websocket ESP 32-CAM通过socketIO将视频输出流传输到节点服务器的最快方式

fdbelqdn 于 2022-11-11 发布在其他

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我想从ESP 32-CAM流视频摄像机到网络浏览器。这样做，我使用一个nodejs服务器（广播视频和服务html）和SocketIO通信（ESP 32-CAM -〉nodejs和nodejs -〉网络浏览器之间）。这样，这避免了多个客户端直接连接到ESP 32-CAM，并避免处理NAT/路由器配置。它作为中继/中继器，而不是代理。
我实际上成功地将视频数据（通过jpg base64）发送到nodejs，并在Web浏览器中查看它。
下面是代码：
ESP 32-凸轮：


# include "WiFi.h"
# include "esp_camera.h"
# include "base64.h"
# include <ArduinoJson.h>
# include <WebSocketsClient.h>
# include <SocketIOclient.h>
// Pin definition for CAMERA_MODEL_AI_THINKER
# define PWDN_GPIO_NUM     32
# define RESET_GPIO_NUM    -1
# define XCLK_GPIO_NUM      0
# define SIOD_GPIO_NUM     26
# define SIOC_GPIO_NUM     27
# define Y9_GPIO_NUM       35
# define Y8_GPIO_NUM       34
# define Y7_GPIO_NUM       39
# define Y6_GPIO_NUM       36
# define Y5_GPIO_NUM       21
# define Y4_GPIO_NUM       19
# define Y3_GPIO_NUM       18
# define Y2_GPIO_NUM        5
# define VSYNC_GPIO_NUM    25
# define HREF_GPIO_NUM     23
# define PCLK_GPIO_NUM     22
// Replace with your network credentials
const char* hostname = "ESP32CAM";
const char* ssid = "ssid";
const char* password = "pass";
SocketIOclient socketIO;
void socketIOEvent(socketIOmessageType_t type, uint8_t * payload, size_t length) {
    switch(type) {
        case sIOtype_DISCONNECT:
            Serial.printf("[IOc] Disconnected!\n");
            break;
        case sIOtype_CONNECT:
            Serial.printf("[IOc] Connected to url: %s\n", payload);
            // join default namespace (no auto join in Socket.IO V3)
            socketIO.send(sIOtype_CONNECT, "/");
            break;
        case sIOtype_EVENT:
            Serial.printf("[IOc] get event: %s\n", payload);
            break;
        case sIOtype_ACK:
            Serial.printf("[IOc] get ack: %u\n", length);
            break;
        case sIOtype_ERROR:
            Serial.printf("[IOc] get error: %u\n", length);
            break;
        case sIOtype_BINARY_EVENT:
            Serial.printf("[IOc] get binary: %u\n", length);
            break;
        case sIOtype_BINARY_ACK:
            Serial.printf("[IOc] get binary ack: %u\n", length);
            break;
    }
}
void setupCamera()
{
    camera_config_t config;
    config.ledc_channel = LEDC_CHANNEL_0;
    config.ledc_timer = LEDC_TIMER_0;
    config.pin_d0 = Y2_GPIO_NUM;
    config.pin_d1 = Y3_GPIO_NUM;
    config.pin_d2 = Y4_GPIO_NUM;
    config.pin_d3 = Y5_GPIO_NUM;
    config.pin_d4 = Y6_GPIO_NUM;
    config.pin_d5 = Y7_GPIO_NUM;
    config.pin_d6 = Y8_GPIO_NUM;
    config.pin_d7 = Y9_GPIO_NUM;
    config.pin_xclk = XCLK_GPIO_NUM;
    config.pin_pclk = PCLK_GPIO_NUM;
    config.pin_vsync = VSYNC_GPIO_NUM;
    config.pin_href = HREF_GPIO_NUM;
    config.pin_sscb_sda = SIOD_GPIO_NUM;
    config.pin_sscb_scl = SIOC_GPIO_NUM;
    config.pin_pwdn = PWDN_GPIO_NUM;
    config.pin_reset = RESET_GPIO_NUM;
    config.xclk_freq_hz = 20000000;
    config.pixel_format = PIXFORMAT_JPEG;
    config.frame_size = FRAMESIZE_CIF; // FRAMESIZE_ + QVGA|CIF|VGA|SVGA|XGA|SXGA|UXGA
    config.jpeg_quality = 10;
    config.fb_count = 2;
    // Init Camera
    esp_err_t err = esp_camera_init(&config);
    if (err != ESP_OK) {
      Serial.printf("Camera init failed with error 0x%x", err);
      return;
    }
}
void setup(){
  Serial.begin(115200);
  // Connect to Wi-Fi
  WiFi.begin(ssid, password);
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(1000);
    Serial.println("Connecting to WiFi..");
  }
  // Print ESP32 Local IP Address
  Serial.println(WiFi.localIP());
  setupCamera();
  // server address, port and URL
  // without ssl to test speed may change later
  socketIO.begin("server", port,"/socket.io/?EIO=4");
  // event handler
  socketIO.onEvent(socketIOEvent);
}
unsigned long messageTimestamp = 0;
void loop() {
    socketIO.loop();
    uint64_t now = millis();
    if(now - messageTimestamp > 10) {
        messageTimestamp = now;
        camera_fb_t * fb = NULL;
        // Take Picture with Camera
        fb = esp_camera_fb_get();  
        if(!fb) {
          Serial.println("Camera capture failed");
          return;
        }
        //Slow
        String picture_encoded = base64::encode(fb->buf,fb->len);
        // create JSON message for Socket.IO (event)
        DynamicJsonDocument doc(15000);
        JsonArray array = doc.to<JsonArray>();
        // add event name
        // Hint: socket.on('event_name', ....
        array.add("jpgstream_server");
        // add payload (parameters) for the event
        JsonObject param1 = array.createNestedObject();
        param1["hostname"] = hostname;
        param1["picture"] = String((char *)fb->buf);
        // JSON to String (serializion)
        String output;
        serializeJson(doc, output);
        // Send event        
        socketIO.sendEVENT(output);
        Serial.println("Image sent");
        Serial.println(output);
        esp_camera_fb_return(fb); 
    }
}

