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Raspberry Pi で遊ぼう

Raspberry Piの設定などをまとめています。
Raspberry Piは小さなコンピュータボードです。USB、HDMI、LAN、WiFi、Bluetoothと一通りのインターフェースが搭載されています。USBキーボードとUSBマウスをつなぎ、HDMIでテレビとつなげば立派なコンピュータとして動きます。
カメラ専用の端子があり外付けで専用カメラを接続する事ができます。
デジタルI/O端子を使うとハードウエアの制御も可能になります。DAコンバータを使ってオーディオ再生機を作ったりできます。


電源について

Raspberry Pi 3の電源はUSB端子から供給します。多くのスマートフォンと同じUSB充電器を使う事ができます。micro USB端子なので最近のType-C端子の充電ケーブルは使えません。
電源の仕様としては2.5Aの電流が必要となっています。使い方によりますが多くの場合、1Aほどあれば足ります。スマートフォン用の2.4Aを出力できる充電器が良いと思います。

もちろんモバイルバッテリーでも動かすことができます。

ただし、注意する点が一つあります。
最も重要なのはUSBケーブルです。質の悪いUSBケーブルを使うと電圧が落ちてしまいRaspberry Pi 3がおかしくなってしまいます。Raspberry Pi 3の最初のトラブルの多くはこの電圧の低下が原因です。
電圧が低下していると画面の右上に雷マークが表示されます。プログラムが動いて急に電力が消費されると雷マークが出る前におかしくなってしまう事もあるでしょう。
ケーブルの品質は商品の説明だけで判断ができません。実際に試してみないとわからない場合が多いです。

SDメモリーカードにイメージを書き込む

Raspberry Piを動かすにはOSのイメージをmicro SDメモリーカードに書き込みます。イメージを書き込んだSDメモリーカードをRaspberry Piに挿して起動するとすぐに動かすことができます。OSだけではなくあらかじめ特定のプログラムが動くようになっているイメージもあります。
異なるイメージを書き込んだSDメモリーカードを複数枚用意しておけば、SDメモリーカードを入れ替えればすぐに目的のOSを動かすことができます。

公式のイメージはRASPBIANというDebianベースのLinux系OSがあります。
公式サイトからダウンロードできます。
https://www.raspberrypi.org/downloads/
サードパーティのイメージもいくつかも紹介されています。異なるディストリビューションのOSやメディアセンタープログラムなどがあります。
初心者用にはNOOBSというイメージがあります。いろいろなプログラムを簡単に書き込むことができるようなデザインになっています。ですが、NOOBSを書き込めるなら他のイメージを書き込むのも同じような手間です。NOOBSを使う意味はほぼありません。
イメージはここだけではなく、いろいろなプログラムが公開されています。慣れてきたら探してみると良いでしょう。

SDメモリーカードを用意する

SDメモリーカードにはどのような物を使ったらよいでしょうか?
SDメモリーカードは容量は8GB以上のものを用意すれば良いでしょう。
最近は8GBが一番小さい製品が多いでしょう。製品シリーズによっては16GBが最小ですね。容量は多くても問題はありません。デジカメやビデオと使いまわしも考慮して32GBや64GBの物を使っても良いでしょう。
ただし、そんな大容量なメモリーが必要な使い方はRaspberry Piではそうそうありません。コスト的にバランスの良い32GBほどに抑えておくのが良いでしょう。

容量の次に重要なのはSDメモリーカードの読み書きの速度です。Raspberry Piの動作速度はSDメモリーカードの読み書きの速度に大きく依存します。できるだけ高速なSDメモリーカードを使いたいところです。

ほとんどの場合、SDカードの速度は大きなファイルを連続して書いたり読んだりする場合の速度を表しています。
しかし、Raspberry Piではそのような大きなファイルを連続して読み書きする事はほとんどありません。Raspberry Piでは小さなファイルをたくさん読み書きする事の方が多いのです。そして、小さなファイルの読み書きはSDメモリーカードが苦手とすることなのです。

このような小さなファイルの読み書きの性能を見る指標に4kランダムリード・ライト性能という項目があります。この性能はSDメモリーメーカの宣伝ではほとんど明示さません。

以前の記事を参考に紹介します。
Raspberry Piには4kランダムリードライトが速いSDカードを使おう
この時はSamsung EVO+が良かったのですが後継相当のEVO Plusは性能が悪くなったようです。

