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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
5 }: z$ \" S* h
4 c6 |& q9 k9 x( G

0 S! M* x( V3 `! E; B) Q" |9 k/ n

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, g9 R" X- S$ U  C2 }
$ M; e; T3 _& \9 k, C0 \

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。

4 t& ~& K  K3 ^) B- r9 M5 w

! J# g3 d* q9 C, A" r: M

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。


    # q) S4 C: ^  k- q' D

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。


" ]0 v: {% b. |5 {一、HTTP网页服务器
6 `8 w9 p, }0 Y" N- K

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 p5 E) {% e+ ]; T# v
  2. {* q+ F! O/ N. M9 x3 n! x( E) r
  3.     struct sockaddr_in servaddr;/ C. X+ K% ]( q
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
    7 z) ]( j; z) w; O: D' k0 P$ j
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));4 K, o% z" K1 l1 M  D5 g8 Y8 `
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
    5 k& A8 E3 v) n: @
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);- o9 V) p' O7 z0 M
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);
    % M" w4 d$ E: `/ f. K( ~% E
  9.     int ret;7 x6 f+ p- W6 B: P$ D6 j' T$ F( i
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    ( K" E4 V2 \3 x4 s% z  }2 p% O
  11.         {
    " d) Y% y/ J. Q6 {* ?: J* D- v
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    : t1 V- r: p/ B5 T2 H0 f# O
  13.             return -1;( O6 n8 N$ P3 D! O+ h7 z
  14.         }
    & X- d6 x1 g' ]
  15.     int on = 1;
    ' @4 |9 D7 Z$ o4 O
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)6 C# [; d: K$ D9 ^* D( X
  17.     {
    # G( y1 J$ @- \: ]
  18.         printf("setsockopt error\n");
    7 ?( j$ h* [3 k/ x7 \$ i
  19.     }
    2 o! l2 S7 r' o: T, Y* Z( N; y6 C3 ~# P
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);3 D. G6 Z$ u$ d& k) Z
  21.     if(ret == -1)
    . U$ a+ Z) D; Q' x
  22.     {& N- Z  x( k$ }+ L5 P# a- [
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    3 N( ~) D; |$ d- j7 G
  24.             return -1;+ ^! R4 t- i/ E# l) s
  25.     }$ X$ s. v; p* b$ M+ v' l9 d) {; {: T
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1), \7 x. p9 Q* [1 g# o* Q
  27.     {
    ( ^* o) E. J6 l! Q6 Q% u! }
  28.             printf("Listen failed!\n");7 N, H  _) u% ~% q
  29.             return -1;+ O1 e4 `# o* W7 X: G( A6 d
  30.     }
    6 f& A9 I8 ~* H0 e% S1 Z
  31.     return 0;
    3 V% u4 W& p' R! v! H# G
  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);. a! C8 }# F/ w" t5 F; F& u
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)6 c: Z' ^& e4 t6 J
  3. {& d) Z& [3 u6 ^2 F" l# i) P
  4. 。。。9 l7 n6 q7 J; i; S
  5. while(1)7 c0 y! l4 `: T- Z* @$ M- j9 A
  6. {
    : A. }5 S, D8 x9 Z- q# r
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);7 e; f- j: q" H
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
    ! \  @4 N" l2 R4 c% }
  9.     。。。
      l; S: s& n" h* R
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);' ^( t9 E2 I3 v: r
  11. }1 l# i: |$ ^5 S0 L
  12. 。。。
    8 S9 q! D' |8 b' N* P8 e
  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);
    1 v& Q5 L7 W2 S& i' P
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
    / M5 y) A1 D; q' J
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;1 V( x; c2 f8 ^5 q2 o
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;0 [; ^* e7 j' ^& ]; b5 m1 Z
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);( q5 c  z# a8 Q, ]$ A
  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;  E3 s+ l) Y# I1 v  J2 K
  2. pthread_cond_t pct;
    1 U+ u! b# A& J1 h
  3. int main(int argc, char* argv[])
    & d+ U- r  V% N
  4. {: H0 x" t1 }+ ~( q8 y
  5. ...
    3 r1 g0 U; Y& ]7 Z  k. k0 F
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
    ) T& d# ?& E% x( M, w4 R, n
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);# r/ \$ p2 }+ \! i
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);6 |! w5 t2 }7 d* Q1 S* L9 S
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);! R( H* C1 X. g  V5 Q: J) T/ O7 J
  10. ...
    + Q% g0 Z! I; C' k7 h( q2 X6 T4 k
  11.     while(1)+ D3 \* N' E! O
  12.     {3 S. ~' Y# H" A, j& ^
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);4 z  r5 ]4 H5 {% O( _. |5 G; E* ]
  14. ...
    # i: X' s3 F- {1 @
  15.     }8 N- I7 D; V, `
  16. ...5 H- U' W3 N8 N) s- H3 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;">
    " z9 l9 h  D) _7 w- d5 Z0 S
  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" \
    ; _7 m3 h  |# c& s9 p* s
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \+ E2 f( J3 f, M# Z: @
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \6 T: ~/ z  b: R6 u/ }& c
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \/ b- q8 i4 m/ v' c3 B) a+ X3 u% {
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
    4 }0 f  I0 V% ]' r/ [
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
    * M/ R# w5 Y4 x- }/ ]& j: O6 N* [
  7.     printf("preparing header\n");; a) r7 e! _% x; I! |' ]
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \$ \. D7 h) E( q( S3 A- ~
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
    & y  O6 {6 z; r: p* @' |
  10.             STD_HEADER \
    8 ^3 D2 z5 X; C' C9 ]1 e* G
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \# W% F4 T" y9 W
  12.             "\r\n" \  N0 w9 k% E& L8 y$ B2 A
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");# r, N7 \& Q( [/ {7 U# l
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0): q  [# \0 V( d: v- X+ N
  15.     {
    4 O6 d* u' k1 r; n0 \1 i. d7 S9 V& Z
  16.         free(frame);
    1 S( r! @: T, O2 g8 _3 {3 l
  17.         return;& d4 l0 D! h7 t. y+ 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" \& T! d" O. c5 y" ~6 \: q
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
    5 Z6 i  U3 M7 F" R8 p4 ]
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \4 ], K9 q2 B  ?9 i
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);! p8 f  [1 m4 Y! N! S6 T4 M6 G$ X  t
  5.         printf("sending intemdiate header\n");" u% y5 {- s- f9 \6 D/ Q: f# [4 n
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)& Y& G9 g! g" F4 i4 V8 Y
  7.             break;1 Q& l$ R* e9 l
  8.         printf("sending frame\n");0 r( x( @1 N3 o. ~1 X( S/ S! ^
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
    ! d5 ?( c: |2 `* K! J; r, M
  10.             break;
    : B3 S) d) f6 j
  11.         printf("sending boundary\n");* O" ]9 I* d8 `  I: u
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    0 P6 G* i( @, f
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)) x9 s9 _% `# R0 A1 B+ v
  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 X- R: K. Y6 Z& G' n


