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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
* Q8 h+ @/ e0 I1 I& d: g9 Z9 `9 g" X* J0 y

6 I3 G+ u9 I/ y2 F6 r3 \/ Z. X: p

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
& i7 Z' c& ^9 T0 R3 E
* i! i; G7 |! |. 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。


2 @  I  [$ w) J5 u# v

  @9 o/ p8 ~" d2 Q, l5 T- V

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。

    * W; r5 p+ v) a: y

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。


% _1 ~% e3 m! l! z一、HTTP网页服务器
" o4 ]2 v2 y: I: y5 z0 ~* |

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)
    : k+ o* ~5 [3 j7 V* d5 S% \* X
  2. {
    . I( R1 ]  |% u, y+ G* B
  3.     struct sockaddr_in servaddr;  |/ ~- [: }# \1 u) x5 q  |
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);% H" n: ~3 V7 _3 M; ?  }
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));' ]  ]  U# u- w7 t0 G8 C* B
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;! O( v3 t8 N4 X! x- ^3 G" \
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    % O2 [7 W4 {( W* [+ I
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);
    ; J; E8 l, t( {. h) [8 b
  9.     int ret;* l& {% I. m# z$ ?  P# l) \& K+ G
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    6 \0 Y, W6 _8 T& K- x/ ~
  11.         {! |0 i! R) N. i( q# n" f
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);+ @  T1 X# x( ~; [& G! z* C
  13.             return -1;  O, J, t) O7 G* D
  14.         }
    0 a& j; P# N0 m3 D( p
  15.     int on = 1;8 U2 r" i' ^8 Z6 }5 a5 c* B) T
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)% K. w& o8 e- w
  17.     {
    ; G2 ^: \* z6 E$ ]* }8 t+ r
  18.         printf("setsockopt error\n");- j: b2 @1 ]: L
  19.     }
    - G2 ^( ?( w$ T; F9 L# G
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);+ K7 Q: z. P* v2 v
  21.     if(ret == -1)  `% }# x6 ?- y6 B
  22.     {
    & f" B( j2 X, L$ X0 {& I
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    ! e& R3 W4 \# m0 P
  24.             return -1;
    : c% `9 j) G- ?5 D
  25.     }
    4 v2 Y, X7 T5 u" {- l
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    9 q9 f4 o) C1 K, \3 I7 _
  27.     {
      A3 r, I$ H# l$ [  E- u: R# r) v
  28.             printf("Listen failed!\n");
    1 D" _5 S) j( u1 q$ i
  29.             return -1;
    . D9 F# b) c+ V+ Z; h4 K; Q# J
  30.     }6 k; V2 |& S- D! Y" a2 C- n
  31.     return 0;
    9 x! U; w) ?$ {: O! b$ \: l
  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);- @( f9 K2 W  `
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
    + x; E3 L7 i1 L
  3. {5 b" E* ?+ U/ @1 [: @7 B$ ]8 Z1 M
  4. 。。。+ ^& j) N$ W% V) y
  5. while(1)
    8 z+ l6 ^2 F2 Q/ k
  6. {
    : z) U9 N7 n: Y
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
    ( z! e$ b; I: p
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
    3 c! `- q( i5 B4 C
  9.     。。。* x5 w; G1 \- ~. z9 l
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);% j6 e" o" j; j8 ^
  11. }
    5 \- v: f  I5 j* }) T6 }
  12. 。。。3 f! K5 R- B: \9 R( r6 z. y- J: 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);
    9 b+ I0 P1 ?7 U. {* T  w
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
    6 o" f0 l3 ?& p8 D
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;7 Y% N- H5 }" o, B/ q
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
    : |1 P* \2 L9 S% M/ ~  p: y
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);5 V6 x  y$ E, [' j7 G! G
  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;$ k1 p. C9 g2 }$ j
  2. pthread_cond_t pct;+ h7 W# e# P" e" h
  3. int main(int argc, char* argv[])
    . ?5 M, a; b/ c& G3 b/ O. Y
  4. {
    , D7 G2 ~1 P$ [5 w# e) r
  5. ...: \# U5 t* C& j* k6 F! }" V& P
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
    , S' ^+ c: `/ Z' `, A. p& N
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
    2 O5 o2 s3 M, d; c  y! i4 l' U& p
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
    ) f& y/ M; I0 u( Y2 F- t6 v" o; ^8 n
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
    5 M. T( r/ Q8 ]- Z, h
  10. ...
    ! y: ?6 l0 |) ~5 ?: {$ l, C! _
  11.     while(1)! h% _3 v2 ^5 |5 {5 ^# u- y
  12.     {
    3 G# @9 L3 J0 D
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);6 [; V5 Z+ ^7 b$ Q  G* {
  14. ...: h9 Y1 g9 W- N+ x( e4 |' Y
  15.     }
    ) g% W0 h6 E9 h& l
  16. ...
    " l9 D, K6 u$ T  l% I7 S: c
  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;">% @2 k! z! a) U
  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" \& P# N- x5 a( D( N7 k# s4 J3 D+ I, d
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
    : }: R/ \( G  _/ ]6 s2 ?; C
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
    3 e& d, u# Q6 b, B
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \5 `9 I7 B  _; Q. q  n& c* \5 m) M
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"3 O$ f! C. A: s; @- k# _3 z5 z+ ~: b
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"5 U" P( F# k! m$ @; C  @- K' V
  7.     printf("preparing header\n");5 z4 F3 C6 O' l0 i4 Q% X
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \/ M+ Q: j" A7 Y2 L
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \5 G5 ^. X9 Y2 {+ {4 h$ B7 Y
  10.             STD_HEADER \
    ; @6 N# X! z4 |8 Z# ^2 v% j0 j
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    1 m  V: }# E; Y7 f
  12.             "\r\n" \3 h9 ^4 h: L3 r: ^* Y2 A& O
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    6 X. ~6 x, {$ s; Y
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)% f5 m0 r" g& V
  15.     {3 i2 k( H4 V- U
  16.         free(frame);
    ! j! n+ s/ V4 ?9 l1 J* p
  17.         return;  t: V) \) x/ A" Q
  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" \3 w( _. s, Q, {5 W( Y
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \: J! x9 Q4 B$ }$ t. z# Y2 |3 D7 a
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
    ! H/ y& \& x$ C2 _9 ~$ f0 B9 q- U
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
    0 D' G* p9 p/ }
  5.         printf("sending intemdiate header\n");, a0 ~& t% h& i+ T! X$ b" X% V* ^
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    % V: H8 W5 ?2 K/ k) S6 h, K  l
  7.             break;9 t' C( v2 U3 y9 b
  8.         printf("sending frame\n");0 p/ i3 C( j0 a8 z! `
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
    ! L$ S/ l  g4 S) t' }, C
  10.             break;
    ! s7 X: }' d7 a* f
  11.         printf("sending boundary\n");3 G) P4 r' L# L. v3 ~& ^5 d" v; M
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");6 H! I( ^4 ^3 x) H6 P! [/ K
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    8 A! ~& {% j3 k" r, x' 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。


