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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 ( `: R7 x. L8 ^) Q
0 n, ]! e* Y7 D: R# {) l

. t: c% l& N% ]: y; z; \' {

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
$ X6 [+ ?7 J; K( Z
8 s- T6 Z3 Y8 [* f! Q% B

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 K3 J" g8 {! v. y

' a6 W4 S8 U1 _7 g1 I  }

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。

    4 A1 q  g( v, l, I; M! Z  u

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。


- {- C7 G! Q5 F8 R一、HTTP网页服务器* M4 K' O2 n# n, m. ^1 ]  E

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)
    : L' ^) `. F# w: i- L
  2. {3 l# m. `- w% D6 ]' b
  3.     struct sockaddr_in servaddr;2 s! U- s$ F+ |0 `+ k+ g+ D9 i
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);; U3 L! P9 B" C; m5 G0 r
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));4 R* ~1 U4 y9 M1 e' P5 U; N: G* P
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;& X& r( j4 o- j
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);2 ^, p' N+ P, ~) j
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);
    ( h* b" o1 K3 x* m0 b" ?
  9.     int ret;* ?2 `! x( P+ X: Z6 s5 A
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    * }+ l  Y3 W4 c) Q
  11.         {3 e  r3 h9 u2 P( G) s9 g% q5 y" S
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);- m" ~# N* S+ g0 `( e+ g& p* e$ [
  13.             return -1;0 }2 x; q0 s& ?) }/ `# k, H! ~
  14.         }
    . c, C% `7 w0 q
  15.     int on = 1;
    % P$ Q7 ^7 C  O5 u( ?2 ~. t
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    , I* W$ ?7 [  Z( @: P* ^
  17.     {' |( d- F- S( `# M
  18.         printf("setsockopt error\n");
    3 x8 @) ?+ Z  A4 B5 m
  19.     }+ K5 O" }* A8 x  l7 p+ T
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);7 t1 J/ R. H* o8 L/ T& h# }$ d
  21.     if(ret == -1)
    : |% f3 p. B1 t# i+ E% l
  22.     {
    4 L: B% }! ~- q# g; P6 ]4 u6 h% J
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");& |8 q) w3 b( [  J  F) |
  24.             return -1;
    7 `: G4 j% ?6 d: B4 F
  25.     }, y% e6 V# E' R4 V- M- j9 B% o
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    7 b) V! V; _; j" Q5 q& H
  27.     {
    0 `8 n/ S* a+ R7 n! ?" v, j  d
  28.             printf("Listen failed!\n");
    / u. ]6 y" _4 x. Y( x
  29.             return -1;
    2 M8 }7 |& X3 @5 h
  30.     }
    ' D& i. @) g( C1 M; X
  31.     return 0;0 M& H+ z) p4 W" R! m0 v/ b8 v# z
  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);
    % F+ M0 P- Y+ z( z& m" z/ i
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)! r. n1 N' u! B8 h
  3. {
    5 U+ v5 ~- a5 k
  4. 。。。
    / F' x9 `2 Z/ U2 G$ s: i
  5. while(1)
    4 K/ @. c4 ?7 r% |: k1 C- n- C/ m
  6. {  F% _& v3 i4 {! j
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);$ K" ?9 m5 R! ?) C. b7 S5 w' d
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");" M3 n/ Y+ z! z, A/ K, d" V- t$ v
  9.     。。。' s. f5 T' E" s  m6 O/ p9 k
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);; u/ ^8 P. j' t
  11. }, L/ Z- T, L0 K6 B
  12. 。。。& c5 ]- L2 u/ z/ M' o1 ?$ [( C, ^2 E
  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);
    & e4 ?2 u" h1 k
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
    * [0 |1 b. \9 Q& Z/ |2 p
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
    ! s  b) s: K. u5 Z: v2 ~9 g, [4 U
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
    6 O8 r& W1 ?0 N* ~; j
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);4 M' e6 \3 a3 p) L- z
  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;8 V0 ?! z2 b. A7 u
  2. pthread_cond_t pct;' u+ p. Y4 j9 ~# Y
  3. int main(int argc, char* argv[])+ k& w' P1 w+ _4 ]) I8 w/ \
  4. {( H1 N2 V) A0 U& }3 U
  5. ...3 K" A% Z% x) C/ {( g- F
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
    : H& E4 k* U: P) T, t/ k* H8 x
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);+ E1 A( t) h( Q+ P0 A
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);3 d7 B$ E- l3 z' Y9 s5 a- q) m
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);! a; Q: a: k' E; ^
  10. ...( `% R8 \. q& u) i3 d1 s) o
  11.     while(1)9 {2 b7 \7 Z; z# S
  12.     {3 p: E. x$ [3 n2 W
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);2 R0 L8 t. r6 u
  14. .... w' m$ n  |2 w7 Q& `
  15.     }$ T! m( o7 o8 I6 {( q( V( J
  16. ...9 ~" {  \1 |9 N% _8 a! _# \
  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;">5 q- N$ Z: }# R  [) R, a- u; M
  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" \' F& ]9 l; j5 W; W" N; J' W( X
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \9 }5 ^7 f! Q6 ?8 }8 k' |0 [
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \5 h% b3 u& H0 s, N% _0 ]
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
    ( }) Q0 k: m0 e+ K
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"' T, D. q& q3 J3 y8 m, j  o
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"6 @( h. ]* y- w7 u: V6 e" _  z
  7.     printf("preparing header\n");
    ( a8 l9 P2 \! O- F) ?3 @
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
    + [0 `; ~  U) \" D
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \5 K- n5 x3 [2 W- |" ]0 I/ k: E
  10.             STD_HEADER \
    ' e5 V+ ~6 Q. z2 n. o9 B1 w8 t( z
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \2 Y9 ?; ^8 `2 R, {  d
  12.             "\r\n" \
    6 L$ c2 |. v' h+ c
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    1 d% i' @" B  H$ {6 y
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    - S1 r7 {8 E* Z& Y+ i; K. e
  15.     {
    & c; w; y" K8 |
  16.         free(frame);
    6 [! t8 s, x3 _, S( ~
  17.         return;4 q" z* d$ r2 @' G- C/ D
  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" \
    8 w0 z- q- {. s
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
    " t3 B8 ~  }1 D. B( C1 H5 J' ~% f; G
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \7 D& F+ e- ]/ [! k) V" ?/ C
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);' N' ^8 K2 F9 f  P' y4 u3 B* U
  5.         printf("sending intemdiate header\n");! l$ F: w+ O8 m4 ~0 M- y2 v
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)% Q- N& D' _* j: R8 N
  7.             break;; p5 W" j7 ]4 j
  8.         printf("sending frame\n");4 ]/ ~' y) h/ j
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)* O* `7 X  W" P/ w8 Q; Q) X
  10.             break;
    6 K0 U& G: Y+ A' {8 C
  11.         printf("sending boundary\n");" h: Z& B) ~1 C$ W+ @
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    + Q. b$ X3 r+ s" x) {3 o
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)8 C" m1 V3 r% P
  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。

