退出。 我們?yōu)榱俗尳邮漳軌蜻B續(xù)進行，需要用腳本連續(xù)運行這個命令。 這樣就會為每個新接收到的視頻，在筆記本電腦這一端建立一個文件用來存儲。

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# -*- coding: utf-8 -*-

import os

import signal

import subprocess

import sys

import uuid

# 獲取程序運行的本地目錄，和用來存儲接收結果的recv文件夾目錄

BASEPATH = os.path.realpath(os.path.dirname(sys.argv[0]))

RECV = os.path.join(BASEPATH, 'recv')

# 如果接收目錄不存在，就自動新建

print " *** Received files are put into: %s" % RECV

if not os.path.isdir(RECV):

os.system('mkdir -p %s' % RECV)

# 下面的部分用來記錄正在等待接收的文件。這個文件會以一個UUID.tmp的格式命名。

# 在接收成功后，就會被重命名為UUID。（UUID是一個特定格式的唯一字符串，不會重復）。

# 如果在接收過程中按下Ctrl+C，就會發(fā)送一個終止命令給程序，這樣程序會退出，

# 并刪除沒有接收完整的那個文件。

working = False

fullname = False

def sigint_handler(signum, frame):

global fullname, working

print "\n"

print " *** SIGINT detected. End the program."

if working and fullname != False:

print " *** Unfinished recording deleted."

os.system('rm -f %s.tmp' % fullname)

exit()

signal.signal(signal.SIGINT, sigint_handler)

# 使用一個死循環(huán)來不斷運行netcat(nc)命令。

n = 1

while True:

recname = str(uuid.uuid1())

print " [%8d] Listening for file [%s]. Use Ctrl+C to stop this script." % (n, recname)

fullname = os.path.join(RECV, recname)

working = True # 標記接收開始

# 使用 nc -lp 10401 命令接收數(shù)據(jù)，表明端口為10401。

subprocess.call('nc -lp 10401 > %s.tmp' % fullname, shell=True)

os.system('mv %s.tmp %s' % (fullname, fullname))

working = False # 標記接收完畢

n += 1

上文所述的腳本，在筆記本上運行之后，就會在本地開啟10401端口，等待樹莓派上傳送的文件。 傳送的會直接寫入一個由UUID（全局唯一ID）標識的文件中，可以供以后處理。

在樹莓派上攝像并發(fā)送攝像結果

在樹莓派上命令拍攝的方法是：

$ raspivid -o - -b 16000000 -t 100000 | nc xxx.xxx.x.xxx 10401

這條指令的意義如下：

-o - ，使用-o設定輸出，-表示直接輸出到標準輸出中，不寫入文件。

-b 16000000 ，設定輸出比特率為16000000 bit/s。這大約是2兆字節(jié)每秒。

-t 100000 ，設定錄像時間為100000毫秒，亦即100秒。

| nc xxx.xxx.x.xxx 10401 ，使用管道|將結果導入到nc中，nc是發(fā)送模式，目標是xxx.xxx.x.xxx計算機上的10401端口。

Python

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