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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 5 l; M' L& N5 ~/ S' V

, k5 D5 ]) z5 M0 Y6 R1 `" \


( [: J: r/ ]( l0 ~. r( W& ]9 E# _, T

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.html6 h- U4 z8 e, ]$ n! |+ ^

7 j% ]: |; U2 N" n5 z, 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 y) d- }( M( k' \

+ j4 c: ~" I5 }. O4 \% O' r

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。

    1 o5 h! I7 W2 ~( L

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 C6 x, c( T- m- U! N- [* L一、HTTP网页服务器
5 A8 o' z* y' F, b! a0 m

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)5 s' n3 {; j0 ]5 P
  2. {
    7 V- P& g- L% p* ]
  3.     struct sockaddr_in servaddr;
    ' }3 @% T7 O4 @
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);; o- I. Q' ~* n/ b1 g
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
    + {: Q! l8 y) ]. y6 t( T: ~, t& b
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;$ S- v9 t6 S9 l: y$ S; x. a
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
      h7 e0 z" X1 P: W1 {
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);9 ?. R' Y& c' P+ v8 k
  9.     int ret;: p( \$ u1 v( _9 f/ J# P( r
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1); y5 H" |# f3 l: I1 N8 ~
  11.         {
    . y; R' J* `4 Y; p4 @
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);. R, a% }/ b" L; [6 ^9 D6 d
  13.             return -1;  Z( Z0 I" n+ ?! e
  14.         }
    ' r- B! m5 o- H* H' {5 }: ?# d+ P8 t
  15.     int on = 1;) ?9 u5 c7 }( a1 A
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)0 V! i- ?4 D3 C$ \
  17.     {; H4 Z  k9 w" o  O8 a
  18.         printf("setsockopt error\n");
    ( \: ~- `/ `5 `
  19.     }: s8 p& R# [- m( r2 ~
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
      }8 r' B. c  d
  21.     if(ret == -1)
    + ~' V. G8 X+ d+ ~$ }$ Z
  22.     {
    6 z8 y4 K( }* |7 G8 M+ V+ ]
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");  B$ O9 x& H4 m7 z- ]8 u0 k  P
  24.             return -1;7 g, @! \8 G7 \" i: y
  25.     }7 N9 B0 A. @1 Q: `9 I
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)0 @" N: x5 l4 `/ i
  27.     {+ W7 ^& [3 v$ X4 x# ]
  28.             printf("Listen failed!\n");
    * V; n' y1 [8 W  G( C# ?
  29.             return -1;
    1 U9 @$ C  V3 L3 Q, l" w7 _. h+ o
  30.     }1 \& v, s1 N* R0 b
  31.     return 0;
    5 G1 ~5 b) L; C- h6 b4 r
  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);
    : [0 E, d+ D/ V- J! ?0 L6 R
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
    * t$ ]8 Z0 k4 _/ `
  3. {3 X. A+ }" P! q
  4. 。。。8 c" {8 G( u0 c9 K/ w
  5. while(1)& w- h" p" k; N
  6. {
    . V# l2 W, Z+ q- F
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
    $ B2 S  [9 _7 p7 v
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
    + c7 w4 c2 R) C
  9.     。。。# l5 c2 F! \% M, q3 f' f+ y# H
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);' d% ^' ~7 C% q/ X  c) O: W
  11. }7 i: d# Q5 j6 C
  12. 。。。
    0 q1 ?, D7 k3 {5 K0 X% z
  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);
    ) J+ f$ H/ s& `
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
    5 T5 y  @* g9 W" b0 Q* d. K2 _& S
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
    : {: \0 J1 g+ i# ^/ E9 _" s1 F1 E2 K
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
    9 J$ l/ z- A7 T. N
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
    + s: m- ~8 R0 u3 T
  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;
    2 L* e/ x8 a, M8 K" ]
  2. pthread_cond_t pct;
    8 M$ Y+ _2 B0 d+ v( h- v
  3. int main(int argc, char* argv[])
      ^& l  r4 c1 F9 y- @
  4. {. a4 ^6 O- h- f
  5. ...
    4 j7 r3 M- i+ A9 O* [) D' o
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);$ O6 e* [' D+ O
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);7 X0 r8 t7 {+ K+ W5 j- n. ~
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);: L* R! Q# N. g0 o  s
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
    7 w2 E# f% ^  L" y: W5 Q
  10. ...2 A9 U: u  a9 x
  11.     while(1)$ j8 O$ B$ h( }1 q+ l& B7 s
  12.     {
    7 Q; u. G  a0 E) Q8 n- z, X
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);2 \' s8 o- l! G: u8 E, N' [
  14. .../ L1 ^' r: }( d8 m: v9 Y
  15.     }0 Q, ^4 w. r" u5 q' f- g
  16. ...
    0 W4 A. e. s; [4 m4 T
  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;">
    ' T/ O4 b" P  S% N- F( f" ^! p
  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" \2 u' v  [; w( @# d8 F2 ?9 a
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \+ |: G' f$ D1 F
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
    ! U8 z0 i4 ]3 K3 [$ m1 |8 |
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \4 Z6 j# R- d2 y
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"3 Q( j3 ^( C  @: z5 R1 A5 N
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"1 j: V0 u$ m' L
  7.     printf("preparing header\n");
    % C$ k) ~+ _/ X- F
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \/ t4 F* P6 [8 d$ \9 h8 i8 E
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \! ]' }1 i' U5 N& j
  10.             STD_HEADER \0 c( J$ U+ z0 ]) y& |
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    ) _& j1 Y+ Q3 ]9 Z3 Z! P5 _
  12.             "\r\n" \
    & w0 j' P" z: O7 a
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    ( z1 I& G- G" c% Q
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    5 N' z3 [+ {) v: d
  15.     {
    8 g/ m2 z7 J" V/ r
  16.         free(frame);6 O' Y0 O. s0 B) s% [
  17.         return;
    4 O0 i; h7 |' W- V( P3 }  T# p
  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" \
    & ?2 `2 j# j( {
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \5 J; x, R, T  r! z
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \2 Q. e  A% t" S5 [
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);$ G1 e) B" A; M- g: b
  5.         printf("sending intemdiate header\n");
    + P7 i; Y& L  y. i
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    % U6 H0 n, V! Q$ o
  7.             break;
      ?1 l& e) u& r" Y4 s; Q) R
  8.         printf("sending frame\n");
    ; h6 H" s2 N! o% B
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
    ) {* W! u/ g/ H& `+ ^/ _- V
  10.             break;
    ) o4 i1 a& G9 v8 R2 v
  11.         printf("sending boundary\n");/ e. S2 }. n7 z3 R2 _
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    2 f( E: g/ M9 r" K+ Y6 N$ R0 U* o
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ' _9 M: M0 G9 c; d# O
  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。


