Issues with Publishing and Subscribing Rates for H.264 Video Streaming over RabbitMQ

I am working on a project to stream an H.264 video file using RabbitMQ (AMQP protocol) and display it in a web application. The setup involves capturing video frames, encoding them, sending them to RabbitMQ, and then consuming and decoding them on the web application side using Flask and Flask-SocketIO.

However, I am encountering performance issues with the publishing and subscribing rates in RabbitMQ. I cannot seem to achieve more than 10 messages per second. This is not sufficient for smooth video streaming.
I need help to diagnose and resolve these performance bottlenecks.

Here is my code:

  • Video Capture and Publishing Script:
# RabbitMQ setup
RABBITMQ_HOST = 'localhost'
EXCHANGE = 'DRONE'
CAM_LOCATION = 'Out_Front'
KEY = f'DRONE_{CAM_LOCATION}'
QUEUE_NAME = f'DRONE_{CAM_LOCATION}_video_queue'

# Path to the H.264 video file
VIDEO_FILE_PATH = 'videos/FPV.h264'

# Configure logging
logging.basicConfig(level=logging.INFO)

@contextmanager
def rabbitmq_channel(host):
    """Context manager to handle RabbitMQ channel setup and teardown."""
    connection = pika.BlockingConnection(pika.ConnectionParameters(host))
    channel = connection.channel()
    try:
        yield channel
    finally:
        connection.close()

def initialize_rabbitmq(channel):
    """Initialize RabbitMQ exchange and queue, and bind them together."""
    channel.exchange_declare(exchange=EXCHANGE, exchange_type='direct')
    channel.queue_declare(queue=QUEUE_NAME)
    channel.queue_bind(exchange=EXCHANGE, queue=QUEUE_NAME, routing_key=KEY)

def send_frame(channel, frame):
    """Encode the video frame using FFmpeg and send it to RabbitMQ."""
    ffmpeg_path = 'ffmpeg/bin/ffmpeg.exe'
    cmd = [
        ffmpeg_path,
        '-f', 'rawvideo',
        '-pix_fmt', 'rgb24',
        '-s', '{}x{}'.format(frame.shape[1], frame.shape[0]),
        '-i', 'pipe:0',
        '-f', 'h264',
        '-vcodec', 'libx264',
        '-pix_fmt', 'yuv420p',
        '-preset', 'ultrafast',
        'pipe:1'
    ]
    
    start_time = time.time()
    process = subprocess.Popen(cmd, stdin=subprocess.PIPE, stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE)
    out, err = process.communicate(input=frame.tobytes())
    encoding_time = time.time() - start_time
    
    if process.returncode != 0:
        logging.error("ffmpeg error: %s", err.decode())
        raise RuntimeError("ffmpeg error")
    
    frame_size = len(out)
    logging.info("Sending frame with shape: %s, size: %d bytes", frame.shape, frame_size)
    timestamp = time.time()
    formatted_timestamp = datetime.fromtimestamp(timestamp).strftime('%H:%M:%S.%f')
    logging.info(f"Timestamp: {timestamp}") 
    logging.info(f"Formatted Timestamp: {formatted_timestamp[:-3]}")
    timestamp_bytes = struct.pack('d', timestamp)
    message_body = timestamp_bytes + out
    channel.basic_publish(exchange=EXCHANGE, routing_key=KEY, body=message_body)
    logging.info(f"Encoding time: {encoding_time:.4f} seconds")

def capture_video(channel):
    """Read video from the file, encode frames, and send them to RabbitMQ."""
    if not os.path.exists(VIDEO_FILE_PATH):
        logging.error("Error: Video file does not exist.")
        return
    cap = cv2.VideoCapture(VIDEO_FILE_PATH)
    if not cap.isOpened():
        logging.error("Error: Could not open video file.")
        return
    try:
        while True:
            start_time = time.time()
            ret, frame = cap.read()
            read_time = time.time() - start_time
            if not ret:
                break
            frame_rgb = cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_BGR2RGB)
            frame_rgb = np.ascontiguousarray(frame_rgb) # Ensure the frame is contiguous
            send_frame(channel, frame_rgb)
            cv2.imshow('Video', frame)
            if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
                break
            logging.info(f"Read time: {read_time:.4f} seconds")
    finally:
        cap.release()
        cv2.destroyAllWindows()
  • the backend (flask):
app = Flask(__name__)
CORS(app)
socketio = SocketIO(app, cors_allowed_origins="*")

RABBITMQ_HOST = 'localhost'
EXCHANGE = 'DRONE'
CAM_LOCATION = 'Out_Front'
QUEUE_NAME = f'DRONE_{CAM_LOCATION}_video_queue'

def initialize_rabbitmq():
    connection = pika.BlockingConnection(pika.ConnectionParameters(RABBITMQ_HOST))
    channel = connection.channel()
    channel.exchange_declare(exchange=EXCHANGE, exchange_type='direct')
    channel.queue_declare(queue=QUEUE_NAME)
    channel.queue_bind(exchange=EXCHANGE, queue=QUEUE_NAME, routing_key=f'DRONE_{CAM_LOCATION}')
    return connection, channel

