Controlling ONVIF Network Cameras

概要

”ONVIF"対応の市販ネットカメラはPythonで簡単に制御出来ます。市販のネットカメラには専用のアプリが有りますが、自分でアプリを作るのも楽しいものです。

"ONVIF"と対応カメラメーカ

ONVIF（Open Network Video Interface Forum）
- ネットワークカメラ等のIPセキュリティ機器において異なるメーカー製品同士でも互換性を保ち連携できるようにするための標準規格。
- 専用のライブラリを使用してカメラへの接続を確立し、カメラが持つ機能（映像配信やPTZ制御など）へのアクセス窓口として利用される。
対応している主なメーカー
- TP-Link（ティーピーリンク）、Reolink（リオリン）、Panasonic　など
- TP-Link社の ”TAPOカメラ” がお薦め。
- 安価なIoTカメラ（中国製等の一部モデル）の場合、初期状態ではセキュリティや専用アプリ縛りのためONVIFが無効化されていることが多い。

準備

カメラ側

今回はTAPOカメラ "C200" と "C520SW" を使って見ました。まずは専用のアプリ（スマホ用）でカメラをセットアップします。

使用したネットカメラ
- "C200"
  - 室内用カメラ。パン、チルト、ズーム機能を持つ。
  - その他：夜間撮影（多分赤外線撮影）
- "C520SW"
  - 屋外用カメラ。パン、チルト、ズーム機能を持つ。
  - その他：夜間撮影（多分赤外線撮影）、ライト点灯機能
スマホにTP-Link Tapoをインストール
- メーカ専用アプリをスマホにインストール。
- アカウントの登録やカメラのWiFiへの接続等行って下さい。
インストールが完了するとスマホにアプリのアイコンが出来ます。

次に "ONVIF" 用の設定を行います。

アプリで対象のカメラを選び、”デバイス設定”に入る。
そこにある "高度な設定”をクリック
"高度な設定”画面で "カメラのアカウント"、"ネットワーク設定"を行います。

"ネットワーク設定"
- ONVIFはカメラのIPアドレスを使用する。取り扱いを考慮しIPアドレスを固定。
- 上部の "静的IP" をオンにし、IPアドレス、マスク、ゲートウェイ、DNSを入力。
- 最後に "保存" ボタンを押して終了。
"カメラのアカウント"
- これもONVIFで必要です。上部の "カメラのアカウント"ボタンをオンにして
- "ユーザー名"、"パスワード"を入力して設定します。

サーバー側

サーバとして Raspberry PI 3B を使用します。

Raspberry PI Imager(V1.8.5)で "Legacy,64-bit Lite (Bookworm no desktop)" をインストール
インストール後、ホームディレクトリで下記を実行

カメラ制御用コード

カメラとの接続

"ONVIF" インスタンスと各種サービスを作成。

"ONVIF" インスタンス作成。
- mycam = ONVIFCamera(target_ip, target_port, target_user, target_pass, wsdl_dir='xxxxx')
  - target_ip：TAPOアプリで固定設定したIPアドレス。
  - target_port：TAPOの場合は2020。
  - target_user：TAPOアプリで設定したユーザー。
  - target_pass：TAPOアプリで設定したパスワード。
  - wsdl_dir='xxxxx'：WSDLファイルのパス。
    - 今回のインストールでは "/home/xxxx/.local/lib/python3.4/site-packages/wsdl" となる。
      (注：xxxxはユーザ名）
メディアサービス (media): 映像の配信設定やストリーミングURIを取得するために使用。
- media = mycam.create_media_service()
- これを元にプロファイルの取得とトークンの特定
  - profiles = media.GetProfiles()
  - token = profiles[0].token if profiles else 'profile_1'
PTZサービス (ptz): カメラの向き（パン・チルト・ズーム）を制御するために使用。

ptz = mycam.create_ptz_service()

接続の確認
- 下記のコード "connect.py" を実行して下さい。各接続が確認出来ます。
- モニタで "python3 connect.py" を実行して "ネットカメラ接続完了" が表示されれば接続OKです。

カメラから静止画とStreamingを取得

カメラから静止画とStreamingのURLを取得します。"python3 connect.py" コードに下記を追加。

# 静止画の取得
try:
  snapshot_uri_obj = media.GetSnapshotUri({'ProfileToken': token})
  print(f"静止画URL取得完了")

except Exception as e:
  print(f"静止画取得 Error: {e}")

# 動画の取得
try:
    stream_setup = {'Stream': 'RTP-Unicast', 'Transport': {'Protocol': 'TCP'}}
    uri_obj = media.GetStreamUri({'StreamSetup': stream_setup, 'ProfileToken': token})
    print(f"動画RTSP URL取得完了")

except Exception as e:
  print(f"動画取得 Error: {e}")

