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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 m* ?  t- E
5 _3 m$ G: u2 h" ^& \

6 c; M6 _, j6 t% u3 Y

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
5 W4 J% ~/ A2 t9 P$ j" {3 P3 h, E8 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。

& b5 U0 R7 G* [6 G' I, L& T  E/ F2 ]


4 G, A* v7 z& D: r6 M3 n1 ~, x+ G

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。

    & ~6 K8 D1 I) 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。


7 ^0 j2 ]9 K; J7 x$ U+ o" w一、HTTP网页服务器
- [0 u# C0 n2 T: E6 s. p: A5 ~5 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)+ y7 \0 x, T5 Y9 v; O
  2. {
    3 O0 @( I) o, \% t" Z+ K( t
  3.     struct sockaddr_in servaddr;
    ( |9 H5 B( ]9 W3 w% J3 z3 {
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);0 u0 P7 I5 U# m# G$ |6 p
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
    7 f0 {+ h! }0 K2 f) I. [& K
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
    ' P% J6 `7 W4 `* ]7 Y
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ' Z# r" l$ f  p1 D; h- D
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);4 a, l  V8 h+ L
  9.     int ret;
    ! D! K0 D# B, f
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    ' }" Q5 J# y& f) ~
  11.         {0 n% ^  w8 W2 b7 P+ o
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    : ]; [# c+ X( I8 ^# @7 Z
  13.             return -1;
    ) T! H0 t# I9 {5 d0 C
  14.         }
    ( a) E9 h! p, |5 z: y2 W
  15.     int on = 1;
    9 F+ S1 i) ~! r5 j
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)3 {8 W9 \- y; @$ Z9 D
  17.     {
    ' u' M: _8 }- \# c
  18.         printf("setsockopt error\n");
    / c# B9 I% G. @" N- M+ J
  19.     }; X% K  w8 n! P- T
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);+ i& K& N' m) o3 h
  21.     if(ret == -1)
      `% v5 e7 [+ O. h- ^. j
  22.     {
    7 e4 J1 m7 h* c: X8 j3 D% z, [- P
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");( v! O& p% V5 B& G7 I" |# H5 I, B
  24.             return -1;* L. K, U& v0 O. ^" [. @
  25.     }
    2 ~1 s- E/ ]; {' i" S$ v  R% m4 U
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)4 j. x' f% G6 a4 p
  27.     {
    " z8 U, i3 h3 h) G# {. P9 M
  28.             printf("Listen failed!\n");6 H  G' U% c8 u
  29.             return -1;
    8 Q' N0 c, T: H# S9 H
  30.     }
    3 R) ~% C* w3 C2 x
  31.     return 0;
    * @; o. L0 @" B* d' t
  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);
      t1 R8 k3 s2 I3 y
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
    4 }; k! d9 t/ e* }' W- d6 V; V
  3. {
    2 Z* ^! s* H5 W5 c% X$ n
  4. 。。。
    " Q# _+ S$ K, e
  5. while(1)# T. |) m, W7 u6 j' G
  6. {
    6 W1 R: e% `* R9 F
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);1 e3 ]8 G$ E+ h1 B/ K2 y; G
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");) N: _& p2 b/ U+ U  G0 c
  9.     。。。5 n1 c0 T/ I+ u3 u+ I6 p0 T
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    2 Q9 m1 Z& ~: l  B# v" H* D
  11. }
    3 ~6 l0 E7 D. d$ W' b& `+ a
  12. 。。。
    / Q& {% M3 n5 ]/ W9 S9 a/ p
  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);
    8 `6 y, ^* t9 C/ I
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
    / S0 \3 i( B; @9 P
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
    - |7 u9 X* z+ L* z
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
    0 Q% u, b) w7 ?
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
    * p& N3 T+ k8 Z, h. o
  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;6 q* R4 G" g3 N: e! Y( [9 j% K
  2. pthread_cond_t pct;5 M9 `" `- H( i( S5 p1 E
  3. int main(int argc, char* argv[])
    ! ]9 ~. `# z1 M9 ?& ?, k& m3 M
  4. {' c1 J* P( b* i4 [& n7 D
  5. ...: c' C  x# i: c( k
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);6 `+ `6 ]8 ?1 i7 |' a
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);8 x( P9 K; C* K$ p8 V( I7 Z
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
      F8 |; [3 U  S2 x7 Y% y/ G* D
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);: V& B5 R' z' @; }
  10. ...
    # `) Q3 w$ z! q9 [
  11.     while(1), E% a  d9 _% ^7 A% ~, |9 l
  12.     {# x. o5 ~) {1 p% b
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);! p" J$ N# l3 A& P* ]
  14. ...1 M6 Z& z. a: Z9 \7 k4 |! x
  15.     }9 T$ C; R4 _3 x5 S& r+ H
  16. ...
    ' i7 X  \1 H' m' l4 f
  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;">! V8 F0 y2 G' D" E+ l
  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" \
    6 N7 R- O5 Z' ~; J" ~" a
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
    ! `/ G3 d* A9 T; [6 }  C6 [+ R
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \; U: z/ C( d. ~3 ~$ W& U
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
    2 @9 P8 }  w/ n  S
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"  _" ^3 l$ c) `% x+ K
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
    % q4 u+ \4 a& ?9 g( A( k6 j
  7.     printf("preparing header\n");( g  T5 T, _  r% z! O% R$ `
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \. h" H5 I( E& q7 z9 x
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \; _7 b# P9 H" }4 x2 l1 r
  10.             STD_HEADER \
    # H4 R8 J& v: U- w
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \5 S/ g! x9 j2 e* Q+ ]
  12.             "\r\n" \" Z0 [  D! D. r  |7 F# k0 B3 A
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    ' A0 m4 [3 L; ?; v
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)5 @% a) W8 E9 ~; Q; m9 r
  15.     {8 T$ k' C! a6 l) @0 t) |
  16.         free(frame);# N& |0 B% i  ~2 ]
  17.         return;) l  d2 {& l1 \% J
  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" \) O" t; s& k7 H' v3 O
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \- u1 P" }2 H6 l0 G. q  Y: l# B& X; ]! G5 S1 E
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \+ ^3 Q1 E; Y6 Q( I* u4 z& O
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);* k6 R! Y& Q9 i' G' p8 ?* c
  5.         printf("sending intemdiate header\n");5 J; y& ~6 ^* q
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    % z* C: a/ W  L- I
  7.             break;
    ' J6 K' w/ ^( J# G1 Z: \6 n4 \" s
  8.         printf("sending frame\n");6 W+ g% c& w& H2 t& g
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)# j! O+ W9 B0 U4 q8 q4 Y1 S* q
  10.             break;
    ' o; ?0 o' w- T( m2 {: x/ q
  11.         printf("sending boundary\n");
    9 b" l* f& {( e# w% R; K% Q
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");2 g- j9 f' e4 }4 ~0 G
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    / \# G0 N, ]' W) E, z6 ^8 }
  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。


