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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
3 R% t- y9 D, a
5 z1 G: W* O& T, F/ V

' S0 x# d0 ^' Y8 b" @

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.html2 n, W- p; H) }# m$ z% j. t/ K
; Y; Z* p+ z7 u  h; _

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。

# U0 Y1 V( z$ z, Q

% c* U: o. ]3 m6 _

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。


    ' A3 D9 E4 V8 X9 ^  U

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。


  V8 y0 k2 W( |% M9 v' u' ?一、HTTP网页服务器
+ s+ k- D$ f% C% s

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)
    7 o# D0 g. O+ E! ?0 V
  2. {
    / E+ I/ q# J. ?, @% C
  3.     struct sockaddr_in servaddr;7 w  Q, ?0 z9 r
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);/ ~8 H7 }9 k4 y, g$ M
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
    ( T5 [% |  u3 b" Q6 ^5 n' v4 E
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;. j/ K2 W& R6 J% e0 y% i9 z5 u- C
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);) E% s/ d7 Y7 X# R( h1 l: t3 L7 ]  C
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);, y: W2 _! _; s& E# c
  9.     int ret;
    4 ]2 i. U: L$ S& u- I% ^3 P/ \
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    , V; j; K" L, {) q6 n7 {- y+ {' G( B
  11.         {
    ; |) }1 A6 t: s5 {2 ^; Z
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    0 x9 E+ I, h, s  z0 c
  13.             return -1;
    , }* a  ]) S: @) P7 m: s  k$ {6 G0 w
  14.         }
    5 w0 ^2 M5 B# B0 d& @$ r
  15.     int on = 1;
    8 F, D/ k0 {4 d9 ^' b( ]/ R
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)# d( \, D3 D  P+ d0 W
  17.     {5 {& k2 o. f! p% i! M% k( c2 b' _
  18.         printf("setsockopt error\n");6 l0 Q7 r6 }5 M- b. g" E( H
  19.     }" l/ [8 e4 I7 r5 z8 {2 A7 ]- s' ^& K
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);% m3 U, b9 W' b
  21.     if(ret == -1): Y2 }, D+ v( Q8 u8 L
  22.     {8 s0 j' Y* w* P% u
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");. H5 O' `0 w/ e0 `) _) H1 a& b# N
  24.             return -1;( J: N! u6 b) Y1 T* |3 B
  25.     }5 l" l: v. l! d- N
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    9 g6 l/ f# r# \- ~% T  j! s6 d$ Q
  27.     {: N" a" t, _. b! W- Z
  28.             printf("Listen failed!\n");
    1 }! [# h. P# j1 m. m
  29.             return -1;5 ?4 @4 T9 J- v$ c1 @: |! x( Y
  30.     }
    . Y. _# }% L* S$ h$ f$ I. c6 N" m/ @% y
  31.     return 0;
    , b& k( u$ ~) H' p) e# 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);) T+ V' X' A& E5 S# b0 A
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
    5 s. I  j# T# U7 h7 O5 G& \
  3. {
    : C' ^. M6 L; v8 g, x& v* F1 ]
  4. 。。。
    ! j( _7 _3 s# J& i# a
  5. while(1)& G5 W. J5 s3 j' C
  6. {
    / m# ?/ Z, c( @# v1 s
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);  V( }) [! A  K; g+ R
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
    2 v. m8 k4 I0 c
  9.     。。。6 C; ?8 G2 f( o% q  z  t
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);9 [+ V. F! d1 t3 z& H  K1 l5 k
  11. }) i' H  U1 s- [4 L7 |& ~
  12. 。。。
    1 {  W8 |6 @) p+ e% C4 W2 g
  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);
    ' k( \5 h5 q% b% [* v5 ~& H7 x/ f8 x9 ^
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;4 L# z; Z6 ?& s1 a
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;: a) y( E1 X4 t( j) Y
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;9 b/ ?/ A4 u! v
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
    * Z5 p, ]/ R5 ?
  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;. j# d% h% E- c& M; F
  2. pthread_cond_t pct;
    6 ?* E) @) w. E; e$ V
  3. int main(int argc, char* argv[])
    ( m% D$ w: ]6 Z, d8 N6 c  F# }
  4. {
    " M0 V# R" G; H; C& V( v4 H/ D( c
  5. ...
    ' n" ~; k- v  X
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
    ) ~; F" d1 t# I/ F4 \
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);5 x0 B/ @: Y0 ~& a4 d
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);8 \  J, v, o+ [4 T% D; F% T7 |; m
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);' P) N4 F" F4 t- {
  10. ...5 k) Q. C9 t8 V4 ^' L( l
  11.     while(1)- S- }) U& {0 \2 W( c; l: m
  12.     {
    ( m& L, ]5 S" L- D) A5 O
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    7 l9 B$ ~- b6 [. J$ _- R
  14. ...$ q/ J: u( ^5 I# J) J: a
  15.     }
    % T: x+ v- w: A" H5 `6 @
  16. ...
    $ C# W$ h/ D8 D7 D. r
  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;">
    * s9 P/ [" l" n8 K1 C6 J' q; D( y
  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" \
    0 @! u! K  U2 I6 A. Q+ G1 n  b
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
    0 y4 h3 U- ~9 s" S
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \4 A; |. E8 a& p/ G7 f7 c" i
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
    2 X, ?! z3 i, ~4 B2 v6 i0 }
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"4 ^+ i: J* f/ m2 \- m9 V
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross": }, G$ v2 O0 g9 j* X+ A% ?
  7.     printf("preparing header\n");
    : d3 n4 R5 }5 j: G5 G0 G
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \& }0 H6 H0 y4 ^8 ?- b
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
    6 b* n( |" @3 W
  10.             STD_HEADER \
      E/ z& ]) L7 x, c" W
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    % C, X' `: [0 I2 K8 y
  12.             "\r\n" \2 f- z9 v. ?6 S; Q  g  j
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    , s# j. t& T9 v/ H& p) a
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)& s" \( G- n5 e- T
  15.     {5 c+ R8 \: ^! Y) Y% s
  16.         free(frame);$ O; e- D# H8 `" Y% U
  17.         return;
    # `7 @% Z$ F# F" f* ~0 L
  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" \
    0 l& V2 B0 b3 Y8 k+ l5 j
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \" ]/ g$ x! `+ c8 a  y$ B7 j5 }
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \% Q- f- B& @, X; a8 R/ a  I
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);7 J3 ?4 O, A5 c/ K9 v
  5.         printf("sending intemdiate header\n");
    & r5 e; H" \( J  o$ u
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)! ?( w+ T+ w1 B5 w' J
  7.             break;( o7 K  ^$ W: [% g8 I2 v
  8.         printf("sending frame\n");/ h( i. g0 e3 Y. d: c7 E* N4 b
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)/ p1 F  E4 ~# d$ F
  10.             break;
    % _3 b7 I+ b) [+ ]7 r
  11.         printf("sending boundary\n");! U4 I" T1 B- E: u
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    - C: N0 ^/ K- m  Y6 x) i
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)5 J: q2 B0 y1 u' }
  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。