节点j：

const express = require('express');
const app = express();
const http = require('http').Server(app);
const io = require('socket.io')(http);
const port = 3000;
const express_config= require('./config/express.js');
express_config.init(app);
var cameraArray={};
app.get('/', (req, res) => {
    res.render('index', {});
});
io.on('connection', (socket) => {
  socket.on('jpgstream_server', (msg) => {
    io.to('webusers').emit('jpgstream_client', msg);
  });
  socket.on('webuser', (msg) => {
      socket.join('webusers');      
  });
});
http.listen(port, () => {
      console.log(`App listening at http://localhost:${port}`)
})

网页浏览器：

<!DOCTYPE html>
<html>
<%- include('./partials/head.ejs') %>
<body class="page_display">
    <div class="main_content">
        <div class="page_title"><h1 class="tcenter">Camera relay</h1></div>
        <div class="tcenter">
            <img id="jpgstream" class="jpgstream" src="" />
        </div>
    </div>
    <script src="/socket.io/socket.io.js"></script>
    <script>
    var socket = io();
    socket.emit("webuser",{});
    socket.on('jpgstream_client', function(msg) {
        console.log(msg);
        var x = document.getElementsByTagName("img").item(0);
        x.setAttribute("src", 'data:image/jpg;base64,'+msg.picture);        
    });
    </script>
</body>
</html>

由于硬件的限制，我不希望视频流畅清晰，但我甚至没有10 fps的分辨率。瓶颈似乎来自base64编码。ESP 32-CAM Web服务器示例速度更快（https://github.com/espressif/arduino-esp32/blob/master/libraries/ESP32/examples/Camera/CameraWebServer/CameraWebServer.ino），但需要直接访问ESP 32-CAM。
是否有一种解决方案可以优化base64编码或通过socketIO发送数据以提高速度？

websocket

来源：https://stackoverflow.com/questions/66549640/esp32-cam-fastest-way-to-stream-video-output-to-nodejs-server-with-socketio

