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[帮助] 发烧友实测 | i.MX8MP 基于HTTP网页服务器和UDP上位机的MJPG码流传输(mjpg-steamer)

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发表于 2022-1-27 10:54:18 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 飞凌-marketing 于 2022-1-27 11:00 编辑 ' q4 f$ x+ Y% p  ^, F# o% u% G* l
5 Y! _! x* `" d" x


  }  ^1 ^$ x& h  g0 ]' w: [

作者|donatello1996

来源 | 电子发烧友

题图|飞凌嵌入式

iMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
' `. j0 j& T& n, p, ~' S
- |) o9 t8 a" N. O

本文采用的硬件板卡为飞凌嵌入式OKMX8MP-C开发板,系统版本Linux5.4.70+Qt5.15.0,主要介绍基于HTTP网页服务器和UDP上位机的MJPG码流传输。

MJPG格式作为一种持续传输的视频码流,在远程监控领域中应用较广,而实现这种远程监控的第三方应用最常见的有两种:浏览器HTTP网页、UDP上位机。


0 W- Y; z, z& {% D) R( L

# D* g& Y# Q% D' t& J: S

两者各有优势,对比鲜明,其中:

  • UDP上位机:传输效率高,上位机编写方便。

  • HTTP网页方式:客户端无需安装上位机,只需要一个浏览器应用即可;客户端访问服务器支持跨平台支持,无论是电脑、平板、手机,还是Linux系统、Windows系统及安卓系统都可以,只要有浏览器应用都可访问,而UDP上位机则受限于目标平台,不易移植。

    / w8 l4 y, g. N- ^' ?

这两种应用各有优缺点,对于嵌入式开发者来说,两者都必须掌握。


/ e- }/ X) w& F: L: L6 ?一、HTTP网页服务器; o0 t0 P8 A9 h* T

先说下HTTP网页服务器获取MJPG码流的代码,首先是OKMX8MP-C在开发板端建立TCP服务器:

  1. int TCP_Server_Found(socklen_t* socket_found , char* ip , int port)( x0 V+ e7 R; s+ P
  2. {/ w; G) g5 ]. q9 {+ i3 K; O3 Q1 v( O
  3.     struct sockaddr_in servaddr;
    & `/ y8 M9 |, r% E- @
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
    , a; U% U( }, p! e6 j" q" H& W
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));1 Z, A2 A$ v2 ^( d9 W
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
    ! u: x1 u: p$ V7 {
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);( ]* y5 i; c% m" z
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);% ^0 O. [2 S9 ~
  9.     int ret;6 G3 f# l* Y( ]6 U# i: r" O  u
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    9 G( |# n: W+ B
  11.         {- Z/ j. z! F% @, Z
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    8 ^( n: S) G4 B! v8 q$ A
  13.             return -1;( F7 w6 C! Z1 A
  14.         }- r; ?& \+ ?- j7 v$ @6 [
  15.     int on = 1;) Y, i5 N3 g: H  I+ {
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)/ [& x& z/ J$ j& o0 ?* J
  17.     {
    5 Y6 q# e7 M, c5 g
  18.         printf("setsockopt error\n");
    5 V/ X6 R! K- }8 {
  19.     }
    - Z, W" t1 b' o
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    ! b* K6 {5 ]! M- H! O
  21.     if(ret == -1)
    ' j9 W% b& e7 A7 ~
  22.     {
    : }' P/ n! K: R3 k5 G
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");% s& g" ~* I5 T, U" E, i
  24.             return -1;
    : S  L8 |, _3 q# ?* j9 w$ [
  25.     }- h; u: c3 m0 ~
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)6 ^, w3 R; B: ?
  27.     {
    ( R! i4 ^, L- n( k1 f' I9 j
  28.             printf("Listen failed!\n");
    1 d6 Q  l) V: @0 T- {
  29.             return -1;
    - H  f' r% {! v1 b( ^0 Y7 J
  30.     }
    # s. E1 a) e8 o% O: u$ n4 T: W
  31.     return 0;
    $ E3 Y! e- T0 S# V; w# A
  32. }
复制代码

其中setsockopt()函数是可选的,一般只用于规避socket()函数的建立错误。

建立了TCP服务器后,返回的socklen_t型实参在后面的HTTP网页服务器中需要用到。

HTTP网页服务器所属的TCP操作是需要另起轮询线程来让客户端进行accept()握手操作的,accept()之前的listen()倒是只需要执行一次即可,accept()握手操作和recv()接收操作需要创建一个死循环线程:

  1. pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);- i) n# O' \9 O$ r, a7 H" `7 q9 o7 ~
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
    " R9 W1 Y. m% H1 @3 U. c
  3. {
    ) v& u# B# [4 X- C* |
  4. 。。。
    5 l1 w: n7 z4 P% b. G/ k6 e
  5. while(1)
    ' S' ]( @. S5 _) s+ E0 E
  6. {8 A* b" G/ S6 Q4 [( [+ w
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
    : U  w8 Z: i) @' y/ R9 b
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
    ; J6 x1 m6 S" F- \. \
  9.     。。。! }; H1 ?0 o# ~) Q# T: h+ a) d- i
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    3 ~9 O4 ]+ p; ?
  11. }1 ?- H% g. {  D
  12. 。。。
    4 [$ {6 j0 _# t
  13. }
复制代码