def decode_frame(frame_data):
    # FFmpeg command to decode H.264 frame data
    ffmpeg_path = 'ffmpeg/bin/ffmpeg.exe'
    cmd = [
        ffmpeg_path,
        '-f', 'h264',
        '-i', 'pipe:0',
        '-pix_fmt', 'bgr24',
        '-vcodec', 'rawvideo',
        '-an', '-sn',
        '-f', 'rawvideo',
        'pipe:1'
    ]
    process = subprocess.Popen(cmd, stdin=subprocess.PIPE, stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE)
    start_time = time.time()  # Start timing the decoding process
    out, err = process.communicate(input=frame_data)
    decoding_time = time.time() - start_time  # Calculate decoding time
    
    if process.returncode != 0:
        print("ffmpeg error: ", err.decode())
        return None
    frame_size = (960, 1280, 3)  # frame dimensions expected by the frontend
    frame = np.frombuffer(out, np.uint8).reshape(frame_size)
    print(f"Decoding time: {decoding_time:.4f} seconds")
    return frame

def format_timestamp(ts):
    dt = datetime.fromtimestamp(ts)
    return dt.strftime('%H:%M:%S.%f')[:-3]

def rabbitmq_consumer():
    connection, channel = initialize_rabbitmq()
    for method_frame, properties, body in channel.consume(QUEUE_NAME):
        message_receive_time = time.time()  # Time when the message is received

        # Extract the timestamp from the message body
        timestamp_bytes = body[:8]
        frame_data = body[8:]
        publish_timestamp = struct.unpack('d', timestamp_bytes)[0]

        print(f"Message Receive Time: {message_receive_time:.4f} ({format_timestamp(message_receive_time)})")
        print(f"Publish Time: {publish_timestamp:.4f} ({format_timestamp(publish_timestamp)})")

        frame = decode_frame(frame_data)
        decode_time = time.time() - message_receive_time  # Calculate decode time

        if frame is not None:
            _, buffer = cv2.imencode('.jpg', frame)
            frame_data = buffer.tobytes()
            socketio.emit('video_frame', {'frame': frame_data, 'timestamp': publish_timestamp}, namespace='/')
            emit_time = time.time()  # Time after emitting the frame

            # Log the time taken to emit the frame and its size
            rtt = emit_time - publish_timestamp  # Calculate RTT from publish to emit
            print(f"Current Time: {emit_time:.4f} ({format_timestamp(emit_time)})")
            print(f"RTT: {rtt:.4f} seconds")
            print(f"Emit time: {emit_time - message_receive_time:.4f} seconds, Frame size: {len(frame_data)} bytes")
        channel.basic_ack(method_frame.delivery_tag)

@app.route('/')
def index():
    return render_template('index.html')

@socketio.on('connect')
def handle_connect():
    print('Client connected')

@socketio.on('disconnect')
def handle_disconnect():
    print('Client disconnected')

if __name__ == '__main__':
    consumer_thread = threading.Thread(target=rabbitmq_consumer)
    consumer_thread.daemon = True
    consumer_thread.start()
    socketio.run(app, host='0.0.0.0', port=5000)

How can I optimize the publishing and subscribing rates to handle a higher number of messages per second?

Any help or suggestions would be greatly appreciated!

I attempted to use threading and multiprocessing to handle multiple frames concurrently and I tried to optimize the frame decoding function to make it faster but with no success.

Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức sự kiện 5 sao Thông tin về chúng tôi Dịch vụ sinh nhật bé trai Dịch vụ sinh nhật bé gái Sự kiện trọn gói Các tiết mục giải trí Dịch vụ bổ trợ Tiệc cưới sang trọng Dịch vụ khai trương Tư vấn tổ chức sự kiện Hình ảnh sự kiện Cập nhật tin tức Liên hệ ngay Thuê chú hề chuyên nghiệp Tiệc tất niên cho công ty Trang trí tiệc cuối năm Tiệc tất niên độc đáo Sinh nhật bé Hải Đăng Sinh nhật đáng yêu bé Khánh Vân Sinh nhật sang trọng Bích Ngân Tiệc sinh nhật bé Thanh Trang Dịch vụ ông già Noel Xiếc thú vui nhộn Biểu diễn xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức tiệc uy tín Khám phá dịch vụ của chúng tôi Tiệc sinh nhật cho bé trai Trang trí tiệc cho bé gái Gói sự kiện chuyên nghiệp Chương trình giải trí hấp dẫn Dịch vụ hỗ trợ sự kiện Trang trí tiệc cưới đẹp Khởi đầu thành công với khai trương Chuyên gia tư vấn sự kiện Xem ảnh các sự kiện đẹp Tin mới về sự kiện Kết nối với đội ngũ chuyên gia Chú hề vui nhộn cho tiệc sinh nhật Ý tưởng tiệc cuối năm Tất niên độc đáo Trang trí tiệc hiện đại Tổ chức sinh nhật cho Hải Đăng Sinh nhật độc quyền Khánh Vân Phong cách tiệc Bích Ngân Trang trí tiệc bé Thanh Trang Thuê dịch vụ ông già Noel chuyên nghiệp Xem xiếc khỉ đặc sắc Xiếc quay đĩa thú vị
Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa
Thiết kế website Thiết kế website Thiết kế website Cách kháng tài khoản quảng cáo Mua bán Fanpage Facebook Dịch vụ SEO Tổ chức sinh nhật