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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
6 Y: R1 K5 i  }  T1 y( K+ k, @, E) j4 b5 _8 J* Y  T

2 N5 }% R6 r0 M3 p0 @% Y. i8 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.html
2 `0 X; X$ b; a9 N% \: m+ B
8 l" X$ W" i6 ?6 u3 i4 ]! _- ]7 D

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。


6 \+ ]& b, ^% N  |  \

3 E! D+ e) c: O! I% f- J: b$ T) @

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。

    5 x. v7 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。


! p5 z  P0 K* e' u4 {一、HTTP网页服务器3 E" U$ u' U. `% A

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)/ h$ r2 O" C( K$ ?
  2. {! D% K9 A9 c& r  g# H
  3.     struct sockaddr_in servaddr;
    0 g, O- f" e% p2 L+ I) e$ i
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);! c* A5 X, V, r! R3 J- U
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
    $ m2 x6 C' i& ?
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;0 A! c& y% f9 @4 h, n0 M
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    $ }, a1 U8 p! P. x8 p
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);- n/ x, |+ p$ O- J( f
  9.     int ret;/ ]  r5 f8 J* k  ]# C) T; S
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    + [" P2 i5 o/ b' b
  11.         {
    , U" H5 ]6 @: K, R  V) p0 z
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);5 S( B9 v: I3 H9 M
  13.             return -1;
    4 g; U5 e* f" I. [( I, Y( v
  14.         }
    : ?4 \; o* t/ g+ Q3 Y
  15.     int on = 1;# [. `+ U9 m' @, ~- B
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)) _! D% J" K/ d* Q) h
  17.     {. m: {; I. Y: u$ E! I
  18.         printf("setsockopt error\n");' F: F% @$ A' r) u& U  h
  19.     }$ l: z4 ~- G3 O
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    " ~7 H4 m: ?# Z' l! \) q$ I( c3 K
  21.     if(ret == -1)
    8 k" w& `2 X* v( p( W" ~$ u
  22.     {$ Z& e8 ]8 u, ]% F
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");- T$ r' a$ V1 ?( T- i
  24.             return -1;" z, W) ?% R0 K% d; ]- k
  25.     }
    4 L% f$ d1 V$ |# i
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)$ n& y! S( @: I% [2 l
  27.     {
    + u( Y; ]$ S% s
  28.             printf("Listen failed!\n");
    6 _: E) K" l' ~6 ]6 E
  29.             return -1;1 Y# \: ?& P: M! n+ E( j- _! v
  30.     }3 {. v0 u- V7 ?! r) c! s$ m( p
  31.     return 0;
    0 H$ N4 G, I+ c2 R* b2 n
  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);
    8 J2 o( f# y& f2 v% j6 }. Y
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
    3 G: Y5 m8 G* ?( S2 Q! A
  3. {
    5 |0 x0 ~4 r7 ]' A! f
  4. 。。。1 U# p  W6 W1 O- o  D2 A: b: s2 D
  5. while(1): N. C, j% ^8 O+ m3 E- C
  6. {/ g+ v6 \3 c1 V4 N  j
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
    ) m) S6 ~4 p% W8 O7 _4 i8 L
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");7 H2 \9 C! I- M0 z9 p# M; L
  9.     。。。
    2 \+ l# C9 m) v& x% g1 B2 u
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);. N3 c3 w- P: l- r8 |/ ]3 z' H; G
  11. }+ u1 Y6 u3 ?' {
  12. 。。。2 |( ~! J. v2 ~" n4 f1 }
  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);7 L, @) h. `1 _& q3 R
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
    0 G3 o9 P) y0 b- f5 w$ O: K2 ]
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;+ ^% v* S/ c+ r2 X1 e
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;3 Y1 w5 m0 D. ]) r2 L
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);7 P3 o5 E/ T+ ^% A* O, B' f
  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;
    & N+ m/ }" d2 [
  2. pthread_cond_t pct;' z, }4 D; ?: y- p! V, f
  3. int main(int argc, char* argv[])3 ^  ]  \$ m4 }
  4. {
    1 R9 [0 s& N& q4 y3 j: p
  5. ...
    & e. m4 C9 L* o& r4 |! k
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);" S" o' q4 i' w3 h' B' i
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);$ B; j& s& ?/ f% ]# U1 z
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);" o' A: v5 N. t& h- }
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);1 W. k$ Q1 I8 J: V  @5 _
  10. ...
    0 N/ m0 @4 H: q( |* K
  11.     while(1)
      o' _. y2 I) l7 w1 m! G
  12.     {; A8 Q" Q5 C0 z# R
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    8 V, v5 A& k8 S
  14. ...
    6 ~0 d- r, f4 [$ T, G4 o7 F
  15.     }: f: M7 O& m/ E' U- O$ H# e! o
  16. ...- z0 u4 ^, {9 V4 |& a
  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;">1 E1 _) X, W3 {* V% T/ D
  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" \9 X* Q0 ?, H8 J
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \3 {0 J! O" V4 g1 Z% n" e3 i9 Y
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \1 x# R9 ^4 w5 ^, D2 K
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
    * |$ V" k3 N8 k  N! h
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"( q( \2 P8 g. Z& s# D& \( g
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
    . |: y2 R: S* [
  7.     printf("preparing header\n");7 Z* U& s4 }2 @
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
    - H; Q  d  I. ~' X' ?. T
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
    ; E5 R+ M+ K5 [$ T: c/ I5 L
  10.             STD_HEADER \
      t3 h; x# w0 ~
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    ( ~, S; d+ U! j! Q; p
  12.             "\r\n" \2 ]6 |; e/ l0 @8 M7 E
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    % n! S# B, y7 Q  Z+ p5 ~
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    $ l5 T# S' F2 Z4 g
  15.     {% K8 B4 {# R5 w
  16.         free(frame);- T' V+ j# P3 b  C. B" U
  17.         return;, `7 S9 r4 A: z+ [6 T* E
  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" \; n9 V# F$ q8 T' Z1 \3 E7 j% T9 ?
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \( i3 C- |0 |1 U+ R
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
    . P! h# U1 {& k) I4 d5 k
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
    ( M$ ]9 u/ z7 h( E; ^* g5 j
  5.         printf("sending intemdiate header\n");
    ; h% K" A. I  M& G. C
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    - o* X% C, P7 ]6 u( W- z$ k
  7.             break;
    / Q" z* J6 t* G# H2 p# ^; w  P
  8.         printf("sending frame\n");
    ( }4 J, h' ?8 q" z
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
    5 \' r0 f) E. z
  10.             break;( Z5 f; Y0 t/ L" k' y; a  n
  11.         printf("sending boundary\n");
    & ^1 t% ?) Y" l8 X) _, [
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    8 `6 ~8 s5 p+ \' T4 n
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ; o, D3 Y0 a. B. u" @7 J
  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。


