ROS 2 錄製與重放
在機器人開發中，錄製封包的功能可以在很多方面幫助我們。 舉例來說，如果某個問題的重現很困難，我們可以透過錄製當下發生的封包來更容易復現。 又或者是說，我們可以錄製實際機器人或是自駕車的感測器資訊，像是相機或是光達，然後讓開發者們可以在沒有實際硬體的情況下開發相對應的模組。
在網路世界中，我們是使用 Wireshark 來錄製封包。 然而在機器人領域中，最小的封包單位是一個個 ROS Message，因此需要有其他更適合的工具，也就是這邊要談到的 ROS bag。
使用方式
ROS bag 是 ROS CLI 指令下的其中一個部份，我們可以用 ros2 bag --help 來看到更多指令的用法。
- 錄製封包
# 錄製所有 topic 的封包
ros2 bag record --all-topics
# 錄製特定 topic 的封包，例如 mytopic1 和 mytopic2
ros2 bag record --topics mytopic1 mytopic2
- 查看封包資訊：錄完後可以看到類似
rosbag2_2025_10_11-10_38_16的資料夾，可以查看其內容
$ ros2 bag info rosbag2_2025_10_11-10_38_16
Files: rosbag2_2025_10_11-10_38_16_0.mcap
Bag size: 5.3 KiB
Storage id: mcap
ROS Distro: rolling
Duration: 2.999745724s
Start: Oct 11 2025 10:38:17.945157770 (1760150297.945157770)
End: Oct 11 2025 10:38:20.944903494 (1760150300.944903494)
Messages: 4
Topic information: Topic: /chatter | Type: std_msgs/msg/String | Count: 4 | Serialization Format: cdr
Services: 0
Service information:
Actions: 0
Action information:
- 重放封包：會重放當初錄製的內容
ROS bag 格式
那麼實際上 ROS bag 是用什麼格式錄製呢？ 最早是使用 SQLite3 的方式，但在後來 Foxglove 這家公司提出的相對更好的 MCAP 格式。 MCAP 最大的好處在於有較佳的 throughput、能自行包含 metadata 來描述自我資訊、提供更多的功能(如更好的 compression 等等)。 最終在 ROS 2 Iron 以後，預設的 ROS bag 格式也改為 MCAP。
MCAP 格式
根據官方規格文件，MCAP 封包格式為 <Magic><Header><Data section>[<Summary section>][<Summary Offset section>]<Footer><Magic>。
Magic 是 0x89, M, C, A, P, 0x30, \r, \n，而剩下部份都是 Records 格式。
Records 有如下資訊：
- 操作碼（Opcode）：一個單一位元組，用於識別記錄的類型（例如：Schema、Channel、Message、Chunk 等）。
- 內容長度（Content Length）：一個 uint64 值，指示記錄內容的長度。
- 記錄內容（Record Content）：實際的資料。
下面列出常用到的 Opcode：
| Opcode (十六進位) | 記錄名稱 (Record Name) | 功能說明 |
|---|---|---|
| 0x01 | Header | 檔案的第一個記錄，包含 MCAP 版本資訊和格式細節 |
| 0x03 | Schema | 儲存訊息類型的結構定義（各個 ROS 訊息的實際定義） |
| 0x04 | Channel | 定義主題名稱、對應到的 schema ID 和 metadata (ROS 實際 topic 名稱、type 格式 (schema ID) 和紀錄 QoS 的 metadata) |
| 0x05 | Message | 儲存帶有 timestamp 和 channel ID 的實際訊息 |
| 0x0A | Metadata | 儲存應用程式定義的 key-value metadata (在 ROS 中會用來紀錄 bag file 基本資訊) |
注意 0x01 到 0x7F 是保留給標準 MCAP 格式的記錄類型。
MCAP CLI
除了使用 ros2 bag 指令外，我們也可以使用 MCAP CLI 來觀察 MCAP 的內容。
- 查看 MCAP 的基本資訊
mcap info *.mcap
$ mcap info *.mcap
library: libmcap 1.4.0
profile: ros2
messages: 14
duration: 4.911906569s
start: 2025-10-08T11:53:47.926364121+08:00 (1759895627.926364121)
end: 2025-10-08T11:53:52.83827069+08:00 (1759895632.838270690)
compression:
: [1/1 chunks] [5.24 KiB/5.24 KiB (0.00%)] [1.07 KiB/sec]
chunks:
max uncompressed size: 5.24 KiB
max compressed size: 5.24 KiB
overlaps: no
channels:
(1) /rosout 11 msgs (2.24 Hz) : rcl_interfaces/msg/Log [ros2msg]
(2) /events/write_split 0 msgs : rosbag2_interfaces/msg/WriteSplitEvent [ros2msg]
(3) /chatter 3 msgs (0.61 Hz) : std_msgs/msg/String [ros2msg]
(4) /parameter_events 0 msgs : rcl_interfaces/msg/ParameterEvent [ros2msg]
channels: 2
attachments: 0
metadata: 2
- 查看 MCAP 的訊息內容
mcap cat *.mcap
$ mcap cat *.mcap
1759895627926364121 /rosout [rcl_interfaces/msg/Log] [0 1 0 0 75 224 229 104 155 107]...
1759895627926390649 /rosout [rcl_interfaces/msg/Log] [0 1 0 0 75 224 229 104 80 236]...
...
1759895630838427352 /chatter [std_msgs/msg/String] [0 1 0 0 15 0 0 0 72 101]...
1759895631837926612 /rosout [rcl_interfaces/msg/Log] [0 1 0 0 79 224 229 104 229 149]...
...
- 查看 MCAP 的 metadata
mcap list metadata *.mcap
$ mcap list metadata *.mcap
name offset length metadata
rosbag2 42 541 {"serialized_metadata":"version: 9\nstorage_identifier: mcap\nduration:\n nanoseconds: 0\nstarting_time:\n nanoseconds_since_epoch: 9223372036854775807\nmessage_count: 0\ntopics_with_message_count:\n []\ncompression_format: \"\"\ncompression_mode: \"\"\nrelative_file_paths:\n - rosbag2_2025_10_08-11_53_47_0.mcap\nfiles:\n - path: rosbag2_2025_10_08-11_53_47_0.mcap\n starting_time:\n nanoseconds_since_epoch: 9223372036854775807\n duration:\n nanoseconds: 0\n message_count: 0\ncustom_data: ~\nros_distro: rolling"}
...
- 查看 MCAP 的 schemas
mcap list schemas *.mcap
- 查看 MCAP 的 channels
mcap list channels *.mcap
$ mcap list channels *.mcap
id schemaId topic messageEncoding metadata
...
3 3 /chatter cdr {"offered_qos_profiles":"- history: keep_last\n depth: 7\n reliability: reliable\n durability: volatile\n deadline:\n sec: 9223372036\n nsec: 854775807\n lifespan:\n sec: 9223372036\n nsec: 854775807\n liveliness: automatic\n liveliness_lease_duration:\n sec: 9223372036\n nsec: 854775807\n avoid_ros_namespace_conventions: false","topic_type_hash":"RIHS01_df668c740482bbd48fb39d76a70dfd4bd59db1288021743503259e948f6b1a18"}
...
MCAP API
我們也可以直接寫程式來解析 MCAP 的內容，官方提供各種程式語言的 API。
如果是要解析 ROS bag 的格式，那就需要參考 ros2 bag 本身如何寫的：
- 官方 ROS bag 如何解析 MCAP
- Python 的範例