寝ている赤ちゃんやラヴリィな愛玩動物、さらには徘徊する御老人等々を見守るために、ラズベリーパイとUSB webcamを使いWifiで画像と音声のストリーミング配信をする実験を行いました。
いろいろ試してみたのですが、なかなか動作が安定せず現在も試行錯誤の段階です。その過程でまた新たに512MB RAMのRPiを買ってしまいました。

スペックです。

Raspberry Pi Model B
Downloaded image: 2012-12-16-wheezy-raspbian.zip
uname -a output: 3.2.27+ #250 PREEMPT Thu Oct 18 19:03:02 BST 2012 armv6l GNU/Linux

Webcam : Logitech C270
Wireless adapter: BUFFALO WLI-UC-GNM2

lsusb output:
Bus 001 Device 004: ID 0411:01ee BUFFALO INC. (formerly MelCo., Inc.) WLI-UC-GNM2 Wireless LAN Adapter [Ralink RT3070]
Bus 001 Device 005: ID 046d:0825 Logitech, Inc. Webcam C270

cat /proc/cpuinfo

Hardware : BCM2708
Revision : 000f

電源は 5V 2A

まず動画の配信ですが、ffmpeg ffserverを使う方法やMotion, MJPG-Streamerなど何種類かを色々なサイトを参考にして実験してみました。

Motion(http://www.lavrsen.dk/foswiki/bin/view/Motion/WebHome) は apt-get で簡単にインストールでき、コンフィグ設定が簡単、しかも多機能なのでとても良いのですが、Raspberry Piの処理速度に起因してか最大で352×288 pixel の画像しか見ることができません。さらに問題なのは、私の環境では起動から数時間経過するとuvcvideo関係のエラーで動作が止まってしまう事でした。

しかしMotionは、玄箱HG(KURO-BOX HG) + C270 webcam + Debian squeeze + 640×480(画像)に設定して安定して動いていた経験があります。RPiでのこのエラー原因は、現versionのRaspbianの実装の問題か、またはwebcamとの相性なのか、良くわかりません。(ちなみに archlinux-hf-2012-09-18.zip でも試してみましたが、結果は同じでした)

結局、現在はディレイが少なく画像も640×480 pixelを軽快に再生できるMjpg-streamerを使っています。webcamは家電量販店で安く売っていたELECOM UCAM-DLD200BAも試してみたのですが、私の場合Logitech C270との方が相性が良いみたいです。ちなみにこの組み合わせで1280×960 pixelの再生も可能でした。でも、動画再生の様子ははカクカクという感じです。これは無線LANの通信速度にも大きく依存すると思います。

Mjpg-streamerのインストールについては多くの方が書かれているのですが、私はSLB Labs さんのサイト(http://www.slblabs.com/2012/09/26/rpi-webcam-stream/)を参考にさせていただきました。

作業手順は上記サイトに記載されている通りです。Raspbianインストール後、初期設定を行った後に、まずアップデートしておきました

# apt-get update
# apt-get upgrade

そして、こちらからmjpg-streamer-r63.tar.gzをダウンロード

任意のディレクトリで解凍
# tar xvzf mjpg-streamer-r63.tar.gz

コンパイルするためにlibjpeg8-devをインストール
# apt-get install libjpeg8-dev

シンボリックリンクを作成
# ln -s /usr/include/linux/videodev2.h /usr/include/linux/videodev.h

コンパイル
# cd mjpg-streamer-r63
# CFLAGS+=”-O2 -march=armv6 -mfpu=vfp -mfloat-abi=hard” make

/etc/rc.localファイルの# By default this script does nothing.の下あたりに下記を追記するとブート時に自動起動します。

cd /'ファイル パス'/mjpg-streamer-r63/
export LD_LIBRARY_PATH=.
./mjpg_streamer -i './input_uvc.so -d /dev/video0 -r 320x240 -f 3' -o './output_http.so -w www -p 8080'

(2013/02/24 -r -f の値を変更しました。 thanks D.K ）

クライアントPCのブラウザで
http://ラズベリーパイのip address:8080
にアクセスすると、FirefoxやChomeさらに IEでもjavascriptを利用して動画を見ることができます。

