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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
. J/ x9 r* c% ?$ E, \2 }7 j9 [0 z5 \6 i5 \! m. l

0 |+ O- A8 I: S  B6 X& q+ S

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
- x. K0 d' x# l* ?0 T9 T$ M/ w" l' ?- x, Q. A) ~

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。

* r) u+ F' s& Z! d( A: }2 d- q


( Q/ t+ l) L% c9 S/ L. Q: T

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。

    $ ]) H% ?4 Z4 M$ T

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。


* d5 H2 R  v( i  P5 j/ o一、HTTP网页服务器
- J, g0 X4 i. B8 S& X

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)
    / V8 t5 a& [$ ~2 a* ^
  2. {1 `$ W" ^1 `! s2 t
  3.     struct sockaddr_in servaddr;
    ' s1 Z8 q$ p* f: y
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);. x' V. {7 w' P9 E5 }5 j
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));5 d+ N# r5 I7 A7 X4 C7 ]8 T! I7 s! w
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
    ; e" u1 {1 W3 @6 f1 l% l
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ; S+ Z  @) t6 ?$ b$ x" K! a
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);% u: ?6 s9 J, J
  9.     int ret;
    / w  d, {+ W$ X( |7 b( W
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    4 _; j& |) f/ l7 G' C
  11.         {6 R: n6 `" P- n  C0 j
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    ( x' G$ O/ q  [; A: C# t! \% ]: w
  13.             return -1;
    . \: |9 m  C0 k' M
  14.         }
    & R  o' u! u- \( y* @0 _% u# m. ]- n
  15.     int on = 1;
    3 V8 S8 b+ R8 Q: v
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    2 `+ l8 f. {3 e: R3 G+ ^/ {5 O
  17.     {
    ! A4 N8 f6 c6 t. |5 z
  18.         printf("setsockopt error\n");# W7 l; e4 Q! F9 t5 B
  19.     }* G6 {( T# q! X# q0 _: J
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    ' U/ p: j) C" b3 L% V3 h& j
  21.     if(ret == -1); g# Y. D. ?# g, l9 p4 i
  22.     {! n  H3 ?$ U! E* a: X5 p+ C. N
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    0 o; S; t; P& m0 I# l" r
  24.             return -1;3 V4 [4 d- [( a, r  R
  25.     }& ]# p+ Y* Z2 @' b
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    : R4 }( _& w( Q+ \
  27.     {0 Z; W8 ~/ n% P% ^: E% \$ V' ^
  28.             printf("Listen failed!\n");7 m6 G7 `. T! X) W4 _
  29.             return -1;8 W8 S; f$ K, {5 \1 A
  30.     }. g( `8 w9 u( c' A, T
  31.     return 0;
    & s; M0 ~; B7 ]  W* P
  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);
    5 C! u. L+ t! j2 b& c! f) q
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
    ) W4 u" k3 F- s$ A, J0 q* H1 @
  3. {) N- @1 E4 |8 e) }
  4. 。。。
    0 Z; w" Y: V1 y
  5. while(1)
      R9 A+ E( e1 ~$ x8 E  N
  6. {; A; J2 T+ Y& I( i$ ^- Q
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);. Y! E- Q3 x8 ?8 s( r
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
    % S; |9 \4 U. q+ e+ r
  9.     。。。
    ; ]7 d9 y0 X# c
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    3 y$ |5 t9 _4 u6 M
  11. }+ `( U0 d. y1 g! B" H9 G" k: W
  12. 。。。
    & h: K2 t1 E' Z5 R# t0 X1 l8 l" k
  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);9 U1 |- G, Q. k3 k4 B1 O7 ?8 ?
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
    4 x% g6 b! J! V( n
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;, _5 \' I% u) I% h2 i8 a: {: J$ K
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;/ f2 t) N% B: P  f/ q
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
    ; M+ q" B: b. ~# S
  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;( ^9 i0 \: R( |6 o/ L6 X
  2. pthread_cond_t pct;
    0 H$ Q7 E6 B' i: J& N5 [
  3. int main(int argc, char* argv[])
    3 U) ^# c) u4 x* y! e
  4. {; w# X0 W+ d5 ?: A( ]( O7 c7 `" j
  5. ...7 `( l% C9 [- `0 N/ X
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);1 _' x0 d) ?  A8 W* X
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
    8 X8 z3 m2 K' {/ {
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);5 Y1 p% w/ H$ ~& K5 d  ~
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
    3 y& p* n9 D6 i# ?# o
  10. ...) a, Z+ R- Y6 c2 X) I% K
  11.     while(1)
    $ C  e; @! Q6 e  S2 M1 i3 a
  12.     {% U4 ?5 N8 p- X& o' Y8 I) Y
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);" g# E8 T/ ^4 u! `! @. ^
  14. ...1 G8 y& U! w8 n- N4 {9 D
  15.     }7 n% y; t7 d6 G% H9 u
  16. ...4 ~$ a1 a' ~" W1 Y5 Q
  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;">
    6 N, y: E7 @0 \5 E! Z7 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" \
    & a: T6 |% `! V5 I# [2 l) H6 f9 S
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \; _! e: s7 ]# ?- `
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
    0 v1 i8 k5 W0 J2 z
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \6 A+ E3 U/ s& W# R4 V# o: i
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
    . {3 Z" v% D3 U7 B0 P% N
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"' [0 y* R% C' \  C
  7.     printf("preparing header\n");* g0 ~# ^' K% o4 h0 N) |$ O8 J) {
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \7 U2 _. d2 j0 s1 H
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
    , X: G8 D( m! _' r. s4 z4 Q0 m
  10.             STD_HEADER \# f# D2 g4 i' r; J7 N2 {* S
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \$ k0 Q2 t4 [8 r* _
  12.             "\r\n" \, p5 x" `. z6 W: N: x8 o" z  u0 |  S! a  ]
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");( q) H" B+ v' c2 S  I( N' d
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)+ W! `+ }( X( E
  15.     {
    ; u. {% p6 b; I; Z/ L
  16.         free(frame);% ?) U, ~6 b; @6 T" M& d% C' }
  17.         return;
    & S6 x& W& t, t$ ?: h; v; ?, F
  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 K& |' ~% _" X! G+ {: O
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
    , x$ v% h- `4 T6 n; C2 \
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \% T' j+ Y; `) J5 x% o/ T& n: N
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);2 |- v. g& y, B' {1 R. q3 w2 B
  5.         printf("sending intemdiate header\n");9 A% i9 _) L" {9 q
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    1 s3 Q8 a5 z' X, Z8 f
  7.             break;, G5 y. t5 m. O3 M' R$ d
  8.         printf("sending frame\n");9 u$ F2 }5 c0 V% G+ S" N$ ~
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
    ! q8 c7 w+ S$ \+ V  e
  10.             break;
    3 n' N2 T6 m: P
  11.         printf("sending boundary\n");5 b( y4 D, X3 }7 \
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");/ l) [8 _! v2 S1 p$ P* N
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    # |; U% y+ W5 {  O# 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。