% z8 h  Z; i2 u/ ?. ]+ @% L二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:
. r! b) e3 u+ {  [6 M# |0 n
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)2 s, A" g' H; T0 x
  2. {
    ( o7 f$ z. h6 ?- m6 P- a* b
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);4 g5 t! L2 a% {$ [4 G$ }/ W
  4.     if(*socket_found == (~0))/ w  }) [+ e4 U/ c5 Q8 {0 J
  5.     {
    , t% s- {/ V  d5 _. w
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");( @) |8 ~( r' d5 x8 Z& f) C6 Q
  7.         return -1;
    0 E' g1 j; [& @3 p- `% ?$ W) c& Y
  8.     }. S  M: e! U7 q, |+ s" u
  9.     addr->sin_family = AF_INET;
    8 _0 K# b& b, i( z
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);( Q2 Z4 Z! R! B) [* i* I
  11.     addr->sin_port = htons(port);
    4 e  Z3 r* R  q: u$ i1 y
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    8 b3 l' ^2 @0 {! d
  13.     return 0;
    8 i: b* B/ O+ C$ C1 k6 r
  14. }
复制代码
3 w, C; O* B2 J/ ^  v

; D# r- L7 H0 K6 I! A. X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:
) f( }  c# D5 I- N) l) q" U% h/ n  f5 m4 }. {7 x( z
2 e7 @- G/ y; R7 d" R  f
  1. while(fend > 0)! r! p. Y2 W: }5 H
  2. {
    2 A3 a8 [- H9 f: @- `9 ]( o# P
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
    + q4 H3 z* H* r, d# R+ I( V' l' v: q
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);- T, [7 C& Y" z
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)" b- ^6 ?$ a1 {  e" p" P: s
  6. {
    ' D! ?# O2 E6 c' M, H3 D# d! q
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
    $ ]& W! a; z/ X( R  o
  8. picture.fin = 0;
    2 r0 c3 d9 {* b" Z# H) v, `7 e
  9. }6 Q+ _( M/ p/ Z' W# D3 @3 N
  10. else# x8 a0 [& T) b4 |) ]
  11. {) t& ?  l+ y- M# G
  12. picture.length = fend;7 l5 U4 \. n: Z; F2 z1 N+ f
  13. picture.fin = 1;, p: h8 |/ M  S# `. z5 f) S
  14. }
    & L4 w4 ^- C  u: U- {, o
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);- b1 Q# ?1 t$ T. V
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);" u. N0 P. U: \1 c: e$ S
  17. if(sendbytes == -1)
    7 L3 }/ i1 q0 J& |  W
  18. {
    " |; c' i& n, m2 p
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");; b" W, l, L) r( i
  20. return -1;
    " }, h- u$ T2 t# F2 s* f- |3 F; @
  21. }
    / k5 w+ T: a. b+ a" g
  22. else. _$ j" l4 X' N( h; b% N% m, ]
  23. {9 p8 y5 J# }+ w- W4 F
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    6 i- k" [) B4 ^, {; R2 M; Z) Q% a
  25. }# h5 w' u% d4 z3 s; s. @/ {1 ~
  26. }
复制代码

# s, Y1 z, F4 ]0 L0 C; q! M2 _! r. l


4 C. C5 L; m" X- a/ T' @2 U. X( b9 j: A; _: K3 s) K
iMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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