また、スカイの社長日記さんのサイト(http://skysh.kyo2.jp/e391120.html) を参考にさせていただき、

/boot/cmdline.txt　に smsc95xx.turbo_mode=N を追加 ===> (2013/02/03追記へ)

# raspi-config にて

overclock –> Turbo 1000MHz ARM, 500MHz core, 600MHz SDRAM, 6 overvolt
memory_split –> 16

にしてあります。また無線LANの設定は前回のエントリー（修正アリ)の通りに設定しました。

さて、C270 webcamにはマイクも付いていますので音声も同時ストリーミングに挑戦してみました。

こちら pruperさんのサイト (http://prupert.wordpress.com/2010/08/02/stream-live-audio-from-a-microphone-in-near-real-time-in-ubuntu/)や

こちらのサイト (http://ffmpeg.org/trac/ffmpeg/wiki/Capturing%20audio%20with%20FFmpeg%20and%20ALSA) を参考にしました。

まずffmpeg と lame をインストールします

# apt-get install ffmpeg lame

# arecord -l で Audio Input device を表示させます

**** List of CAPTURE Hardware Devices ****
card 1: U0x46d0x825 [USB Device 0x46d:0x825], device 0: USB Audio [USB Audio]
Subdevices: 0/1
Subdevice #0: subdevice #0

C270 webcamの音声(Microphone on the USB web cam)は上記の通り card 1 ですので ffmpeg の -i オプションで指示する値を hw:1 にします。

# ffmpeg -f alsa -ac 1 -i hw:1 -acodec libmp3lame -ab 32k -re -f rtp rtp://239.5.5.5:1234 >/dev/null 2>&1 &

上記を実行した後にクライアントPCから VLC mdedia player を起動して

メディア (Media)- ネットワークストリームを開く(Open Network Stream) – ネットワークURL欄に rtp://239.5.5.5:1234 – 再生 (Play)

の順にすすめば音声も聞くことができます。

【映像・音声の遅延について】
ネットワークの通信速度にもよるのでしょうが、私の実験では映像に1秒-3秒くらいのディレイがあります。さらに遅れて音声が届くという感じです。

【CPU等の使用率: topの抜粋です】

画像のみの時 (Mjpg-streamer)

top - 21:03:22 up 2 min,  1 user,  load average: 0.37, 0.26, 0.11
Tasks:  60 total,   1 running,  59 sleeping,   0 stopped,   0 zombie
%Cpu(s):  4.1 us, 10.7 sy,  0.0 ni, 85.2 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
KiB Mem:    497764 total,    68868 used,   428896 free,     8976 buffers
KiB Swap:   102396 total,        0 used,   102396 free,    39144 cached

  PID USER      PR  NI  VIRT  RES  SHR S  %CPU %MEM    TIME+  COMMAND
 2187 root      20   0 45760 1652 1468 S   5.2  0.3   0:02.35 mjpg_streamer

画像＋音声 (Mjpg-streamer + ffmpeg)

top - 20:59:27 up 33 min,  1 user,  load average: 1.04, 1.12, 0.82
Tasks:  63 total,   2 running,  61 sleeping,   0 stopped,   0 zombie
%Cpu(s): 59.2 us, 15.4 sy,  0.0 ni, 25.4 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
KiB Mem:    497764 total,    99988 used,   397776 free,    12920 buffers
KiB Swap:   102396 total,        0 used,   102396 free,    57880 cached

  PID USER      PR  NI  VIRT  RES  SHR S  %CPU %MEM    TIME+  COMMAND
15352 root      20   0 37268  10m 4380 R  56.7  2.1   7:56.70 ffmpeg
 2170 root      20   0 53952 1840 1468 S   5.5  0.4   1:43.38 mjpg_streamer

ffmpeg はCPUの使用率が高いです。

調子良く運用できそうだったのですが、やはりエラーメッセージを出して止まってしまいます。 (涙)

Jan 30 17:51:35 raspberrypi MJPG-streamer [2209]: Error grabbing frames
Jan 30 17:51:35 raspberrypi kernel: [12810.889315] uvcvideo: Non-zero status (-5) in video completion handler.