7 U( P) W) z' u7 ^, i7 u

5 S* ~" _( w9 J4 n* `, U1 {
二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:
' N, @1 W3 C6 ^+ V
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)7 t4 c5 [9 ^  I5 q) G, p
  2. {1 D8 }. z  K6 Y. o8 m% s
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);2 _! ^% l9 L7 l, O& Y% L
  4.     if(*socket_found == (~0))
      i* \1 z- e8 I3 t  O! K9 Z& F
  5.     {0 U+ S" Q* _" h, p, U
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
    ! }* H5 r* J  _* z/ d
  7.         return -1;
    ( S! f/ e; z; d$ C* Z
  8.     }
    2 K' E6 J4 v8 C( e4 K2 r$ V3 e9 D
  9.     addr->sin_family = AF_INET;$ T  ]: A" Q4 `6 D7 S) Z) [8 \) T
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    & z3 ?: z+ S/ w4 Z
  11.     addr->sin_port = htons(port);( k7 H5 i0 @; d" M1 f+ h
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);# @" {4 V9 a1 n( ?
  13.     return 0;
    . s, s2 P% v8 b8 U; f. U- T
  14. }
复制代码
% ?, x5 K7 s; U! d5 c

) h! `6 J' O9 v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:3 Z! n9 p$ I6 ^% B, ?9 i

1 ]* t, S  u6 Z" Z1 K0 n# {
. ~' i% j$ X8 T; R# `2 Q
  1. while(fend > 0)7 b- r( B+ S, r- P4 L
  2. {) V4 Z/ g. W; ^5 _+ g7 K8 k2 {
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
    7 W. p- A" `- s# E3 ]: A: e
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
      _4 R/ v' i( d! J% ^  s3 d; c
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
    4 t( }- f+ Q- c
  6. {9 V% s& ^4 G$ @, V5 P) e
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
    ! k) N9 O/ T' m0 L3 d& ?2 F3 q6 X
  8. picture.fin = 0;) f4 J8 L. S2 j/ P. c+ {
  9. }) l- z" u# l. A' U% V
  10. else
    ) a* G1 Y8 I8 s
  11. {7 e) ^. O  B) F% x# A% |, ]6 N
  12. picture.length = fend;; K5 T9 o# X2 X; C
  13. picture.fin = 1;
    ; @1 g6 J# Q% l5 }" l" A( V- K
  14. }4 C" `# `; p* Z0 D( u* r1 L/ t& |0 W
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);8 V0 G6 q1 D6 a. ~8 ^
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    - v4 \; R# u8 Q$ u1 i
  17. if(sendbytes == -1)
    / F, g: e5 Z/ z
  18. {
    ( X$ r% `- b( n, F  g
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");* \6 l" v, ^1 Q5 q: g
  20. return -1;# I( E! e& }% G& F( y8 c
  21. }- R7 `( u' w( z* k( ]& [( a
  22. else
    & {1 o+ H* c! ^1 T4 S
  23. {8 C( {+ _6 r6 G9 O+ H7 r3 I
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    5 ^: z- n' D, ?7 P! t* ]
  25. }
    8 Z* B) v6 J" `; S! e4 I9 {
  26. }
复制代码

9 [9 p' Q1 c- c0 r# t" Z5 p1 ]8 Y4 E! H7 J' y


/ v% z+ p4 F6 Q$ u! q! A& D* ?8 M- M5 O8 E/ X' ~& Q7 O, |
iMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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