より新しい製品を含んだベンチマークはこちらが参考になります。
microSD Card Benchmarks and Reviews Camera Memory Speed
お値段を見つつ SanDisk Extreme 90MB/s U3 V30 microSDHC 32GB が良さそうですね。

ただし、同じ型番の製品であってもロットによって性能が変わる事もあるようです。買ってみないとわからないところがあります。
産業用途のSDメモリーカードではこの仕様を明確にした製品もありますが一般で入手するのは難しいのです。

SDメモリーカードにイメージを書き込む方法

micro SDカードにイメージを書き込むと言ってもどうしたら良いのでしょうか?
パソコンでファイルをコピーしてもダメなんです。イメージを書き込む専用のプログラムが必要になります。

RASPBIANを動かす

RASPBIANはDebianベースのLinux系OSです。Raspberry Pi公式のOSなのでまずはこれを動かしてみましょう。
ーー 執筆中 --
RASPBIAN JESSIE WITH PIXEL Version:June 2017 がリリースされました
RASPBIAN JESSIE WITH PIXEL Version:March 2017を使ってみる

xrdpを使えるようにする

xrdpとはWindowsのリモートデスクトップ接続でRaspberry Piの画面を表示させるためのプログラムです。
Raspberry Pi専用のモニターやキーボードを用意できない時はxrdpを動かしてパソコンやスマートフォンからリモートデスクトップ接続すると便利です。
xrdp - an open source RDP server
”xrdp provides a graphical login to remote machines using Microsoft Remote Desktop Protocol (RDP). xrdp accepts connections from a variety of RDP clients: FreeRDP, rdesktop, NeutrinoRDP and Microsoft Remote Desktop Client (for Windows, Mac OS, iOS and Android).”
https://github.com/neutrinolabs/xrdp より
Raspberry Piがネットにつながっていれば、ネットワーク上のWindowsパソコン、アンドロイドやiPhoneから操作する事ができます。
クリップボードやパソコンのドライブの共有もできます。パソコンと簡単にファイルのやり取りができます。
Raspberry Pi上での音をパソコンから鳴らせます。

xrdpの以前の記事を紹介しておきます。バージョンの新しいものを使う方が良いでしょう。


WiFiアクセスポイントとして使えるようにする

Raspberry PiをWiFiのアクセスポイントとして使う事が可能です。
出張先のホテルの有線LANにRaspberry PiをつないでWiFiアクセスポイントとして動かせばパソコンやスマートフォンをWiFiでインターネットへつなげます。
また、インターネットへつながなくともRaspberry Piと無線で接続しコントロールする事ができます。
前項のxrdp接続をすればどこでもRaspberry Piを使えますね。


USB 3G/4Gモデムを使えるようにする

USB 3G/4Gモデムをお持ちならRaspberry Piでも使えるようにしましょう。
データSIMでインターネット接続ができるようになります。
モデムによって設定の仕方が少し異なりますが、こちらを参考に試してください。


新しいRASPBIANではUSBモデムを自動的に認識しなくなってしまいました。こちらも参考にしてください。

Bluetoothでネットワークに接続する

Raspberry Pi 3に搭載されたBluetoothを使ってネットワーク通信する事もできます。


ビデオ関連のプログラムを動かす

OSの設定が終わりネットワークにもアクセスできるようになったので何かしてみます。
ここではビデオ関連のプログラムを動かしてみます。
Raspberry Piにはh.264と呼ばれるビデオに対応したハードウエアエンコーダが搭載されています。カメラやビデオファイルを高速に圧縮する事ができます。この機能を使って遊んでみます。

FFmpegをビルドする

FFmpegとはビデオファイルを操作するプログラムです。ビデオの形式を変換したり、ネットワークへ送信したりできます。
Raspberry Piのハードウエアエンコーダが使えるようにFFmpegをビルドしてみます。

USBカメラを使ってみる

録画する

ffmpegを使ってRaspberry PiにつないだUSBカメラの映像を録画してみます。


LANでストリーミングする

LAN内へUSBカメラの映像をストリーミングしてみます。


SNSへライブ配信する

FFmpegを使えばSNSへのライブ配信も可能です。多くのSNSはrtmpというプロトコルでライブ配信ができます。


USB HDMIグラバーがあれば高性能なカメラが使える

ライブ配信を行うとUSBカメラの映りが悪い事が気になります。
USB HDMIグラバーを使うとHDMI映像出力があるデジタルカメラやビデオカメラの映像をRaspberry Piでキャプチャする事ができます。
Raspberry Piからは普通のUSBカメラと同じに見えるので難しくなる事は何もありません。



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