この方法で音声も送るのには無理があるのでしょうか？今後の課題です。

（2013/02/03 追記)

残念ながらしばらく動かしていると止まってしまい安定しません。どうやらUSB webcamだけでなくUSB無線アダプタの方も安定しないみたいです。smsc95xx問題関係かと思い対策方法を検索してみたところ、次の記事が目に留まりました。

http://www.raspberrypi.org/phpBB3/viewtopic.php?t=21963&p=259518

bgirardot さんがdevelopment firmwarenへのアップデートについて記載されていたので、カーネルパラメータに追記する方法に変えて試してみました。参照先にもかかれているように一度開発版のファームウエアにアップデートすると、元に戻すのはとても難しいので注意が必要です。(bgirardotさんはSDメモリカードのコピーを勧めています）

https://github.com/Hexxeh/rpi-update へアクセスしてこちらに書かれている通りに作業しました。(スパーユーザーの権限で行います)

■ [preparaitons(準備作業)]
私にはこの作業は必要なかったですが、行うとすれば

# apt-get update

# apt-get install ntpdate

# ntpdate -u ntp.nict.jp

# apt-get install ca-certificates

■ [rpi-update コマンドのインストール]

# wget http://goo.gl/1BOfJ -O /usr/bin/rpi-update && sudo chmod +x /usr/bin/rpi-update

# apt-get install git-core

■ [rpi-update の実行]

# rpi-update

# reboot

■ [上記コマンド実行の結果]

# uname -a の表示です。

Linux raspberrypi 3.6.11+ #366 PREEMPT Wed Jan 30 12:59:10 GMT 2013 armv6l GNU/Linux

まだ、長時間テストしているわけではないのですが安定性は良いみたいです。ただ、mjpg-streamerを実行した時の再生スピードが遅くなってしまったような感じがします（バラツキがある）。

(2013/02/05 さらに追記) 残念ながら上記設定でも長時間運用していると下記のエラーを出して動画配信が止まってしまいました。安定的に連続で動かせるようになるには、しばらくかかりそうです。

Feb 5 05:19:23 raspberrypi kernel: [78477.340097] uvcvideo: Non-zero status (-5) in video completion handler.

Raspberry pi を有線LAN経由でSSH接続してHeadless運用(モニタとかキーボードを接続しない）していたのですが、無線LANでSSHが使えれば離れたところにも設置できて便利です。そこでwifiで使うために、BUFFALOの無線アダプタを購入いたしました。型番はWLI-UC-GNM2。Amazon.co.jpで891円でした。無線LANに関してはWeb上で多くの方が報告されていますので問題ないハズと思ったのですが、なかなかうまくいきませんでした。

まず私のRPi環境のスペックです

Raspberry Pi Model B
Downloaded image: 2012-10-28-wheezy-raspbian.zip
Kernel version: 3.2.27+
Wireless adapter: BUFFALO WLI-UC-GNM2
lsusb output: Bus 001 Device 004: ID 0411:01ee BUFFALO INC. (formerly MelCo., Inc.) WLI-UC-GNM2 Wireless LAN Adapter [Ralink RT3070]

board revision
root@raspberrypi:~# cat /proc/cpuinfo

Hardware : BCM2708
Revision : 0003

電源は 5V 2A
無線アダプタはセルフパワードハブ( powered hub）に接続
（電源に問題があって通信できない事例をWebで見ていましたので、この構成で試してみました。が、結果的には直接RPiに無線アダプタを挿しても同じでした。)

アクセスポイント側 BUFFALO WHR-HP-GN

無線アダプタは接続するとすぐ認識できました。

root@raspberrypi:~# lsusb
Bus 001 Device 004: ID 0411:01ee BUFFALO INC. (formerly MelCo., Inc.) WLI-UC-GNM2 Wireless LAN Adapter [Ralink RT3070]

root@raspberrypi:~# dmesg
[    3.263009] usb 1-1.2: new high-speed USB device number 4 using dwc_otg
[    3.409389] usb 1-1.2: New USB device found, idVendor=0411, idProduct=01ee
[    3.423267] usb 1-1.2: New USB device strings: Mfr=1, Product=2, SerialNumber=3
[    3.437499] usb 1-1.2: Product: 802.11 n WLAN
[    3.448902] usb 1-1.2: Manufacturer: Ralink
[    3.460167] usb 1-1.2: SerialNumber: 1.0

