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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
+ }- Z$ ^6 e- j2 }% C0 Q8 z' O) I

$ O% U! |, }/ \+ [& 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
: o1 u3 h, z  D- O- A, c) C, N' P# ~5 X6 x$ @* N

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。

. s( _" R& L# U( W! v9 h$ R2 R

- u. _; U& `2 @

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。


    0 v/ X+ k# t3 r

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。


. V0 r- L% O% }) p0 z一、HTTP网页服务器
& b6 y: f1 u$ t+ A: \+ S/ I

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)
    # R" n, T0 X5 L4 v. a: [1 O* |
  2. {- c( f8 V" P% z. O; B6 |$ s$ j
  3.     struct sockaddr_in servaddr;+ Y" E/ P9 n$ F' s$ E  d4 X
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
    " Q% D5 l+ U& e, s* K0 u
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));4 \& @& j  g1 U! I- G# k
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;% j. p0 [- T; h+ K$ a
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ; N5 ?7 J1 J- Y, J9 s2 T  D
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);
    8 s8 P9 S( x  E+ U& L
  9.     int ret;- E1 W  u1 J- W
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    0 L, N& d5 \( b0 ~+ F1 S% i, _
  11.         {7 U0 q% U4 q4 [9 ]
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);9 f# ]- s+ C' r! @$ _+ f
  13.             return -1;
    . G( {9 I* K9 ~7 c8 T0 i* L
  14.         }8 L* D. i7 W8 B$ f. z
  15.     int on = 1;
    4 k8 r# M: S- ]9 Y6 x. W4 S
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    . U$ h% @- `% Q, H3 X/ {
  17.     {
    ( I" e" |( b) G* O: Q
  18.         printf("setsockopt error\n");
    6 U; d. k( A9 A& Z
  19.     }
    0 j; }1 E+ D0 Q% ?6 P/ W& O+ m
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    + _% Q: h* G; r: g
  21.     if(ret == -1)% R" `* F+ X; G& T
  22.     {6 y* p( v% t$ ^9 b7 x) I4 F$ R
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    8 u! E4 A" c( C  H5 Z0 O
  24.             return -1;
    1 K8 @% F) e& e0 `* @5 M! D4 f
  25.     }
    + V$ N- U* \1 i1 G/ s; a, \! D. Y% M
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)7 [3 c7 D( Y- U& E" X
  27.     {$ y8 I/ L6 v/ Q# U
  28.             printf("Listen failed!\n");
    2 O. c4 q0 v& K: e# }
  29.             return -1;( Q  E0 @0 |7 ?3 m  D9 V0 H
  30.     }
    6 Z) P# y; \( X+ c& k, @4 c# e
  31.     return 0;( ^% L4 J% `/ h( u5 F  v) K
  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);& l) @9 F1 i5 ?7 g0 R
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
    : Q' ~5 \6 @: z
  3. {
      ~8 X# ~1 Z# K9 u9 e0 b  E5 [4 X
  4. 。。。' n! t5 G# P/ m0 G0 g: O
  5. while(1)
    - o5 `& R4 b2 [: q# A% U2 s- D3 g
  6. {
    . q. Y) h& p" Q3 Q- r/ J6 `
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);2 a+ E: h  x4 w  i. \
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
    9 i& \& T' b& B$ F
  9.     。。。$ ~6 E: K, y; M/ t
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);' T9 ]# N/ |+ e' |4 g8 |2 x
  11. }1 V5 M. ?: D6 n
  12. 。。。- @8 J# K) h$ O1 m
  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 P/ z4 `1 u- K' w
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
    . Z# g# c3 K% b/ Q: V
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;0 ~6 v$ \6 |( M3 \4 d$ R) g
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;3 E+ [  F. f6 W& a4 ^
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
    # c) u6 l& g5 L& }4 B
  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( b# P8 G- j8 `
  2. pthread_cond_t pct;
    , J/ k0 {1 v" S0 s4 `
  3. int main(int argc, char* argv[])
    + P8 S$ A, x$ ^# ]( f: S3 u
  4. {
    5 _6 s3 h6 H2 P0 b
  5. ...1 P- i8 q9 R: W1 b! {
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);$ m$ C7 J6 W1 [
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
    . Q$ \9 {9 L4 v8 B  ~" x
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
    . k' m( L4 M; @% Q3 h
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);; `3 e) P: `; j( e- V
  10. ...
    4 K8 ]; ?# }! X" O; B+ ?
  11.     while(1)
    6 C& W7 F. v  p) h
  12.     {2 s% P# I1 w: z) R! O+ _' i/ f- b6 l
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);- y& n2 a- G/ a
  14. ...
    $ @2 H6 N( q. G
  15.     }
    8 f. o' _4 N0 q* z: ?# S. E* X
  16. .../ p& ?+ ^( W! u& d" n
  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;">
    ) e$ N9 t/ Y9 z( Q5 ~7 N
  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" \, _$ r( g, g/ s+ ^# K9 v
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \6 |' P, Y/ C3 o- U6 n4 w- l; Y% W
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
    4 V7 s) p! S. N4 o
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
    + J% m2 i( `! W. g- [% N3 f& U
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"1 K2 [7 ]+ x" C$ Y8 ]0 B- N8 O; W
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
    1 C' S$ a  G  u$ H  \1 J
  7.     printf("preparing header\n");- x3 `) {8 H& _
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \2 Q/ H3 x3 B' k0 T" K3 v
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
    ' i5 |! s4 i6 {& o
  10.             STD_HEADER \
    & N! E" F1 Q8 s, S1 p
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    " Y* G  @. S2 B0 K! P- r: D
  12.             "\r\n" \
    ' g, ?3 m" z  K0 O* k  l3 \$ z
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");) P7 i  ^5 m0 z( W" c- n
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    . x" k4 K0 E: n
  15.     {$ s# C) _" q2 z& t
  16.         free(frame);
    ( _, O! O# k6 N3 Z( P8 W0 ~. w* X
  17.         return;
    1 f$ t3 v- }2 z5 y  l4 W
  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" \
    $ t+ N) I4 z' ~5 L2 L! N
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \* N' a# C! S  ]7 K9 {. a* ^& `  r7 ]
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
    5 m; l- u4 x, H7 I! f
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
    ' w! M# q& x" o& S# N
  5.         printf("sending intemdiate header\n");
    3 ]- }3 [. M" A6 D: {; p
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)* \0 E6 Z/ x. n- p0 q
  7.             break;! T; U3 V* V, W0 N1 P( c# R* p
  8.         printf("sending frame\n");2 g" A. H. o$ i. c7 q( k
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
    / g4 P3 ^! ~% w2 S% K4 P& u8 T
  10.             break;* O6 N, |: x# r! y
  11.         printf("sending boundary\n");
    9 n$ A4 Q; a6 W! q7 p5 ^
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");( V, Q$ w/ L: z9 o, _& n
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)* |# r9 m' y1 F, [  k  [
  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。


