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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
1 _  t6 S% I" X& z$ T/ v7 r$ L, n0 X( Y$ T6 y4 b0 [7 b

0 v" B6 A9 q) r2 ]" \7 p( l6 Q4 `

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
- [: N5 o, k% K) D) ]  v# j; N5 ~+ j/ l5 ?

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。

/ H' h. o8 f4 Y3 z. L+ D) f9 g/ v: G% a


+ u( h/ x3 c8 u" M

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。


    + D# D/ d3 y: f$ m( X

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。

4 F1 A5 _9 s) V8 M3 C& w8 X5 H
一、HTTP网页服务器2 n9 N* k0 s& a$ P

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)8 g# n- @# `* I
  2. {+ {, p% r4 [$ P
  3.     struct sockaddr_in servaddr;, t; w7 k# K) l+ G$ Z
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
    4 a/ t! P1 m& @9 ?
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));$ C( C2 Z# A) o% V
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;$ P& ~: x+ g- A0 b
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    % J( N7 `' F1 w+ |6 L- L4 b: A1 \
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);
    . A# {) E: ]* T
  9.     int ret;
    - S4 M" ~( J% V5 s
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    8 h, {( G. t' D' I2 b. D7 c
  11.         {* H' x& X' V/ ~; a  f1 W% r5 O
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    / ?4 b. i+ J7 `% F+ R% @: U, a1 r
  13.             return -1;
      G* @% m; n8 ~" K7 I3 l/ ]
  14.         }
    3 @: y' T+ I7 x4 ~  D7 G2 h- o
  15.     int on = 1;
      T; [& [7 k; v$ J1 ~
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    0 u) e$ o2 Q3 c8 |& `
  17.     {( S& l. D3 u. b
  18.         printf("setsockopt error\n");
    + d: G1 [; B" S' X" e8 P
  19.     }% e, o5 k' J( P$ L
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    * \; E; \4 N3 u% t; U
  21.     if(ret == -1)
    4 ]% q7 K6 p: b  r% ?+ F
  22.     {
    0 u3 r+ o2 S) j1 {, E6 q2 m
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");; z+ |* N2 o, {& M$ z
  24.             return -1;
    " w5 O7 P+ }7 b; @1 z
  25.     }5 e# z( J  U4 L3 X! j0 ^
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    6 A! _9 g, Y! M# ~
  27.     {
    ' F0 Z- s3 u9 o/ o, S" y* |
  28.             printf("Listen failed!\n");
    2 v* A$ A. E9 h
  29.             return -1;, |  c; L1 t* O- {% u: l# {5 K
  30.     }
    8 J' ?% X& f' }6 g7 P' C1 y. V
  31.     return 0;* k0 w$ T& s' [; U
  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);
    $ Z* Q- |- C! o* m; h7 z' v, E
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
    7 }. n: m  [' W' D
  3. {
    . v( g0 q+ E4 U# p2 T5 T3 m2 x
  4. 。。。
    & L# K; H- V; |8 j
  5. while(1), t0 I# @, a) u
  6. {
    ! {" e0 o1 Y% G  Y! g9 S
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
    ' S% |; z- P* l4 r
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
    / Q( C1 B7 O7 g8 f4 {& U
  9.     。。。
    9 _* c  n5 f9 }
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);. {+ h0 k! T9 j5 j! ^
  11. }6 `* W3 W6 U* t7 U5 R, R0 R
  12. 。。。8 x! P- w6 r  N8 w# m: P/ V
  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);2 `5 o7 m+ b: F& |
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
    * ~1 I# W# A2 I/ L' A  W, J
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
    5 |; e8 m" [8 m
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
    ! U/ ~. V/ S6 ]3 Y) h7 R
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
    . B' Z) t4 H# ^5 p4 q' \# |
  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;
    + B, B) d) ?8 T  G
  2. pthread_cond_t pct;% o5 l  J2 x6 B/ Q
  3. int main(int argc, char* argv[])% X0 ~8 f- H2 M7 |6 L. y' U) G& ?0 o
  4. {
    ( m, H0 ~7 j8 a% O  c! `/ [
  5. ...
    ! I; m0 x! C& |) V6 c) y
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);9 m# ~5 i6 f$ a9 T7 a4 H
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);3 Q" g6 ]) N5 j
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);' F2 m9 \9 K, x7 b
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);  R: z4 Q6 s7 l1 \( o# M9 F
  10. ...0 N, J) s8 j/ w; g4 J8 }
  11.     while(1)' u: N/ H& \: @$ h
  12.     {/ n* w6 {( s+ y/ [% e9 Q' I5 j
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);+ h% ~2 K- u' K7 S' I
  14. ...) z, G3 {. v+ Y! v5 G4 U# |
  15.     }
    ( Y  S$ I6 r# h2 `
  16. ...
    # y9 Y! j- I* S) \( ]* \- x0 ^
  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;">
    + S$ B% l& L. B
  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" \8 T7 M3 T& N2 [" D& `8 E
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
    2 [4 q, N& `  ]; V/ J1 U% y
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
    2 o' ~& X$ a8 K' ?8 Y" S
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
    , Q0 q! K4 M+ D
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
    3 ^$ B$ c2 l+ {1 W% b" a: Z( R2 ?, g
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
    2 h: _1 q7 `1 }, K3 F
  7.     printf("preparing header\n");
    $ @! K& y, ?. ?# r- [( I+ \# }) p  c
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
    1 v8 W8 |( _4 c3 f! A6 B
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
    0 V9 V/ g( i, y6 Q7 _" X
  10.             STD_HEADER \* W1 a0 `& L$ E, w" c0 A7 v) _  @
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    0 n. t$ R$ J: Y8 E. |0 f
  12.             "\r\n" \" j1 K8 A: d9 Q. l. a5 j8 v$ P
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");  [" E8 \+ W( _3 ^/ i& U
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0): B" g5 b8 |  ]0 n' o! D
  15.     {
    9 h+ q1 L3 s3 E, W& V: v- H6 B
  16.         free(frame);- S. N0 P( [# M# r
  17.         return;
    & Q/ o% q" v3 x4 I* [
  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" \" m$ G! E9 }- C4 o( S: u
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
    7 G2 E; L9 Q$ F
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
    ' [: i- f/ n# b* t, S
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
    ; y2 ?  n6 H5 Q9 Z0 u$ R
  5.         printf("sending intemdiate header\n");
    1 H# y- g& v+ p- B
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)+ A' K- e8 e, w9 f, f- S
  7.             break;+ c. b  ]3 b! s0 M
  8.         printf("sending frame\n");$ z& Y' x8 l$ e, m9 z
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)! z* ~& Z! B( a2 N, {7 [7 D
  10.             break;
    0 E, z/ O7 b7 o2 d
  11.         printf("sending boundary\n");
    ; p  |  B$ Y+ h4 m, a" h$ n
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    1 X# C4 c2 x3 {5 F$ n9 y1 y
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)" M! O4 q; _: i
  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。


