【第3回】エレベーター通信シミュレーター開発記録：受信した信号から映像を生成し、RTSPで配信する

本記事で紹介するプログラムは以下の GitHub リポジトリで公開しています

GitHub - elevator-enq-simulator

本記事は連載形式でお届けしています。各回の内容は以下のリンクからご覧いただけます。

• 【第1回】Python で作る RS422 送信アプリ
• 【第2回】Python で作る RS422 受信モニタリングツール
• 【第3回】受信した信号から映像を生成し、RTSPで配信する

はじめに

これまでの記事では、エレベーターと自動運転装置間の通信を模擬するためのENQ 信号送信シミュレーター（PC 側）、および 受信確認ツール（Raspberry Pi 側） について紹介してきました。

本記事では、シリーズの第 3 弾として、Raspberry Pi で受信した ENQ 信号の内容をリアルタイムに映像化し、RTSP で配信する監視システムの構築方法を解説します。

このシステムでは、以下の 3 つの主要な処理を Python で実装しています：

• ENQ 信号の受信処理（PySerial + termios）
• エレベーター状態の管理（現在階・行先階・荷重・接続状態の更新）
• 映像の自動生成と RTSP 配信（PIL + GStreamer + RTSP Server）

Raspberry Pi 上で本アプリケーションを起動することで、監視室や他のクライアント端末から VLC プレーヤー等を用いて、エレベーターの状態をリアルタイム映像で確認できるようになります。

なお、本システムはENQ 受信のみに特化した受信専用設計となっており、ACK や NAK などの応答は一切行いません。そのため、開発初期フェーズにおいても安定した動作が可能です。

本記事では、ENQ 信号から映像配信までをつなぐアーキテクチャ全体と、各処理の役割・構成について詳しく解説していきます。

Raspberry Pi のセットアップ

Raspberry Pi をクリーンインストール直後の状態から本システムを動作させるには、GStreamer による RTSP 配信機能や、Pillow を用いた画像生成処理、および日本語フォントの描画に必要なパッケージを追加でインストールする必要があります。

以下の手順に従って、必要なシステムパッケージと Python ライブラリを導入してください。

インストール手順

# システムパッケージの更新
sudo apt update

# Python3 および GObject ライブラリ
sudo apt install python3-pip python3-gi python3-gi-cairo gir1.2-gtk-3.0 -y

# GStreamer 基本プラグイン（映像生成に必要）
sudo apt install gstreamer1.0-tools gstreamer1.0-plugins-base gstreamer1.0-plugins-good -y

# GStreamer 拡張プラグイン（H.264 など）
sudo apt install gstreamer1.0-plugins-bad gstreamer1.0-plugins-ugly gstreamer1.0-libav -y

# RTSP サーバ関連ライブラリ
sudo apt install libgstrtspserver-1.0-dev gir1.2-gst-rtsp-server-1.0 -y

# 日本語フォント（映像に表示するテキストのため）
sudo apt install fonts-ipafont fonts-ipafont-gothic fonts-ipafont-mincho -y

# Python パッケージ（ENQ受信・画像生成に使用）
pip3 install pyserial pillow

プログラムの起動方法

本システムでは elevator_enq_rtsp_receiver.py を実行することで、ENQ 信号をリアルタイム映像に変換し、RTSP でストリーム配信を行います。

python3 elevator_enq_rtsp_receiver.py

シリアルポートや解像度、ログ出力などはオプション引数でカスタマイズ可能です。

利用可能なオプション一覧

--resolution を利用する派生版では、スクリプト内で定数を直接編集する代わりに、コマンドラインから動的に解像度指定が可能です。

起動パターンの例

VLC で映像を視聴する方法

1. VLC メディアプレーヤーを起動します。

2. メニューから「メディア → ネットワークストリームを開く」を選択。

3. アドレス欄に以下の URL を入力：

rtsp://<RaspberryPiのIPアドレス>:8554/elevator

4. 再生ボタンを押すと、現在階・行先階・荷重・通信ログなどがリアルタイム映像として表示されます。

システム構成図

本システムは、ENQ 信号を送信する PC（シミュレーター）と、受信・映像配信を担当する Raspberry Pi 4B の 2 台構成で動作します。

┌────────────┐               ┌────────────────────┐
│   PC側     │               │ Raspberry Pi 4B     │
│（送信機）    │               │（受信 + 映像配信）   │
├────────────┤               ├────────────────────┤
│ Python送信  │──── RS422 ───▶│ PySerial + termios │
│  ENQ発行    │               │ 16バイト固定受信     │
└────────────┘               ├────────────────────┤
                             │ ENQ解析 + 状態管理   │
                             ├────────────────────┤
                             │ PIL画像生成         │
                             ├────────────────────┤
                             │ GStreamer + RTSP配信│
                             └────────────────────┘

クライアント側では、VLC メディアプレーヤーなどの RTSP 対応ソフトから rtsp://<RaspberryPiのIP>:8554/elevator にアクセスすることで、 リアルタイムにエレベーターの状態を視覚的に監視することが可能です。

主な処理フロー

ENQ 信号の受信から映像生成、RTSP 配信までの一連の流れは以下の通りです。

1. ENQ 信号の受信

• Raspberry Pi の指定シリアルポート（例：/dev/ttyUSB0）で、16 バイト長の ENQ 電文を受信
• PySerial + termios を用いて VMIN=1 / VTIME=1 の設定で 1 バイトずつ読み取り
• バッファから有効な ENQ 電文を抽出・解析

2. エレベーター状態の更新

• データ番号に応じて、現在階・行先階・荷重を状態管理クラスに反映
• 通信ログ（最大 10 件）も併せて更新し、映像上に表示できる形式で保持

3. 映像の生成

• Pillow（PIL）を用いて画像を動的に描画
• 背景画像上に現在状態をテキストとして合成し、レイアウトやフォントも調整可能

4. RTSP による映像配信

• GStreamer を用いて画像を H.264 エンコードし、RTSP ストリームとして配信
• x264enc + rtph264pay による圧縮で、低ビットレート環境でも視認可能な映像を維持

この仕組みにより、ENQ 通信で得られたデータをリアルタイムで可視化し、 現場監視・トラブル解析・遠隔支援などの用途に応用可能な基盤を構築できます。

まとめ

本記事では、Raspberry Pi 上で ENQ 信号を受信し、リアルタイム映像として RTSP 配信する エレベーター状態可視化システムの構築手順を紹介しました。

本システムの特徴は以下の通りです：

• ENQ 受信に特化した安定したアーキテクチャ
• 状態情報（階数・荷重など）を映像として直感的に表示
• RTSP 配信により遠隔地からのモニタリングにも対応

※ご質問やフィードバックがありましたら、 問い合わせフォーム経由でお気軽にお寄せください。

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