建立 MJPEG 即時影像串流

這篇教學會介紹 False 與 mjpeg-streamer 兩種建立 MJPEG 即時影像串流的方法，讓電腦攝影機變成遠端攝影機，使用類似 CCTV 監視器影像的方式傳送 MJPEG 影像串流。

延伸參考：爬取交通部 CCTV 即時影像

快速導覽：

• 認識 MJPEG 影像串流
• 使用 Flask
• 使用 mjpeg-streamer

認識 MJPEG 影像串流

MJPEG 或 Motion JPEG ( Motion Joint Photographic Experts Group ) 是一種影像壓縮格式，可以將串流影片的每一幀壓縮為 JPEG 圖片進行傳送，這種傳輸模式不僅大幅減少了資料傳輸量，更提高了解壓縮的效率，這種影像串流的技術常用於物聯網設備的攝影機、監視器、微控制器等應用情境，由於是傳輸 JPEG，因此傳輸過程中「無法傳輸聲音」並會產生「失真壓縮」。

MJPEG 的傳輸屬於「多部分回應 Multipart Responses」，過程中每個影格都被獨立壓縮成 JPEG 格並以一個獨立部分 ( part ) 的形式存在，Multipart Responses 使用 Content-Type 來傳輸資料，在 MJPEG 的情況下，Content-Type 通常是「multipart/x-mixed-replace」，表示每個部分之間的分隔符號，用來區分不同的影格。

MJPEG 影像串流的結構如下：Content-Type 標頭為「multipart/x-mixed-replace」並定義邊界字串 boundary 為「frame」，接著每個部分以「--frame」為前綴，並具有自己的 Content-Type 標頭。

HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: multipart/x-mixed-replace; boundary=frame

--frame
Content-Type: image/jpeg

<jpeg data here>
--frame
Content-Type: image/jpeg

<jpeg data here>
...

用 Flask

了解 MJPEG 影像串流的結構之後，就能透過 Flask 搭配 OpenCV，建立可以即時傳輸串流影像的簡單網頁，首先安裝 Flask 和 OpenCV。

pip install flask, opencv-python

使用下方的程式碼，使用 Flask 建立一個簡單的網頁，當網頁開啟後，裡面會放入一張路徑為「/mjpeg」的圖片，讀取圖片時，會發送另外一個 http request 執行 mjpeg 函式，函式內容根據上述的「多部分回應 Multipart Responses」結構，發送 MJPEG 的內容。

from flask import Flask, Response
import cv2, time

app = Flask(__name__)

def gen_frames():
    cap = cv2.VideoCapture(0)               # 開啟鏡頭
    cap.set(cv2.CAP_PROP_FRAME_WIDTH, 320)  # 設定影像寬度 320
    cap.set(cv2.CAP_PROP_FRAME_HEIGHT, 240) # 設定影像高度 240
    while True:
        ret, frame = cap.read()  # 讀取影像
        if not ret:
            break
        else:
            jpg = cv2.imencode('.jpg', frame)[1]  # 轉換成 jpg 陣列
            mjpeg = jpg.tobytes()                  # 轉換成傳輸 bytes
            # 使用 generator 的方式，每次傳輸特定每個部分
            yield (b'--frame\r\n'
                  b'Content-Type: image/jpeg\r\n\r\n' + mjpeg + b'\r\n')

@app.route('/mjpeg')
def mjpeg():
    # 回傳 Multipart Responses
    return Response(gen_frames(), mimetype='multipart/x-mixed-replace; boundary=frame')

@app.route('/')
def index():
    return '''<h1>OXXO.STUDIO 影像串流</h1>
    <img src="/mjpeg">'''

if __name__ == '__main__':
    app.run("127.0.0.1", port=5000, threaded=True)

因此當網頁開啟後，網頁中所載入的就會自動根據 MJPEG 發送對應的串流，不斷顯示每個部分的影像。

在網頁上點擊右鍵查看網頁原始碼，可以看出顯示串流的 HTML 為一個 img 標籤。

由於使用 Flask 是產生「內網」的網址，如果要透過外部連接查看影像串流，必須使用對外的 IP 或固定網址，也可以串接 nrgok 產生對外網址，詳細參考：使用 ngrok 服務

使用 mjpeg-streamer

除了自己使用 Flask 架設網頁伺服器，也可以使用 mjpeg-streamer 套件架設 MJPEG 的伺服器 ( 常見於樹莓派或一些單晶片裝置使用，詳細參考「mjpeg-streamer，首先輸入指令安裝 opencv-python mjpeg-streamer 套件。

pip install opencv-python mjpeg-streamer --prefer-binary

執行下方程式碼，就會在本機環境建立一個 MJPEG 專屬的伺服器，接著就能使用「http://xxx.xxx.xxx.xxx/mjpeg」開啟串流圖片，但這個做法只能產生串流影像，如果需要使用自己的網頁樣式呈現串流，則必須使用 Flask 的做法。

import cv2
from mjpeg_streamer import MjpegServer, Stream

cap = cv2.VideoCapture(0)

# 設定串流資訊，mjpeg 為圖片網址 size 尺寸 quality 品質 fps 幀率 ( 每秒幾格 )
stream = Stream("mjpeg", size=(640, 480), quality=50, fps=30)

server = MjpegServer("127.0.0.1", 5000) # 設定伺服器資訊
server.add_stream(stream)  ＃ 添加串流
server.start()             # 啟動伺服器

while True:
    ret, frame = cap.read()  # 讀取影像
    if not ret:
        break
    else:
        stream.set_frame(frame) # 設定串流內容

小結

使用 Python 建置 MJPEG 的影像串流其實非常簡單，只要熟悉操作原理，就可以自己在家裡建立 IP CAM 攝影機，自己打造自己的監視器囉～

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