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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
' r. L8 N; u# K' T, w4 Y
. _6 i- c3 c, j/ e; p( H


! Z0 b! M# I; ?- g# ?" B" l! I# Y+ _

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
# J) f( Y$ n6 t
& H, Y9 g* ?0 y

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。


0 k- b" z# u0 G" Y& F% a1 G0 H3 }


( s; j3 i, _$ d2 S

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。

    # F2 x& o* e" X. s9 G

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。


/ u$ O% n& F& B, F" F  A* Q" {8 I5 c一、HTTP网页服务器, U5 @5 J) T. 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)+ A2 \- D' R1 U3 d9 _: U
  2. {# \3 b& O+ s' W! C4 y
  3.     struct sockaddr_in servaddr;
    ' \6 `, G( @( r
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
    # b. M4 h) `9 x4 V
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
    ' ?9 |( l, A) h
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
    / Q; H3 B4 a8 v/ @8 a
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);) u9 P+ V) K; ]
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);
    9 g" W5 p( l3 G4 x
  9.     int ret;
    # F. M/ T6 M5 l
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)6 S. Z- r' z/ {
  11.         {
    . H5 G6 A5 w' k( R8 \, e# s0 `
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);6 k, J  h  c5 @. b
  13.             return -1;. D( k2 L& d4 D  x3 O
  14.         }
    ! f7 T# a. O: d
  15.     int on = 1;' ^& J9 s: A+ o( U
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    / T# J) X( P$ w
  17.     {& _/ I, n9 f4 h- e' z
  18.         printf("setsockopt error\n");; ?' t/ t' S& Q
  19.     }
    ' ], L; ^9 ?+ P) Y( i! g- l% D. u
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);- [; R8 Z3 H5 J3 C5 N
  21.     if(ret == -1)8 F/ x; s; \0 h8 g2 N+ r' P
  22.     {
    . R5 q# u" k0 z
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");* f+ B4 t# u7 H: w: F
  24.             return -1;
    8 {6 ^+ y7 d7 n0 s: \" e; {8 a
  25.     }7 u% s6 a6 A) w9 A5 I0 a: G
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    ' ]! m  x( C+ m
  27.     {) J1 k! Q3 y* f6 D5 R
  28.             printf("Listen failed!\n");
    $ M) E# @& b, A8 d: o
  29.             return -1;
    7 ]  x  }. a7 e  x+ w9 d
  30.     }
    8 d5 l( Z" ^8 t. P) {
  31.     return 0;0 G1 W- h( L1 e8 o2 i8 {% J' ], b
  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: |2 U7 r/ t2 b* m6 V+ G6 U; M! c
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
    ( o' l: w0 A, Z, o
  3. {* G3 d/ Y; {: _  E% ?
  4. 。。。& u1 W& @( b- {
  5. while(1); k5 |+ S1 b/ Q5 q
  6. {
    2 C0 F2 j" f& P: }
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
    / Q2 K% u2 r( d  [' g( L
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");$ _# I" g! f" j( X/ Q6 ]% ~
  9.     。。。
    6 {4 j' n  w1 s2 `" E# w; q( Y! b
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);, E2 x) U7 j4 T0 F3 A! g
  11. }
    7 o+ }0 {9 F7 M
  12. 。。。- F# g) p# u; s9 ]+ q
  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);
    $ r) I" Z( I9 O" h' \
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;  \3 V$ B3 J9 `$ `; l/ J
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
    . u8 _" A; M# W8 A
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
    ; c$ p2 d4 u4 ]* z, I  U
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);/ ]" m1 `- g  t2 r: |
  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;! x9 W: v! _! X
  2. pthread_cond_t pct;8 l3 {" i: L! C  I
  3. int main(int argc, char* argv[])/ r' s, G* [1 h7 p, l7 @- g
  4. {
    & D- T: |" V/ D8 F
  5. ...
    ( D8 C1 x% y1 Y" a  |' v; F
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);0 C2 r, j7 R* x
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
    # I! }$ E/ s6 z! h/ T1 O
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
    : ?9 W' M7 @3 Z/ `# ]
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
    2 L) V/ Z; M% G1 O
  10. ...
      F+ V$ l; o/ \' V7 ?) p
  11.     while(1); r( m; r( W  k! k/ t, ?6 {0 x
  12.     {
    ! }; L" C: [4 ]7 G8 V
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    - p& u0 R1 f; [; r  Z: t% Y
  14. ...8 j, ^; U( n6 c6 u! k
  15.     }% K5 c7 q3 v, L% S  A+ ?
  16. ...! k) u" S2 T; y9 [1 j- k
  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;">
    7 \. n! C' H$ v- 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" \
    ; `) w0 T5 ?1 @# W
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \- g/ N$ `" [/ p& x9 O( @8 y' e
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
    & r; M# j  ~' [6 o
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \- i8 M5 G9 \; |
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
    6 k# W% Z" e' V( ?* a- x0 |
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
    & i0 K/ `$ n' l
  7.     printf("preparing header\n");
    9 H. {" C" v8 s  Q
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \5 L% T2 i/ O4 X; v+ h, u4 G, Q0 R
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \& J' V% ]8 G7 F* A9 Z
  10.             STD_HEADER \2 L! E3 j) S( `: t& c0 c
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \: |' @6 ]" Z; L6 l% T
  12.             "\r\n" \/ r' G0 t% ]4 b" L$ f" X% X
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    ! z3 I$ F3 [. K) T9 p) k1 w6 K3 ?
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)& g% {  B6 j0 S1 T% u, w
  15.     {
    1 _- e+ D1 f/ R& @9 E) r) ^/ v7 J
  16.         free(frame);
    : f- q& K! c5 i+ ?) Q: b
  17.         return;+ w4 i9 F/ w" y* Z. m+ O7 K6 u
  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" \
    . A/ m/ F5 v: U9 u$ b
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
    7 y- ?3 x# R5 c6 I
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \  r2 c1 ~$ O5 c
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);9 W8 B1 ?9 I, |; e# k! O8 t
  5.         printf("sending intemdiate header\n");
    ( z) K7 d% B" }. q( a8 l: ^
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    + R& g+ }3 P8 }' l
  7.             break;0 T* m1 ^9 q6 r: [# S
  8.         printf("sending frame\n");8 {8 j1 t/ Z! Y) P1 H9 z
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
    3 h* e+ F+ k. I0 B3 ^8 z0 y
  10.             break;
    + [1 _0 n0 J6 f! J
  11.         printf("sending boundary\n");
    4 N7 [9 U" e3 H# ]; U, |
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");8 `% i  J: T+ \9 `
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)( P$ I( y) X# C0 a8 C
  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。


