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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 , r0 }; I: t: I# _0 l; h# n

1 R0 n/ w/ |3 j$ N9 b


* p( f' l0 e% O

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  S8 J# A1 b$ K. K
: g/ D- t- `# J9 N" B8 B; a8 }8 G

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。


9 B/ i1 V. G( R

( u( M8 q$ F0 |; P9 Y+ O

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。


    & U8 `8 z$ g# q

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。

/ M& W8 @7 V% b: }: y. S5 Y
一、HTTP网页服务器# J/ O7 d+ n* y+ n9 W

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)
    / F2 o; a9 p8 E1 g1 |& I% `" u0 X
  2. {7 F' ^9 H1 u; i3 A
  3.     struct sockaddr_in servaddr;
    6 r/ P2 t, d& I$ Z
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
    + p* I/ }+ T3 i% B+ G9 [5 `; x
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
    . ^8 C: N4 g" v# Z3 w+ D# c
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
    5 Y( @# r' z  {2 m5 u7 x3 s" a
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);/ w2 A8 a  F( f! }0 H- x3 O
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);
    . }5 o( K5 i; |3 g3 w
  9.     int ret;
    ( g0 [1 L& u! U7 p# G
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    / z: I% h& C- \. p+ N0 S6 ^. w
  11.         {( X& {$ h% Y5 p7 W8 \- ?+ f8 g
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);) e$ y8 ~% U5 w/ j, s' L
  13.             return -1;
    # X5 b% T" p5 V
  14.         }+ x0 H5 q5 W& C& f: L
  15.     int on = 1;3 o; M: W# d5 W7 _  A
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)$ t) q  X" e. V) R2 D! c3 v- J
  17.     {
    + d$ R, S6 F% S4 Z, P: n. `' c
  18.         printf("setsockopt error\n");
    1 S; `  q6 ]  D. J' @/ i
  19.     }1 j- u+ x9 s5 Y6 Z* L0 S7 v5 w4 a/ W
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);/ M- _) a0 _5 c( W% i# f6 \( J
  21.     if(ret == -1)
    % t, U; t" H/ n8 j) x0 S* z
  22.     {
    ! _+ I+ o; ]' [- X9 w
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");; M  N; l, K6 h9 h- [
  24.             return -1;
    - i* [7 _/ U7 Y* X& W* y
  25.     }
    " h9 h- s+ A- G3 k4 c/ l7 u
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)8 O& O7 g; d6 C# J8 U* f8 c7 n
  27.     {
    & J  h+ `3 {$ ~: v. E2 w; C" X& B
  28.             printf("Listen failed!\n");
    * c7 p0 l! Z+ v- ~- H, s  O8 O" T
  29.             return -1;) M$ \" ~# S2 i6 O5 F- ~0 X8 F
  30.     }# p  J) d" z! _) Q
  31.     return 0;
    ) A. N% f5 A9 ]- H! G
  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);" N& s: q1 ^, ?& U1 |
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg): O! r3 c: S0 b6 S8 x* }2 c# Z4 h! N5 d
  3. {  j9 J8 e3 P5 F5 S$ w. u
  4. 。。。
    . \! d7 `. C: V; N+ _
  5. while(1)
    9 m5 N& g( u0 ^0 I( }0 ^) y
  6. {
    ) J2 a+ ?: U: j( Y( q7 ?( F
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
    & a. i, ?: \' \/ m! u5 O' W
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
    6 o+ S8 T, z+ {  B6 K' c0 c& b
  9.     。。。
    * y! V! ]- e, ~. l9 h/ [/ H' _! w
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);) k& d( \2 v$ f" o3 ?
  11. }. s0 n9 l, ?2 ~  L
  12. 。。。
      {+ Z" T) e7 Q8 c' _1 U) N. 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);
    4 A! ]$ B' R+ b" Q) D
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
    & k" T# W# r2 T3 v, N
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;- M4 i# V# U4 [
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;$ ^8 G$ M( \% n; j5 Z. N* G' s( \- p
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);$ e2 A' E8 n: k9 D
  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;# l8 P) P, C  w/ Y) F9 b
  2. pthread_cond_t pct;# f6 t$ ^, S' F# p. X- V) e
  3. int main(int argc, char* argv[])
    0 v' O2 b, H. G, @
  4. {' f# M2 n* s! t/ C  b
  5. ...
    2 Q. H  L2 s: r& |( O+ g! d
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
    $ d. d. T( U8 b8 o9 C
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
    ! w7 i, z4 G0 `) F& L
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
    " Z0 Q) ^, V0 Z- K! ^, ~) H( w& |
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);- O$ F# m- X0 U0 L% x! ?' b
  10. ...3 b3 v" j5 i% k8 m0 }
  11.     while(1)
    ' D" B" g$ Q$ t3 m+ d2 Y
  12.     {
    7 m" A" b, U$ o" |. B: w
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);* X- l. p% l0 }8 X
  14. ...5 O* ^9 J4 q7 c, w3 i) s* m
  15.     }
    % p, E; c7 G5 I9 w( B, J
  16. ...& U6 n/ D. C4 e) l4 z0 a6 r4 o
  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;">
    ' M1 q) P! y3 z+ B- `2 q' 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" \
    7 h- k7 T6 I4 a: R& E
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \, X$ S  L3 X/ c# E$ L: @, C7 A4 N
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
    . B$ K+ ~* o; S8 k: ~7 x
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
    2 l9 X5 u4 W1 ?0 l, n! P$ X
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
    ! P5 _4 Q; f! _/ v7 V" A$ |
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"! j) r6 O9 H4 r# @% b- o$ u% {: J( F# @
  7.     printf("preparing header\n");+ x; m" c) W6 P: z4 I8 q6 l7 x
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \' l5 L! K! v, T
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \5 B2 l6 b/ _! {: r' l
  10.             STD_HEADER \  m6 j5 R3 y; p# Z8 j& n& ]8 Y1 y3 Y2 P
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    # d8 h2 C8 H7 U$ g& o! W
  12.             "\r\n" \% S3 q! ?9 w  V
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");7 b, C3 V5 w+ [# N
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ; y1 u$ \& o" f5 s# W
  15.     {: w8 U. y6 n% Q6 l
  16.         free(frame);) e  m' M0 {) J  F9 g
  17.         return;# \7 m8 J3 g  g9 E+ c3 e1 C
  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" \- V) Y# k! I& U% Y1 U
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
    ; a  x$ j# c$ v) C; @6 a& q
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \$ l: m1 ]+ F, c7 Q0 Q  D% ^
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);6 z5 d) {% r" g3 G* K* D
  5.         printf("sending intemdiate header\n");& {" L* L# E8 H, c0 E4 ~
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    - u! C4 N; Z% H: r
  7.             break;
    8 y, S5 O' }9 ~7 Q
  8.         printf("sending frame\n");
    * T; h: ?% Y: L) J/ v
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)0 z! s" d  \+ z7 D
  10.             break;) Y# Y2 z& G/ H! |" z
  11.         printf("sending boundary\n");, ~. q% G0 `& X% F
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");2 a5 b% z% O. K$ V1 l5 c
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)2 u4 _7 D8 m/ v" _
  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。