! ~/ x: x, x" a6 k

" _5 z# l. v$ M# ?- G9 d: r
二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:
* ]. J; G/ ^5 Y3 [" w
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)9 V6 w8 f9 b& _6 M- b
  2. {
    - X; Y/ r& F" `% Q4 R  D/ C
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
      S& o  X. b9 P. X* j2 o7 o% V
  4.     if(*socket_found == (~0))
    + T3 N( V5 l, z- e( _
  5.     {$ R! n* y) B, {6 s" ~& p
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
    $ O) T& q7 e! D  u
  7.         return -1;* ]: i7 Z1 K5 m- k- p$ w; b( r
  8.     }' g! R* F/ M2 W
  9.     addr->sin_family = AF_INET;& B( h% x, F8 v  N  N
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    & M7 U4 l7 d4 I  v# ?2 a4 j9 e
  11.     addr->sin_port = htons(port);
    ( O$ @' V4 S, I/ F  Z
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);  o9 H8 j0 V8 l
  13.     return 0;
    ' E3 j; q& b+ s9 e/ Q, `
  14. }
复制代码
/ v' d2 N' p: X# g# R

( s/ w/ P. v+ H4 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:- O0 l# o6 C4 z8 x; s
, f9 h3 ~, {* {
1 |4 r% M7 U* t7 ]; I' s2 h
  1. while(fend > 0)/ ^  o) A" ]2 x4 L( p5 M. r
  2. {
    + L4 A2 G; P7 F  J, Q
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));! P0 h; C. w2 b  I
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
    & E# B) B1 A  u0 @7 m
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
    1 S& h! h& e4 p3 W, h& c6 F7 F/ r
  6. {1 {- ^4 _3 P. L) \  E6 N
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;: {% F; l% k' z, A
  8. picture.fin = 0;
    ; {( y7 K6 Z, c# h1 i7 M7 \
  9. }
    . q. c; g0 J, c# S
  10. else
    # Q. {$ v; }9 B& O1 w. W
  11. {2 O1 ^' ]+ {' H1 H" ?* @; C! e
  12. picture.length = fend;
    2 t, F0 T2 y* E8 Q" x7 Z
  13. picture.fin = 1;
    9 K; d9 M* V* l& G! Q
  14. }
    # v" b; x1 K, l" s( Q2 o2 ^
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    , Q; C6 W1 z2 o/ m# t8 w
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);$ p6 s* E1 {) u; f9 G5 ~' I: v' N0 x
  17. if(sendbytes == -1)3 G& k( K# t0 i, u8 F, E. s' H+ u
  18. {& ]' x* |  z; Z) c& s" Q8 f
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    6 P) T& f+ Z$ _1 i
  20. return -1;" L" }/ s* t( @% o  v6 n
  21. }, P6 E7 N# q$ Y) ~; U) ~" u
  22. else4 R& D6 J% {( G$ A
  23. {' A# q. X! N$ S4 S) z% x
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
      A' G; z# B. v
  25. }
    # \* _6 d! L3 c4 O1 }
  26. }
复制代码
+ [/ }/ L' m5 f: V& _7 \
" j/ k. M1 c! r$ b7 ?


& L1 c7 w3 h( G; A! |$ |( I, j2 d4 C" r7 ]
iMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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