これを "connect_pic.py" と保存してモニタで実行すると

~/net-camera $ python3 connect_pic.py
ネットカメラ接続完了
静止画取得 Error: Unknown error: 
動画RTSP URL取得完了

静止画がエラーになりました。"ONVIF" 規格に静止画もあるのですが、このモデルの様に対応していないモデルが多いようです。

Streamingは対応していますが規格が "RTSP"。そのままではブラウザの画面に表示出来ません。 "OpenCV" を使ってブラウザに有った形式に変換する必要が有ります。

そこで今回は"OpenCV" とStreamingを使って先ず静止画を作成。Streamingは静止画を随時送る方法（MJPEG)で対応する事にしました。下記はStreaming（RTSP）から静止画（jpg）を１画面取得するサンプルコードです。

sample.py python

import cv2

cap = None  

try:
    stream_setup = {'Stream': 'RTP-Unicast', 'Transport': {'Protocol': 'TCP'}}
    uri_obj = media.GetStreamUri({'StreamSetup': stream_setup, 'ProfileToken': token})
    print("動画RTSP URL取得完了")
      
    rtsp_uri = uri_obj.Uri
    
    protocol, rest = rtsp_uri.split('://', 1)
    rtsp_uri = f"{protocol}://{username}:{password}@{rest}"

    cap = cv2.VideoCapture(rtsp_uri, cv2.CAP_FFMPEG)
    
    # フレーム取得
    ret, frame = cap.read()
    
    # フレームをjpgに変換
    success, encoded_image = cv2.imencode(".jpg", frame)
    print("静止画(jpg)の取得に成功しました！")

except Exception as e:
    print(f"Background camera error: {e}")

finally:
    if cap is not None:
        cap.release()
        print("カメラリソースを解放しました")

                                        

７行：Pythonが ONVIF に動画のURL "RTSP" を要求。
13行：取得した "RTSP" を OpenCV 用に形式を変換。
15行：変換された"URL"を用いてOpenCVで"RTSP"をライブ映像として読み込む為のオブジェクトを作成。
18行：１画面を取得。データ型はNumPyの多次元配列。ブラウザに表示出来ない。
21行：形式を "jpg" に変換。これでブラウザに表示出来る。

静止画、Streamingをブラウザに表示するアプリ

ブラウザに静止画、Streamingを表示するアプリを製作します。まずRaspberry PI のホームで下記を実行。

~ $ wget https://hp.hatakekara.com/contents/raspberry/project/net-camera/img/net-camera.zip
~ $ sudo apt install -y unzip
~ $ unzip net-camera.zip

実行後、ホームの下に "net-camera" フォルダーが下記の様に製作されます。

net-camera
├── net-camera.py
├── static
│   └── favicon.ico
└── templates
    └── index.html

フォルダ "net-camera" に移動（cd net-camera）して "net-camera.py" を修正。修正箇所は
wsdl_dir='/home/xxxx/.local/lib/python3.4/site-packages/wsdl' の "xxxx" をユーザー名に変更

net-camera.py python

  try:
    mycam = ONVIFCamera(
        target_ip, 
        target_port, 
        target_user, 
        target_pass, 
        wsdl_dir='/home/xxxx/.local/lib/python3.4/site-packages/wsdl' # xxxxはユーザー名
    )
    ptz = mycam.create_ptz_service()
    media = mycam.create_media_service()
    profiles = media.GetProfiles()
    token = profiles[0].token if profiles else 'profile_1'


                                        

その後 python3 net-camera.py で実行。

~/net-camera $ python3 net-camera.py
 * Serving Flask app 'net-camera'
 * Debug mode: off
WARNING: This is a development server. Do not use it in a production deployment. Use a production WSGI server instead.
 * Running on all addresses (0.0.0.0)
 * Running on http://127.0.0.1:5000
 * Running on http://xxx.xxx.xxx.xxx:5000
Press CTRL+C to quit

　モニタに上記が表示されたらブラウザを上げて、"http://bbb.local:5000" (注：bbbはホスト名）と入力して下さい。下記のHPが表示されます。

使い方

最初にカメラと接続
- 必要項目を入力
  - IP：カメラのIPアドレス
  - Port：カメラのポート（TAPOは2020)
  - User：カメラのユーザー名
  - Pass：カメラのパスワード
- 入力後、”接続” ボタンを押してカメラに接続。
- しばらくすると接続確認ポップアップが表示され接続完了。
"Streaming" ボタン：Streamingの開始と停止を行うトグルボタン。
"Get" ボタン：静止画（写真）を表示するボタン。

次回は

今回はネットカメラに接続しStreamingと静止画を取得する事が出来ました。次回はPTZ（Pan Tilt Zoom)機能を追加します。