MJPG帧可以使用Grab操作获取,获取到的MJPG帧需要在TCP线程中读,在Grab操作线程中写,这种被多个线程访问的资源需要加锁防止读写冲突,即资源被Grab操作写入时,需要上锁,不允许其它线程访问,操作完成时需要解锁,允许其它线程访问:

  1. pthread_mutex_lock(&pmt);
    " `% i7 A* I" m! R$ Q
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;" K/ I6 q- l  H! A6 G- l; S( X, e
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;! }- B& K9 j  s% j/ x" h
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
    0 P' V( j" N1 q) s2 g; w) ~
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
    1 ^* y/ r8 r' E+ n. W! U
  6.     pthread_mutex_unlock(&pmt);
复制代码

线程互斥锁使用之前需要初始化:

  1. pthread_mutex_t pmt;' W* A/ a0 J0 D! [; `
  2. pthread_cond_t pct;
    8 e8 O! X0 ^  e, i2 G
  3. int main(int argc, char* argv[])
    8 g! }' A9 W2 m* M) g2 w8 O
  4. {) Q+ q% j5 E% p6 h
  5. ...5 G4 `) O# ^) `- l
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);+ V- l$ X1 r) A: w: c
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
    ' b8 G7 ?$ B; u: Z  d2 r8 |
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
    " e( @! H1 Z! @1 w, d5 ~
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);0 P3 |1 U2 k9 q7 S: p) u2 h6 K8 _
  10. ...8 K. s, w1 a, T8 C& F
  11.     while(1)4 N- w4 k/ v  c9 o1 d# O
  12.     {
    4 i* @! N3 ^8 s9 W$ ]5 x" X7 j
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    ' s5 s4 N$ E0 }! [' C4 p3 K* e
  14. ...7 F9 s( P! T, l" x2 H
  15.     }
    % u( a: R- B5 _% k' z4 i
  16. ...
    8 A# q' \" R( \5 ^+ U5 E
  17. }
复制代码

然后是发送的细节,发送图片文件之前,需要先发送HTTP标准头,这个相当于给发送图片或者其它类型的流数据铺路:

  1. <p style="box-sizing: border-box; border: 0px; vertical-align: baseline; line-height: 26px;"><span style="text-indent: 32px;">
    * d  Q8 l2 f# M! G5 s1 S; A
  2. </span></p><p style="box-sizing: border-box; border: 0px; vertical-align: baseline; line-height: 26px;"></p>
复制代码
  1. #define STD_HEADER "Connection: close\r\n" \
    # I7 O$ w/ t: I1 N
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
    ; \, h, y& Q. q2 U8 L% O
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
    , B' F( w, }7 P# u
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
    ) @8 m/ @1 E/ s8 Z
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
    4 Y0 f1 u9 d! q6 A% `2 {' U2 z
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"2 |) u- A  _6 H1 t( h" Y' U
  7.     printf("preparing header\n");
    1 J/ ]% \$ @+ J  A' k
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \( B: o5 y7 s' y: m, O" A4 d, `8 G
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \3 Q1 z& ~9 S7 |0 B
  10.             STD_HEADER \
    ! f/ C8 `7 K: Z6 g& `4 g- F6 n
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    ; y" p9 {! ~$ G8 L0 f" y
  12.             "\r\n" \
    ( B+ ^5 a1 H2 q  H# H8 J
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");4 g3 T3 x, v* A4 _% Z) }4 r
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    # \8 @* h( C: z( J. h
  15.     {0 w  G2 A  i0 ?: U6 P( o
  16.         free(frame);
    / H/ [; ^0 D7 U# s. ~& Y, [
  17.         return;* X; c8 b! T9 W6 ^6 x
  18.     }
复制代码

发送完HTTP标准头之后,就需要发送内容头(Content-Type),这处的Content-Type为image/jpeg,同样,HTTP标准协议里面image支持的类型远不止jpeg一种,发送完内容头之后就是正文和boundary结尾,这样帧完整的HTTP头发送到指定的TCP GET地址,就会在浏览器中显示刚刚发送的图片:

