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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
' B3 M1 |2 S$ }+ @* w4 b' o) i
' K, ?! z6 Q% Z  B5 `


. j4 r9 O. d  F

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
6 z: S3 R; V& z& y. m- k. \  E0 a- B" M! n$ [$ j6 R& p

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。


# n- p' y  Z( \& @$ G) z' A

6 k* P- @5 ]% x( W$ r

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。

    # W2 W0 z9 }# a

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。


, {" }% P, D( D" @一、HTTP网页服务器
; o9 x8 J; j6 y0 v

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; n1 N0 u, o+ o# U% O3 L
  2. {1 d" J9 m. o  d6 P6 m9 O
  3.     struct sockaddr_in servaddr;0 n- S9 }* _& ?* q
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);9 ~4 b/ ]. F' {( Q
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
    9 l/ z# m. i8 m+ T' f5 |  |! n* ]
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;6 ]. W% G3 A& E* M; x8 L# [
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ' R- ?4 M2 o2 o# h" m4 F: K6 i: N
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);
    , D. n; q1 R- W) a/ U1 K8 X
  9.     int ret;% G" {( X4 k  d2 Y- S  ^0 e
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    9 p( \# C: x0 L4 H5 Q5 j' x
  11.         {& W/ X5 ~2 k% B' R2 e# u( ^
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);% i1 Z, k- q, z; R
  13.             return -1;
      |& u  H0 V# F4 P1 R  U7 n
  14.         }
    ; k( m* Z" S; E, t6 B* p+ ?
  15.     int on = 1;
    % s4 i6 O# Y  h, }! q: P& w
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    : N% f  |) o& g3 J% i
  17.     {
    " x! F. |0 P5 G2 d" D& Z
  18.         printf("setsockopt error\n");
    - O/ c) ^; N- l& V7 }
  19.     }0 c4 E* x, B5 k( M% Y& ]
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    2 G8 c$ B% K. u/ F' L* `- @! c
  21.     if(ret == -1)
    ( H% b9 J' _' A' C8 _
  22.     {3 w; ^( O. ]" t$ Q$ a
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    8 {! N0 h# W/ ^) d3 R
  24.             return -1;
    7 S& [+ M/ s: q! G( @
  25.     }
    5 N& J2 k( [$ U/ Z3 Y2 y/ v; J
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)# }1 r) `; P8 G' B! j
  27.     {
    . S6 ^+ x. T% `* Y( s
  28.             printf("Listen failed!\n");
    / G2 F! N0 f: A- B0 I
  29.             return -1;
    4 y& \: F' J0 ?/ N; }0 R' A
  30.     }: M. ^+ _" z# _& A
  31.     return 0;
    ! ~2 G1 \: G' R) p7 z
  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);
      h; p0 F) X8 P. s9 r9 \# K7 T
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)3 m- A8 \" J  C6 `1 |, z
  3. {0 w% X3 `. ~( {) Y8 G
  4. 。。。
    ) z  V/ U+ ]' O& V- B. `
  5. while(1)
    $ h" {$ H4 O! k; V2 M# ^) b
  6. {. \3 y: E0 g# d( U
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
    . h; N" t+ N7 b: P" S
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");6 O1 [: G: Z& K0 P9 B, X+ Q
  9.     。。。! {$ L  e4 {7 q, x8 D: ^' v0 \% N# X
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    3 t% y9 A" {3 C7 v
  11. }
    1 x# ?0 s* H6 ~# X6 y/ }
  12. 。。。
    # q4 g/ W- e3 W5 d, b2 i# 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);( G8 g2 U1 Q' w" k0 H% \
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;' [9 O1 C. U9 X. V: \) E
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;& c% H7 ~' z0 R/ Y: U
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;3 X, t+ C  X: I& {7 P% a
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
    $ `  c- O! U# R6 L& }: ~% q* j
  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;, J0 @, T+ v3 N" a$ y
  2. pthread_cond_t pct;
    4 P( k; ]& ]. i, h& ^& o
  3. int main(int argc, char* argv[])( w% S$ `9 v+ \
  4. {; o$ g, ?. |! @! n+ ~) e, X
  5. ...
    . g- W; C' a/ A9 p7 ?! o3 p+ E
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);2 g/ ?/ a0 M# l( j) [5 J& i: Y8 p
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);- X$ x5 n3 c/ {- I  K
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);' c* V( A- \! ]+ ?
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);2 d% i' c& `0 q& U5 p3 O/ K0 `
  10. ...
    ( r% `' }8 q1 w/ T' a! y' V! R
  11.     while(1)1 n) m  M# y- V  A
  12.     {3 y; k) ~: e; t# A8 `% {4 \$ e
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    : r2 j# ^& I/ ?, B7 x
  14. ...7 H0 r: M+ a. y( [8 M$ C
  15.     }
    9 x/ V/ _' F) T! ~
  16. ...
    / J. V( I; M) Q' U' ^. {3 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;">" T7 H7 ]7 A- p7 Z( k
  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" \2 Z* s7 I+ J9 I
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
    - y3 B' K3 G1 O, _5 A' R
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \! ^- i; E" c) }5 q
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
    - O: P4 f9 d9 U  h  c1 Y
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"& H+ V1 m! c" |/ E8 ^# b+ C$ {
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"( e( o( p1 A' S( a
  7.     printf("preparing header\n");
    $ x  o* {3 V, a2 B1 s
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
    5 _* z% m& |# O. Y+ O( y
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \' G% o2 W) M" ~7 |$ [5 {0 K
  10.             STD_HEADER \+ N3 j: Z& N; u& h3 J' M
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    / l; y* U$ t7 `1 Q3 f- k/ D% x
  12.             "\r\n" \. e- z: y2 C# [: }$ [+ M4 S9 g
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");& ~3 Q' U: W4 D$ S$ ^
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    . B% ?8 [  Y+ Y% j9 U
  15.     {4 e: q; }% q' m
  16.         free(frame);
    ; t* V* ?) c0 B  ?' B. O' d9 D6 u) `
  17.         return;
    9 A( g. C5 t; R0 d" _, ~
  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" \
    * ]2 b1 m" e5 C7 [  l
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
    - R0 `6 ?8 F: w( a0 r% X
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
    ! j( Q0 I# D% U- b+ L) b% h
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);$ d9 ~7 h0 M& e, I; v. ~9 @3 y
  5.         printf("sending intemdiate header\n");7 M/ ^9 ?! c" q1 i, w
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)8 ?8 K/ ?7 y$ F9 D2 ~4 a
  7.             break;
    5 L- i& o4 o# R; L% ^8 d- N, q
  8.         printf("sending frame\n");; O7 q% f+ E6 |! r  D. ~4 T
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)" A! {/ ]0 @( S( s! x- K8 j/ z
  10.             break;) \4 r- n5 d( f5 a3 G  c3 N- c
  11.         printf("sending boundary\n");
    * u) e+ Z+ F; o( X. s; H
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");4 Q4 U/ P# @& P. I
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)) w: u( u- B' B
  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。