3条答案

按热度按时间

41zrol4v1#

我知道现在说有点晚了，但我还是想分享一下我对这个问题的解决方案：通过socketIO从ESP 32相机发送图像确实是可能的，尽管性能不完美。
我将重点介绍OV2640 camera module，因为它在AI-Thinker板上使用，是最常见的。当此相机拍摄图像时，它将根据相机模块 * 中的设置进行处理 *（不浪费ESP 32处理时间），然后写入ESP 32缓冲区。此时，它已完全编码（jpeg，uint 8）并准备就绪，剩下要做的就是将该缓冲区传递给socketIO。
socketIO协议已经提供了发送二进制数据的可能性：
二进制事件数据包
{【型号】：5，【型号】：“/"，“数据”：[“你好”，〈缓冲区01 02 03〉] }
被编码为51-[“你好”，{"_占位符”：真，“编号”：0}] +〈缓冲区01 02 03〉
然而，所选WebSocket库中socketIO类的ESP 32实现缺少这个方法。幸运的是，它可以很容易地实现。您所需要做的就是发送一个格式正确的websocket文本框架，其中包含一个保持器（在服务器解析时将被替换为二进制），然后在另一个单独的框架中发送实际的二进制数据：

// modified client for sending binaries
class SocketIOclientMod : public SocketIOclient {
    public:
    bool sendBIN(const uint8_t * payload, size_t length, bool headerToPayload = false);
};
// text frame content including hostname and placeholder:
// 451["pic",{"hostname":"ESP32_cam","image":{"placeholder":true,"num":0}}]
char binaryLeadFrame[100];
strcpy(binaryLeadFrame, "451-[\"image\",{\"hostname\":\"");
strcat(binaryLeadFrame, hostname);
strcat(binaryLeadFrame,"\",\"pic\":{\"_placeholder\":true,\"num\":0}}]");
// send text frame followed by binary frame
bool SocketIOclientMod::sendBIN(uint8_t * payload, size_t length, bool headerToPayload) {
    bool ret = false;
    if (length == 0) {
        length = strlen((const char *) payload);
    }
    ret = sendFrame(&_client, WSop_text, (uint8_t *) binaryLeadFrame,
          strlen((const char*) binaryLeadFrame), true, headerToPayload);
    if (ret) {
        ret = sendFrame(&_client, WSop_binary, payload, length, true, headerToPayload);
    }
    return ret;
}

服务器会将其解析为事件“图像”

{
  "hostname":"yourHostname",
  "pic":{
    "type":"Buffer",
    "data": [image data encoded as jpeg, uint8]
    }
}

在您的服务器上，只需将数据转发给您的webusers，并在收到时为webusers显示图像。
现在剩下要做的就是发送缓冲区：

SocketIOclientMod socketIO;
// use this whenever you want to send an image:
void sendImage(){
    camera_fb_t *fb = esp_camera_fb_get();
    socketIO.sendBIN(fb->buf,fb->len);
    esp_camera_fb_return(fb);
}

关于相机本身，还有两点需要注意。ESP 32的板载天线并不理想，如果有的话，应该是external antenna should be used。如果只对部分图像感兴趣，避免发送不必要的像素也是有益的。总体而言，相机模块的最高分辨率限制在15 fps（UXGA/SXGA），30 fps在SVGA和60 fps在CIF（见规格的芯片）。实际上可以实现的速率将较低，由于有限的WiFi速率和其他进程在硬件上运行，但10 fps的质量不错肯定是可能的。
我知道不使用socketIO做同样的事情会更容易，开销也更小，但不是每个人都有这样的选择。所以，如果像我这样的人读到这篇文章，他们别无选择，只能使用socketIO：
我希望这对你有帮助。

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mf98qq942#

老实说，ESP 32中的任何数据转换（raw-〉base64-〉JSON-〉WebSockets）是性能方面的最佳选择，但是假设您的诊断是正确的，并且使用的是this base64 library，那么问题可能来自于这样一个事实：虽然ESP 32内核运行得相当快（240 MHz），其所有代码和数据都来自外部SPI连接的闪存。正如您所猜测的，从那里获取任何内容都是 * 缓慢 * 的。它的闪存缓存为32 KB，但是Base64编码填充很可能在连续帧之间过期。
首先要确保内核和SPI总线以最大频率（240 MHz、80 MHz）运行。抱歉，我不知道Arduino-land是如何实现的。在ESP-IDF下，这是通过idf.py menuconfig实现的。
其次，你可以通过将代码和数据从Flash移到RAM来调整base64库。通过添加IRAM_ATTR将编码函数移到指令RAM。字符表被标记为constexpr，这使得编译器将其放入Flash。我怀疑删除constexpr会将其加载到数据RAM。