+ @* b! C, `. C: J

* _9 v: _5 V& C) B; b) r
二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:8 X0 {! `6 [- h& Q, s8 e% C6 G0 Z
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)- N  }# C3 ~) J! T$ g+ F- W3 O3 b
  2. {, `; l- ^, h/ m; Y2 m4 n
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    / s! m! [5 ^* `, F: h( m
  4.     if(*socket_found == (~0))6 b$ I  a7 m) z" u" v3 ^+ o: V6 k
  5.     {
    3 p& R5 t, n  b
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
    ; \2 R) Y( c5 `# q  N
  7.         return -1;- j: x) d" V* g: P; A0 L
  8.     }
    " k' \$ C' G0 q
  9.     addr->sin_family = AF_INET;
    7 D' b3 m1 Q7 O) H$ c9 I8 l
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    - f0 ?6 u0 @! L7 V
  11.     addr->sin_port = htons(port);5 T# L: N$ n/ i
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);  R( x6 A/ v# h' W/ c1 b# `9 \8 D
  13.     return 0;
    7 V: q! t% \! H
  14. }
复制代码
6 I. D/ R# k! Y* K  {. i
7 I2 X7 F# \8 p5 o; N, b- L; g0 e
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:
/ T$ @8 p) x+ `+ a! J7 \3 k+ N# j: \  D0 d8 Y' l, f6 ?
. _! B( O  G2 O" t" L
  1. while(fend > 0)# `0 P* k; p* ^3 l
  2. {: h" y5 o: I  @7 l6 \+ V
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
    . Q! I! w# H) r  y7 U
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
    ! Q& V$ {" [) c" \) Q6 W. T/ a
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)6 r! [4 c8 b8 b/ o1 a8 @1 o4 k
  6. {- o/ g  t7 a4 X1 L5 _
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
    : W8 M4 R* s, t& A: M  o- j* E& w  ~
  8. picture.fin = 0;5 I% X8 l* K" S  }1 @
  9. }, h# h) J( s/ x- v: v
  10. else4 f5 z* z8 d4 ^
  11. {6 [: Z- p1 c0 D9 b; T, B
  12. picture.length = fend;5 m: ]' s( A6 a7 [6 K/ r
  13. picture.fin = 1;+ U) Z( O' ^) R
  14. }
    3 u  I; Y3 X* Z1 w
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);$ k2 ?9 T5 m( Z% U; h
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);6 ^8 l7 H4 I; V' d; K; X  ]
  17. if(sendbytes == -1)
    : q, c; e# m% p7 q- a
  18. {
    2 g  c. M3 L9 p
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");4 E; z2 H% r3 Q" V' y& E- w
  20. return -1;0 p: g6 h9 H8 @+ N1 T5 q1 l
  21. }1 o& e* L4 }3 y  {; X
  22. else
    , G5 S0 V( r% t' U3 H' p
  23. {" O$ \+ _" m7 I
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;  f/ Q( c5 q; T. U0 t2 j* y
  25. }
    8 S" c0 l( q6 `( `" m4 S2 y
  26. }
复制代码

. x) R+ |# G  D/ A2 Y4 ?$ j
  r# X+ t: `! k" Q) P


$ b& _, n8 J) c/ U
, v2 e; ], f& U. F% |iMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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