  1. <pre class="prettyprint lang-cpp" style="box-sizing: border-box; font-family: Monaco, Menlo, Consolas, &quot;Courier New&quot;, monospace; font-size: 16px; white-space: pre-wrap; line-height: 1.38462; color: rgb(51, 51, 51); word-break: break-all; background-color: rgb(245, 245, 245); border: 0px; border-radius: 4px; vertical-align: baseline;"> sprintf(buffer, "Content-Type: image/jpeg\r\n" \
    0 ]' I( Z( ]( ~# t1 I  y
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
    4 ^3 t. e1 u/ s+ g
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
    . M3 m( p2 p1 o  {/ o
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
    1 ?2 M7 b- C$ a: l: F
  5.         printf("sending intemdiate header\n");4 J* k7 b1 `+ T! o0 @) H
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ; R3 ?: X2 T4 C* z6 T; `
  7.             break;
    9 S$ p( T2 g+ y1 \; L
  8.         printf("sending frame\n");9 c4 I! E/ F# U7 t
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0), z  A% l4 j' I5 v9 h" w
  10.             break;
    * g! T4 O2 T2 m; |+ a" \# Q' G0 }. o
  11.         printf("sending boundary\n");# i9 ]3 a3 `& e5 J
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");4 K& k3 E9 w7 f( ]+ @
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)+ g8 w) m+ i+ T# G. |$ A
  14.             break;</pre><p style="box-sizing: border-box; border: 0px; font-size: 16px; vertical-align: baseline; line-height: 26px; color: rgb(51, 51, 51); font-family: " helvetica="" neue",="" helvetica,="" tahoma,="" arial,="" "microsoft="" yahei",="" "hiragino="" sans="" gb",="" "wenquanyi="" micro="" hei",="" sans-serif;"=""></p>
复制代码

另外需要说明的是,TCP服务器线程在发送MJPEG流的时候是死循环发送的,因此TCP客户端在发送完GET指令之后,就会收到TCP服务器循环发送的图像缓存,TCP客户端会陷入忙等待状态无法再对外发送任何GET或者POST指令,从客户端使用者角度来看的效果就是网页一直在等待。


+ |9 e0 L. h7 |: H6 L  B. L

& R9 P4 ~  g2 \6 e  s
二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:
1 H+ C* @- x: p8 ^7 a* m! A! V
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
    8 a5 N6 r# g: G9 \
  2. {% u3 p& O* B8 Y5 j
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);4 e. v* s6 T6 O
  4.     if(*socket_found == (~0)), d& j8 y5 v' n' L
  5.     {
    # A0 Y9 O% @4 X  w: {( V8 V! m" U9 g
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
    8 w) r& b# Z" }6 x! O
  7.         return -1;. l, [5 J  Y1 F% F
  8.     }
    ' G5 Q6 u& t8 j5 @
  9.     addr->sin_family = AF_INET;
    3 X  [: h. J0 c3 S4 e
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);0 t" @( H. O: T6 x$ J2 a
  11.     addr->sin_port = htons(port);6 D  f: e2 `* V$ a
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);3 b5 `1 o/ Y9 n; X& F
  13.     return 0;1 }3 g# V2 B% x' Z- e, W. B" E
  14. }
复制代码
8 `. F& c% [3 d: h6 e2 N& e( ]/ {0 q

- x- K0 m) k( D. m' F* ~4 t而UDP文件发送则要比HTTP发送简单得多,只需要将文件切片,每一片为固定长度的UDP帧长度,逐帧发送即可:0 G! j" I; n$ h, n1 x
1 f* ~3 g4 n9 h; l

  n. Y% ~/ ~! ]2 Y7 z& F0 H5 T
  1. while(fend > 0)
    ( G  J' S9 ^! E8 X+ e6 E) a  m
  2. {
      n2 e# d" z8 K# ^$ j$ g6 a
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
    - `6 s6 p; H8 |. F  B
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
    8 N3 r" r. f9 ~% j% k- l1 m3 g
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
    / S7 ~4 n! y+ y% {& z' \6 b0 Q4 U
  6. {
    & c: [: m: ^0 X/ I
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;* r) h; [* I4 Y- v; w! a
  8. picture.fin = 0;! V, ^8 o6 C) M
  9. }; p) u. E# w8 b# r# N, N$ p; L
  10. else
    * L, E% M: j- Q$ e( Z
  11. {& P- i3 A5 [) n  W: w
  12. picture.length = fend;
    - F9 Q4 V) f' \; W' j
  13. picture.fin = 1;
    + {$ K* i0 t$ r! ^
  14. }
    : j+ R, R! {) |7 ^/ w
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);' \0 H. q8 ~5 E) F: X4 |
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);3 H5 P, K8 Z$ G8 R( J
  17. if(sendbytes == -1)
    - J# ?8 z# Z7 X+ {% ~
  18. {/ F4 e$ k  N  ]# X$ h$ s
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");- D$ n' _6 t( P/ H
  20. return -1;  ]; `, `2 ~. p0 s+ M! M
  21. }* q5 S$ d/ T; r8 w8 u6 m% y6 H
  22. else
    5 q, R/ l! s" g2 \& Z
  23. {
    $ \4 P6 Z* N2 w$ ?2 U& S
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;" w! @6 ~! [, F7 h- U% W* P/ W
  25. }
    5 ^/ Y4 X$ y" j0 n& K2 }
  26. }
复制代码

; u' V+ `5 [9 C% G1 T1 Y( M* g- A! z3 w* [; S: T; `


- Z2 P7 W8 g  i% x! u1 }$ g, {1 ]" s0 w4 T
iMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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