1 e8 d1 v& u3 y4 I8 Y. ?9 S6 o

" t5 S- D- [& }; A
二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:, P- d) b- q  o7 p" @! i
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port), Z( m2 c% y7 [6 l3 E. ^4 Z2 g* ~
  2. {0 v1 A  U/ z& A) ?
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);+ {* T2 ]4 w% C
  4.     if(*socket_found == (~0))
    , i( T! T5 r9 M2 e( f8 G5 @6 a
  5.     {
    8 F7 g: d- Q* b- K# T& Z
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
    # T; @4 x8 A0 ?) k4 {" X6 r" ]! w
  7.         return -1;' P0 I9 D7 j" [8 }* W: ?4 V
  8.     }; }+ ]4 Q+ @0 p2 Y0 _3 j
  9.     addr->sin_family = AF_INET;! n, w; \/ x8 |8 }
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);/ o' ~: X7 t# T9 i8 O6 f/ y
  11.     addr->sin_port = htons(port);( u) J6 Q1 `2 r5 Q. J
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    $ ]4 B& M8 _$ v2 S
  13.     return 0;; B, u) C& \" Z5 {8 t- ^% B% ?
  14. }
复制代码

- g' K# v% {0 }- D2 I
6 x, K5 Y  C  N" Z, o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 R5 s4 S, R( y. r/ U
1 [/ @9 P, r; L9 C, q$ _1 w% l) A6 l
  1. while(fend > 0)) T3 O' k! J2 o4 P, B; u
  2. {
    - n+ E- R! Y- x- j1 |
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));$ M$ }# F2 N$ M( S& r$ J
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);# Z7 i' j# u- D7 y
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)9 |* A( }8 X# T8 u0 |' U, l
  6. {0 J8 ^. F6 ?' Y4 O: o$ Y
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;8 t. z' Y" y. d
  8. picture.fin = 0;
    * e* K9 c! H/ C+ u" O4 J3 @
  9. }
    8 |4 M* a) T2 x' j
  10. else% ?$ U4 z  Y3 A4 L7 B( _3 i
  11. {
    3 m; l; J+ P6 w) s' L+ N9 \
  12. picture.length = fend;/ u9 L5 k/ ?+ V6 }6 a9 M: M
  13. picture.fin = 1;% q% K2 {  \0 J. J6 K( d, X
  14. }
    2 |0 ^! C2 l( ~* Q  v0 a. g* }+ s5 ?3 b
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    : E7 \& `9 s4 e: p. J# t
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    : s+ p) n6 d8 B- @, Q6 j& ]
  17. if(sendbytes == -1)
    6 U! p, B0 r* B/ `; D8 J, T# E) D
  18. {6 P7 K$ c5 P! s& M0 p2 h
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");8 f* d$ P, _0 ~
  20. return -1;# J6 r6 p% d1 F4 t+ I, j# T; h9 S
  21. }
    ( f% `/ i$ r' H4 o2 Y3 a6 `* l) J
  22. else0 B+ y; g; N) P1 G% k) [
  23. {
    $ S9 T3 d, ^" Z, u5 l- n
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;6 n/ d$ y) a9 Y* F/ Y  ~! m. J2 X
  25. }) X% f9 d* S$ O! l- r7 ~8 P4 k
  26. }
复制代码
, S6 `: J, R2 D( M* y
4 D8 g- z" _0 C( N% L! [, K


% n! Y7 r: ^0 p$ e2 R. N5 x8 l- j! m8 I9 j! Z* a6 G+ `. g
iMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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