IP address ,SSID, 事前共有Key等をセットします。(IPアドレス等は実際とは異なる便宜上のものです）LANケーブルが差し込まれている時は eth0 から通信して、また反対に無線アダプタが差し込まれている時はwlan0から通信する事を目的としています。 (1/29 追記: 後日、新しいSD-CARDに再構築してみたところ、下記の設定だけではデフォルトゲートウエイがwlan0に切り替わりませんでした。何の設定をしたのか思い出せないので、しかたなくeth0の設定をコメントアウトしました。また、アクセスポイントはWPA-PSK 暗号化はAESで試してみました。 )

</etc/network/interfaces>

auto lo
iface lo inet loopback

# auto eth0
# allow-hotplug eth0
# iface eth0 inet static   
# address 192.168.11.200
# network 192.168.11.0
# netmask 255.255.255.0
# broadcast 192.168.11.255
# gateway 192.168.11.1


auto wlan0
allow-hotplug wlan0
iface wlan0 inet static
address 192.168.11.201
network 192.168.11.0
netmask 255.255.255.0
broadcast 192.168.11.255
gateway 192.168.11.1

wpa-ssid "エスエスID"
wpa-psk "事前共有key"

</etc/resolv.conf>

nameserver 192.168.11.1

root@raspberrypi:~# shutdown -r now

無線アダプタをセットして、LANケーブルは抜いた状態でリブートします。

root@raspberrypi:~# iwconfig
lo        no wireless extensions.

wlan0     IEEE 802.11bgn  ESSID:"エスエスID"
          Mode:Managed  Frequency:2.412 GHz  Access Point: 00:24:A5:xx:xx:xx
          Bit Rate=48 Mb/s   Tx-Power=20 dBm
          Retry  long limit:7   RTS thr:off   Fragment thr:off
          Encryption key:off
          Power Management:on
          Link Quality=70/70  Signal level=-19 dBm
          Rx invalid nwid:0  Rx invalid crypt:0  Rx invalid frag:0
          Tx excessive retries:1  Invalid misc:16   Missed beacon:0

eth0      no wireless extensions.

リンクはOKみたいです

root@raspberrypi:~# route
Kernel IP routing table
Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
default         192.168.11.1      0.0.0.0         UG    0      0        0 wlan0
192.168.11.0      *               255.255.255.0   U     0      0        0 wlan0

ルーティングテーブルもOKみたいです。おや？簡単に繋がりました。インターネットもOK。Raspberry Pi側から通信する事は全然問題は無いですね。ですが・・・
クライアントのWindowsPCから有線LANでは繋がったSSHが無線LANでは繋がりません。(涙)

かなりの時間を費やしてようやく原因がわかりました。

(1)Windows PC   --- ping ---> Raspberry Pi  <NG>
(2)Raspberry Pi --- ping ---> Windows PC    <OK>
(3)Windows PC   --- ping ---> Raspberry Pi  <OK> (しばらくの間だけ)

上記のような状況です。Raspberry PiからクライアントPCに向けてPingを打った直後のみ、クライアントPCからRaspberry Piに通信できます。クライアント側からの ARP Request に Raspberry Pi の wlan0 が応答を返さない事が原因みたいです。

この対策を探すために必死にラズベリーパイのフォーラム等を探しまくりましたが、一番有力な解決策と思われるものは定期的にRaspberry Pi側からPingを打つ方法でした。簡単と言えばそうですが、これはスマートとはいえない解決策ですね。たいした成果も得られず、しかも夜遅くまで作業していたので、私はくたくたになってしまいました。（意識もうろう）

そこで後日、状況を整理するために、普段使っていなかった無線ルータ（PCI GW-MF54G2)で実験環境を作ってみましたところ、驚いたことに、何の問題もなく無線LANでクライアントマシンからSSH通信ができました。Raspberry Pi側ではなく、アクセスポイント側 BUFFALO WHR-HP-GNの仕様に問題があったということが結論でした。

バッファロのサイトを見たら新しいファームウエア【Ver.1.85 (R1.18/B1.00)】があって、「broadcast通信が出来なくなる場合がある問題を修正しました。」と書かれていましたので早速アップデートしたところ、現在使用している無線LANアクセスポイント (WHR-HP-GN)でも使えるようになりました。めでたしめでたしです。