3 i0 c  O. D% h) e9 o# \& @8 |

6 m3 j: \1 y! e6 [/ i1 T8 w
二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:
" S+ j5 m# A$ L6 f
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)% P  o3 ]3 M$ j6 Y7 d
  2. {3 \; ^$ b# C$ {& x3 ^2 {- K
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);" R! l% }1 J9 `8 c2 w
  4.     if(*socket_found == (~0))
    5 U$ w4 b5 _  s$ t- G" b4 F
  5.     {
    # S2 ?. O) J7 H( F: l1 b! t" n
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");' ?- E5 X8 C- _" \
  7.         return -1;5 C  x- c" W3 e7 ~/ A
  8.     }: a9 `; W. ^1 o# W+ z6 b( b
  9.     addr->sin_family = AF_INET;
    ; y- _# P; Q* H, e  ?4 ]
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    , @$ w- l5 D# |/ S* ~3 X2 u
  11.     addr->sin_port = htons(port);
    6 |. C+ a; s3 U
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);4 C9 I+ `: }- {  W
  13.     return 0;  [6 D" ]: @8 Y4 b2 q/ r% }9 E) b
  14. }
复制代码
" R. e  T; p& ^4 Y( d/ o' P

" g% w1 i0 T9 t1 b5 m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:
6 ~: W; g9 a) P* ?7 {' v3 b+ n9 [! l: U
/ {6 x2 H! i& u2 W8 }
  1. while(fend > 0)
      t' Y1 \, u2 V, s8 z$ Z
  2. {
    $ m9 U/ a  u* d
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));# |8 G0 q9 X* Q0 k! S5 w
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
    . M7 ]5 t3 r% L0 S
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
    3 c/ X. r& t2 m0 j; p
  6. {
    ) G! D. @- p2 O
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;7 t5 J$ N" d; l" u: }: U
  8. picture.fin = 0;
    6 j: F' f! l: Z: B4 ]/ S
  9. }. s/ q6 y% j* K( M: G- [
  10. else
    6 F/ l' l( _4 x9 s- d0 d4 v. Q; E5 Q
  11. {
      E2 M2 o) R% ^& W: W' {  \* J
  12. picture.length = fend;
    ; ^" G0 i- y3 s  S# `
  13. picture.fin = 1;% p8 X: c1 t$ U: Y+ t; C
  14. }
    * S# c7 b- A1 G* V: g. n
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    ( Y; I, t  x! K) F7 V+ n
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);% ~$ M  h: j- q% [  H
  17. if(sendbytes == -1)
    & e5 t+ Z& n- [! N, C4 i6 K
  18. {
    ! J2 @: S& D9 k, V, o& a
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");6 A/ |! B" v/ `' o
  20. return -1;
    6 `. X. a3 r( c; _5 D
  21. }
    6 m' b/ Q0 r* T. g/ M' c8 r
  22. else
    / x# k" j2 P3 |; o- E
  23. {
    ! y" G- [1 k* J+ U. x
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    6 S/ F! e4 b0 r- d9 f3 e7 v8 Q. b( d* p
  25. }4 h8 P% P% t1 U5 }* x
  26. }
复制代码
; a: w7 G- N* s& \/ T% S  I

, ?' O4 }! _5 L$ [0 o8 K

- ^$ n* F! Q9 r( G4 H' W" q
5 g8 r2 |' a4 e; V/ B* S, f( {
iMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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