, {! u, L6 z+ D" \! G6 Y

$ X8 P' S. \' l1 S
二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:
- S' R+ S- s+ l. _5 r1 x. t4 l- y
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
    8 @" U7 a/ D: `7 z+ u
  2. {
    4 s, Y/ x) Q5 y7 v$ K
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);0 s/ f$ ^7 s" I9 h0 }
  4.     if(*socket_found == (~0))- h9 {: c: Y3 C0 r4 g) O) u* L
  5.     {
    ' l5 N" N6 s6 J+ v. s# \
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");) u* v+ z1 I7 ]! I
  7.         return -1;' b* p% R# }/ Z) e& }
  8.     }
    6 Z/ |- l+ \5 i; `8 ?! T
  9.     addr->sin_family = AF_INET;2 x1 ~# |& `  P9 D1 ?0 D5 ~& |
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);( h5 @4 i4 b2 Y, e& l2 d
  11.     addr->sin_port = htons(port);2 f9 ]5 z$ D' ^* B: [
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);8 P9 v3 H9 P' n
  13.     return 0;
    " c8 a. M# `  |& P0 M
  14. }
复制代码
- G2 Y7 z7 p- j& G& C) D- y
/ n2 H; v2 S9 g: 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:
9 ~) D$ C5 C$ {8 R$ g3 r: L
- _' i6 u& B2 r( x" O* g: b& ?4 o# c
  1. while(fend > 0)
    . z, P. T$ y: H- r
  2. {: W' O3 m0 P* l) U5 G' Y, w
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));4 x6 a: V! T; G5 E
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
    1 t8 A8 S4 `9 e# s" w- W, C9 V3 j
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)" f3 ^- ]& a' _4 w  [2 h1 }
  6. {
    * W( D! Z3 b3 x0 l3 P3 ~# V" V
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;9 U5 b: a' l1 k5 f( h
  8. picture.fin = 0;- y0 O; d9 @9 [
  9. }$ g* w# n* b# c
  10. else3 Y) u  W$ j1 `; o+ F5 ^% ^
  11. {8 g5 K2 ]) \8 E; D" \
  12. picture.length = fend;
    & d6 o& y4 K; m+ F% h8 N
  13. picture.fin = 1;0 y5 N7 M% @- r  w2 P
  14. }
    # d( _2 }/ \; L3 E
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    6 ^4 F$ }: J$ b7 R1 l+ ]: N
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    " _1 H( d) I) g: _/ w% J& X
  17. if(sendbytes == -1)  _8 D8 b8 z% ]" a% f7 P7 h
  18. {$ k: K0 Y9 l5 m/ O6 g
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    $ v& p; |, m5 V) _8 e
  20. return -1;
    ( ~- t! R! t3 l' X( A% E  i; z
  21. }4 B2 P+ o0 w( H/ d4 l+ z
  22. else+ _. g! ~/ x; C$ f+ A4 x' X
  23. {
    1 h7 W. @  m4 z  G
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    0 Q% \3 V0 P: A
  25. }" e6 j; g) \9 |: N; v: x" C( l
  26. }
复制代码
& E( _8 R" l9 P' @) k/ s) J  L
& |/ S0 _$ a2 i

, w. e0 l$ o" X- b

8 q& Q9 |: m0 ViMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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