4 `8 [  _& ]% J


3 C1 O0 J/ u. ^/ f2 _$ \1 H7 k二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:8 n/ w; h% L( a5 Y
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
    / g$ y4 Z0 P- X7 l! s  w) {0 n. ]
  2. {* c; F, I; i! {- l) I" C
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    6 ^/ l% G1 r0 ?, ?; K( k) E
  4.     if(*socket_found == (~0))
    5 S- `$ {0 t$ N4 i( c; A( m
  5.     {
    2 U/ w" [  u- H. g  `/ }2 ]  P2 p
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
      ]# D+ U+ t9 g! a+ C5 z2 y
  7.         return -1;7 w1 b4 r; r" c- t: X
  8.     }5 c- m' l1 G3 r* X: X3 H( y% d
  9.     addr->sin_family = AF_INET;& ~: A+ m- W- g; n
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);( }% i  l2 _- l8 c( P
  11.     addr->sin_port = htons(port);
    ) I: t7 c2 p, G/ b$ M1 U
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);# ?2 B1 v) |  p9 D% Y2 X
  13.     return 0;
    : A0 [8 _  B; M4 M5 }1 Z
  14. }
复制代码

7 }3 p9 X0 `4 X$ w2 s" L5 y* X6 K' p/ X7 j7 F- L2 a6 s) @
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:. l) n3 T2 r3 |$ f: d  t

( |/ E7 V; z" y$ s' B: V
; s( r$ u% Q7 b9 }4 P, W
  1. while(fend > 0)3 E! ^% d4 v% U! r# R
  2. {6 a" `) |: H& D) U& _0 J& S) b
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
    ) C* r4 C$ ]) O4 t
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);$ d: r  h: l; K/ o
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)3 w/ F# u, O9 }8 W; e- Y
  6. {
    3 H# @' A" C$ W0 x- k% S
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;+ o; @; j& R2 W- N
  8. picture.fin = 0;
    / S0 g' s$ H1 S
  9. }
    " y8 M: [# O. a  Q3 ?4 R* D
  10. else
    8 P! t# F' D# u! R- V- E
  11. {/ S/ g8 l5 L- x( y* ]$ A
  12. picture.length = fend;
    + o5 j4 |( r9 M8 B& ^' @/ j
  13. picture.fin = 1;% Q. D- t8 ^9 f1 N+ H- C
  14. }7 ~. ~4 R5 l, l1 z5 \# F: \  N
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);" ]7 L& X/ b" P1 E+ `
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    3 v& z9 M" K( T& p, l/ V
  17. if(sendbytes == -1)
    ' X  a. r8 {$ m# f/ A, }
  18. {9 z4 }, W' X% i# n9 @
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");/ [. c1 B8 w% O, ^7 h1 ^
  20. return -1;
    & w7 V7 ]  p7 m; b! M
  21. }
    $ x, O& B9 n' X
  22. else, F$ C1 X$ C0 v1 l6 g/ ]4 \* B4 U) E5 j. c
  23. {
    3 v' _  e+ p. w* ]$ o: X
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    0 k2 f# C, T! P+ l) |
  25. }
    ! N$ N$ X" N7 p7 U9 g
  26. }
复制代码
5 R9 O! e) {4 z# b) D
( X6 p3 Y( Z/ ]; I6 w& x

# X, q( [6 l/ Q4 c* h5 k

; ~" H5 B- c* s8 C! _( m# fiMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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