4 |( B% D- d# k) {0 Y


, X, \! ?4 P2 H二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:
; O% K$ f) @+ [, e$ r
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
    3 v/ l; T; z6 Y8 m: i- p+ r/ u: i$ u2 R
  2. {" ~6 S" Q! i: ^5 I
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);# R9 E; X$ w" y% R% k
  4.     if(*socket_found == (~0))
    + W+ N5 S" a3 C# P- }6 R
  5.     {. |+ l+ w( Y7 r& ^0 @
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");9 z3 C' @3 \9 m- g) S2 a, S' C
  7.         return -1;
    - S) y' X$ X4 E3 E. @8 \1 ]
  8.     }
    0 _: Q' h- a% J/ a
  9.     addr->sin_family = AF_INET;
    % Z3 t2 h# l+ q& }1 e' f  k+ r% i
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);/ X9 D* e! `1 w! f+ [
  11.     addr->sin_port = htons(port);/ H* s3 `  f& s( t
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);* G& H' ?  F9 V, z
  13.     return 0;
    % Y9 N4 f$ s# B: ^
  14. }
复制代码

" R. |" w, D# c7 g9 \- b, Q. @. {9 B7 _
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:2 Q' |( m7 n/ ?+ W% J
, [/ T1 i7 @: l  m5 C. Y& M

- i% H5 K+ Z. @2 Q8 \6 V5 K! i
  1. while(fend > 0)  L* g; T$ R" u0 B! w- r5 O8 s
  2. {
    9 b$ z  l+ {8 z7 F: M! r0 O& L
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
    2 }  d& ]: u/ H" |# ]
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);% Z! b) y4 ~# U9 H& }
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
    ( G- N% J' K8 W/ h
  6. {/ S' B9 @3 B- h# d2 C
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;  F  n! `( b% f) k
  8. picture.fin = 0;" @, J) q6 M: `  i/ h3 p2 \
  9. }: D' @/ O  j7 L5 k1 `4 s! h1 |8 \
  10. else+ o9 K2 `* T' m1 S+ r
  11. {
    5 X( i( ^& v9 a- F# u
  12. picture.length = fend;
    5 g6 z$ D# Z# N+ c
  13. picture.fin = 1;! o2 S" L; O; o' {; G! e3 Q
  14. }7 l# m( X/ ~- d) K
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);- e% z1 k2 K% v  N$ b* `; Y% p! U
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);# @4 a! M- u& d
  17. if(sendbytes == -1). X1 m) n: p( l$ p- p+ L- H; p
  18. {
    + O4 J4 {- E. n7 k8 z; q: @
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");7 o; H/ P/ z) `
  20. return -1;
    . |2 O& D6 h! l( P  N3 m7 m9 M
  21. }
    & Y5 B0 p* Y' D. f- h5 K9 I
  22. else
    / r* Z# S2 ^- B0 y7 @& G. y
  23. {
    - H# O! u3 ]. v, V0 N
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    1 V) ^$ X" q: G/ H3 n" u
  25. }
    : N( t3 y1 b! b" s
  26. }
复制代码

# I8 H6 V/ I& ~7 d/ u& T. b' `) Z5 ?: f2 r# n, F5 O


% d' y/ d% ~  b3 w: ?; O) t- q4 {* c# v. k6 |2 e
iMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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