% Z" W, F4 [* D+ B  I' q. o% Q

3 l* [6 l0 R5 C. H% T6 W
二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:) [# X7 |8 G, S1 @" F& K4 Q
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
    5 C+ c' `& T5 _, E+ @) R2 |/ Q
  2. {2 L8 v0 p! ?% h6 R, U
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);/ O6 s' k+ C; X. m: y5 v
  4.     if(*socket_found == (~0))( H8 S' [& x/ n0 Z) T
  5.     {4 }& ?! ]" U7 f$ \- C' c
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
    & P# W( P! o6 g% K
  7.         return -1;9 V9 x8 y, t, I* K
  8.     }
    2 L8 F' }$ i3 _
  9.     addr->sin_family = AF_INET;, z% u4 R/ U6 ]( k3 m  ]& N' [
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    2 J$ Z! N7 B( T
  11.     addr->sin_port = htons(port);
    & u* O7 p6 _# q! }3 J
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);' [: p0 n1 n3 x6 f9 }
  13.     return 0;; [" m6 N% n" v/ V
  14. }
复制代码
& u5 ?& I9 Q0 z
  N+ \9 J3 k8 F/ Z! ]  v8 E% b2 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:( m6 j, {# G; G7 d: N* v
, K  t3 K7 M( n1 s  \: {0 s/ @% C' s

- ?/ ]9 ~+ K5 r( p
  1. while(fend > 0)% T4 b* e) C7 Y9 E+ |) c7 j$ ?
  2. {7 t- w; G, a" W; Q
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
    : t5 T4 a' _* t2 B8 s9 K" `- Y
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);2 G/ x; `* U2 h6 z; w
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
    9 S4 h; C  Q# t0 V9 c) m( M% \
  6. {# F" E2 B" \, V( {9 I- j' T
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;9 W* Q. C% c( C0 c) W
  8. picture.fin = 0;( r/ L" _, n% ], r' T
  9. }( y- c) a4 v! A& I7 e& j2 `, H" Y
  10. else
    " e9 l, h5 P9 u7 ^1 X+ z
  11. {! }' L( ?9 D$ w; g
  12. picture.length = fend;
    # y6 B$ H$ S& E* V. S3 w
  13. picture.fin = 1;& M. _9 h2 `1 r9 Z
  14. }
    : d; o+ q! i* a3 `) W+ a4 P$ Z
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);1 f* f' s/ Z; \' g. i0 Z
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    ' H, [8 c& Q$ x1 B, U$ U
  17. if(sendbytes == -1)1 M3 ~% c% H3 D' T* {
  18. {
    , }( t# @0 A* {  b! W& W
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");3 p$ [0 }0 l$ K9 x$ d/ Z2 v6 p. X" z
  20. return -1;$ k6 Q2 w6 ~# ?& m
  21. }3 @# ?/ m3 v1 b8 y
  22. else
    9 j6 y) o* ?% s+ b+ M2 e
  23. {8 L/ P* z( A* A% f' m
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;. s+ t/ c8 [  l# A) q
  25. }
    8 t& o9 e" D2 Q: _8 w) J4 O8 x
  26. }
复制代码
2 a' C* n- J& t7 A& ]. h
  o. f8 R# U' k) p" b


: `# Q" F( ^: s! S- U3 _8 ^! H
- e: p! J* A' \- iiMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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