- _/ Q3 i) s) j; b. m. w0 g

- u: O- k9 }0 L; l1 e6 ]1 N& r/ w+ w
二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:
$ ]. Y/ ^# t+ x3 U  U+ o* A
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
    + p2 q" Q9 W- o* a$ Q
  2. {7 f. A9 ?* O/ A/ k, d9 [( W- _
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);9 L! o: o4 F" r; m. `3 i: T- g; K
  4.     if(*socket_found == (~0))
    - _% Y6 P& X) \6 D% R
  5.     {
    4 X  P! u3 w1 K7 p  J
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
    " }1 l$ O3 v5 N# N3 S. _3 |
  7.         return -1;; J* J+ |8 d9 ]$ h8 a* s
  8.     }: k  `) O# b8 G: \2 y
  9.     addr->sin_family = AF_INET;0 ]9 w2 k! ?3 D2 }# M
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);* L+ @% G; _, p) C+ x& x9 p4 }
  11.     addr->sin_port = htons(port);! L+ T2 Q8 q% O& c. G7 [
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    & v; a8 X/ |7 d  a
  13.     return 0;3 t8 _+ z6 w- @8 E/ u* Q
  14. }
复制代码

, l: M; F0 ~: ]1 l5 d# W' X- x) A0 s: t0 K8 V2 ?
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:
- i, E- O; J, {, [! y# S% A7 n+ m  _6 ]8 n' e  \! y
& x- ~' Z( z+ k2 k1 L7 g& Z
  1. while(fend > 0)
    # p- Q; d6 U6 J
  2. {6 ~8 V0 S5 k- ^. ~* n& q/ ^
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
    % P) c' z1 R& v) r7 x  y
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);! |5 z5 e, @# c2 Z3 Y( x
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
    0 g7 \( B3 x7 Q. E) U. G# r
  6. {, j: u8 V: _) J. ~$ D
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;/ M& A0 t' A" s& A. v; P9 X: N
  8. picture.fin = 0;
    & S7 G1 G0 C2 f' U
  9. }
    : j  m, e# V: G# m8 l* `
  10. else
    2 s0 D0 w6 A3 I" y9 V" ?0 C
  11. {
    4 ^% D- m7 u1 q) ~  e
  12. picture.length = fend;3 |1 u. u5 x% Z! w7 |
  13. picture.fin = 1;
    ( f- I. g$ Q/ ~4 A/ F* e' H/ h
  14. }
    0 ^. J( c% N* `3 n: w0 K
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);+ B$ o4 V4 o+ h4 V0 j
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);: g) B2 q& R9 U
  17. if(sendbytes == -1). _! I/ Y" R2 H4 R# `
  18. {
    & _6 K- S6 C1 C5 @7 t, K
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    + u- E' _0 U/ F, {
  20. return -1;1 x  ^& A) y2 X) W: f6 a/ K, e
  21. }
    ' o; G% `" a3 Z2 E0 j
  22. else
    : {; W- n9 U$ N4 t3 {+ l+ {7 d
  23. {
    ; o8 V! S' \4 g. E/ d! V
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    ; Y) j' m3 z, q- M4 p, i$ w1 W0 O
  25. }
    + q( s0 |' H/ D5 p5 `, f5 K
  26. }
复制代码

# c# {8 Q( s! L/ G: A5 Y/ W$ k$ _' c% ]& X% N9 g

/ ^; V5 K: @  M; {% I6 F
1 T) v1 _5 c# l: Y% a5 r
iMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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