+ D. a& j0 ^9 @5 y3 Q

" T+ P  P9 D" V
二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:
" e" b7 l. }) L3 i8 A5 x9 }% Q
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)- T9 t7 {  {9 B1 m4 z0 _7 h
  2. {
      n% X. `: j1 e
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);: U! A* `6 q2 a9 H1 q
  4.     if(*socket_found == (~0))6 u( k& Y  J& Q$ s
  5.     {
    ( G6 j5 p6 A' I! S
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
    8 A+ Q* b: L, {  F! O& q: F
  7.         return -1;  N  C$ G0 I  \, L+ u* s  |
  8.     }
    1 `: m* s) D& O
  9.     addr->sin_family = AF_INET;% g/ K5 q  H2 v9 T5 j: T: e
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);$ Q5 I( Z9 W( b1 V) i
  11.     addr->sin_port = htons(port);
    5 [  C, j- V; N; t! m5 ]
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);- c& }, Q8 A: @/ u" @4 m7 m
  13.     return 0;
    : g- u. I6 N; q
  14. }
复制代码

2 L6 ?" f6 q! P, Y- O+ o! s" T/ ^" e9 _% M" c
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:. u2 c. y1 F9 B  L

, X/ |' o- ^) v" X5 U' U$ m/ Y/ ?# F8 b$ _" p% O, e1 d* D
  1. while(fend > 0)" j" O( q8 r1 N" i6 |6 j
  2. {
    9 ?6 l# d; G, l. D
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));# X: r# r2 S4 r! d8 x5 s
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);: \* {4 W+ P: A" v, a) j
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
      {$ q: J; A3 M& _0 }
  6. {- U4 \/ e7 M: N
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;2 T8 E" K. Q0 M' Z* R$ X
  8. picture.fin = 0;$ Y* r( C, |& H8 S
  9. }' p! W, F! e4 x" [' }7 M6 ?+ M
  10. else
    / \4 v' C, D: u& F/ x8 u: C5 }) m) Y
  11. {
    9 \" w9 A& h0 X% }2 [2 M% }6 i; J
  12. picture.length = fend;% p! m' V/ X$ v& N4 G/ N
  13. picture.fin = 1;
    % f+ A" K- ]; ~, p* s
  14. }5 ?6 f) h( B/ E$ p
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);. y: j4 p& d; L# A1 B4 F3 E1 X
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
      y4 e) _8 j4 R+ [
  17. if(sendbytes == -1); U3 g. h" ~; `% d4 h7 }
  18. {: T3 N) f" b7 }# b! @$ s2 @9 B* i
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    & J5 ?9 \! G8 c
  20. return -1;
    - @* r) p$ t( T! b
  21. }
    & E& [) U5 C0 I( _7 v8 Y
  22. else
    6 I! Q7 z; Y6 Z# E! ^- y8 B
  23. {
    # x9 y0 \6 K+ b8 `0 r, `' A' w
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    * f4 l' D% V) F1 W
  25. }
    4 b% Z1 ^8 E& U& [, `3 P
  26. }
复制代码
; _1 L8 I0 e) N* `8 g$ e3 Z0 [
( l" M1 Y4 N- }) w7 @

5 R8 o9 q; D  i  t! K

3 a: G# v4 M5 w7 k* a, jiMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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