& e# u% }' N- i: f8 m0 w


. a" H! d3 t  |3 J' C* ]二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:5 h- q% Y# M! j$ ]6 L
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)0 `  N* q/ I9 F; l8 P
  2. {0 Q* O/ M& m& C3 X
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);, \3 `0 Z! d3 g& m4 d
  4.     if(*socket_found == (~0))
    , s( M  W: a1 d
  5.     {% k5 T3 t; |; s2 ]4 Z5 ]: t
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
    1 g/ r3 v& c& A' j0 r
  7.         return -1;
    , r1 w' T1 H/ V3 q: X% @' }/ e: O
  8.     }% [" c% G1 v3 T. p
  9.     addr->sin_family = AF_INET;
    ; {- m8 V) [. o" N3 i% h) y
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ) Q: {  E6 Y7 E! O# h/ ]
  11.     addr->sin_port = htons(port);
    % a+ @5 Z5 |! j; R! w
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
      G) r9 i! }7 d6 S, N
  13.     return 0;
    4 o+ ?& o# q1 s! p7 N
  14. }
复制代码

8 t' E: v! o+ v( Z- s7 W9 P
0 j, {" F+ G2 V4 ?( 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:
9 a" |% P7 P: {4 e  C2 @! ~, N, N- v9 \( c5 x1 ~
, `3 K, P# b! s- Q) A
  1. while(fend > 0)
    * [* R& d$ \6 r" X% [1 L
  2. {5 p% ^! L7 P0 l' @: w, ]6 @
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));3 {$ P( j: G7 _
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);# Q0 G0 r5 e& {2 E
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)# t& Z/ l8 k# g7 V- x
  6. {
    6 {& X; _- E2 A* J- ~/ t' i& ?
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;2 M/ z) M  l1 S- Y1 F
  8. picture.fin = 0;
    8 d8 {6 V! s* n; N" x+ {1 @
  9. }
    # f  b4 W2 Q, _, ]8 p8 J
  10. else
    ' h- U5 n/ K0 R
  11. {$ D. @2 Q% C' [# E
  12. picture.length = fend;* A" W' z3 u4 E
  13. picture.fin = 1;& F+ g) P$ V- s3 c* V4 S  p
  14. }
    ) r1 t2 S* @8 [7 R& L
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);4 m& k/ h3 g7 i/ L+ M+ S
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    9 Q( M9 K6 c0 f
  17. if(sendbytes == -1)
    # ]$ _/ H7 V" W; S
  18. {( P9 t0 s0 P1 w8 ~1 G; ]
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    ) U3 y# {8 a3 p9 F1 t& |
  20. return -1;* J, {6 m0 M+ r3 _, W& `- W
  21. }
    ! _) Y9 W/ l, j7 I& n) W8 ?
  22. else
    . R* A# y8 r( w" T8 j
  23. {7 ]" I( k* V/ C  ?! g9 A* O
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    : C  \% @1 W, n
  25. }8 q- l* O& j0 X) z
  26. }
复制代码

% H# P# {3 ]% i; X1 e- f# @
) R7 F1 x1 F' a5 T4 W2 A! b

( }) c( c" }( H* G$ W/ R
# e' t' ^& R+ v' S$ ~" t- I
iMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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