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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 . _4 v& \1 c2 A  a

% D2 r& W( U7 Z; b


2 [; C5 \4 ^+ z

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  }) Y8 n5 w9 P5 F  x

3 u! I3 ^" F7 `0 B

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。

3 z% v; E0 u- Q4 u' k


3 ?7 p9 H- ?2 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。


    : B  C9 G3 q! v4 G9 H+ O4 Q

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。


  i. T( L8 s2 P* ~  j$ E. y一、HTTP网页服务器7 V$ m# l* D2 {

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)
    # m: \' x8 b( ^3 x# h
  2. {1 ~$ L, D" a: M8 D2 Q
  3.     struct sockaddr_in servaddr;
    ; g% w) A7 w1 h7 w2 E4 T+ R
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);3 [* U; i1 T- g% E2 o0 ]
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
    ; _9 {) A% r- v0 G& Q
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;& m9 f5 ]" ?6 I; O7 a( l# g0 J
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);; h/ v8 U; D+ l7 Q/ C" Z
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);" d. b6 `+ C& u% P/ c, D! _$ W
  9.     int ret;" Y" g* C( z* P
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    . k) Q% r2 k: |" e4 ~; E
  11.         {
    * D, g4 [/ V% H
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);! ]/ v7 m( Z3 w$ I* ]1 r
  13.             return -1;
    8 o0 ~; Q) b4 a! ]; {, a2 c
  14.         }6 Q; Y2 f: E- t* c4 Q9 q2 ^7 l# h
  15.     int on = 1;
    3 F; `* I* c" Z: s+ g
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    * A% ?, T8 m/ q, E6 B
  17.     {
    1 T1 }& {! V* O% ^) j2 {8 H* R
  18.         printf("setsockopt error\n");, C% @+ u% n' k' `
  19.     }, D: I) r8 v& [& F
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    2 A; N- @0 k3 ^
  21.     if(ret == -1)
    5 R/ d  M) s/ f
  22.     {
    3 f$ i0 Q( m& |* x0 G
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");/ ]) d3 F# Y- [1 K$ E
  24.             return -1;5 t2 c" x, Z8 O3 C* J
  25.     }
    6 x5 B, N6 Z1 D" |* |, e8 _" J
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    6 r3 A; W3 K* @% p' a$ p5 d4 H3 P
  27.     {$ i2 |7 z$ e3 P( e* |7 ]. \2 W
  28.             printf("Listen failed!\n");
    9 T: ?- h0 p, M' D5 Q
  29.             return -1;
    ( L/ c7 T" G% D
  30.     }
    7 |; ?" a% z7 L% h  H- r
  31.     return 0;
    1 \, ^7 V) y9 @% c
  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);* `2 U1 \1 s; p, z
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg). z: G5 Y9 Q  ?, H% `! B
  3. {) o( F/ z) W" Y2 u2 k; _0 e& y
  4. 。。。6 \% c0 ^/ O- f- W% V) s  E
  5. while(1)
    % K& b+ v6 O% {( m
  6. {
    2 ]& N: F1 A6 W( \; n8 h5 O6 d( B
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);8 {' b& h- ?; {8 q: i
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");$ z( _) a! I2 S+ n4 d
  9.     。。。, ]. S8 c. ~9 T
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    ) l- S6 J+ m/ S- n9 N
  11. }9 }4 J# ~! N% M2 M2 {
  12. 。。。2 n- |9 I" j: Z' s! p" v9 t" r# a2 I
  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);
    5 E* j+ V* }0 `* H) {# f
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;1 `$ W9 B+ O) j
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;7 J/ W8 w  x0 F9 k, v3 L+ P# J
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;; w& L, P0 @$ h7 L( I
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);* [6 P# L) U* ~/ Z$ c9 ^; _
  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;8 N& y, k/ M, o, R. a  L8 I
  2. pthread_cond_t pct;
    . v) [# b5 K1 ^1 V# M" v
  3. int main(int argc, char* argv[])" w' Z  Y0 S3 u3 Z/ a5 N3 t
  4. {
    - h- J  l' b! b% I- d
  5. ...) G0 }( v: t/ I1 H" N( ^( L
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
    * e$ q3 x) d0 V9 _4 I9 N+ E0 m
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
    2 |; _+ b) h( ]& c
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
    2 t3 \0 k- q/ u7 `6 l( M" s9 x
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
    3 y4 w7 V$ @. E$ _' }
  10. ...5 n% d2 q, s# N/ ^" A; d* Y' e
  11.     while(1)
    ' H/ v! Q" R, T! H5 x6 k; h- o3 p
  12.     {
    4 n+ Y9 f# H! _% s
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    7 J+ q7 m1 F* x- F
  14. ...; v) U2 a2 W4 r7 \9 h
  15.     }5 u9 H  N: i/ v
  16. ...
      B& a2 w& x# ?3 s0 E* ?% x
  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;">$ k0 c5 B2 R. x% `. V% W
  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" \
      `* K1 V. B, k/ t- H
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \. x  J* Q, |  F- ~- T- ]( A
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
    - k4 V. g6 N7 S+ \$ q
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
    1 b( b; d7 ?1 }. v/ z6 g1 n, y
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
    6 W6 r+ s% h/ \  s! H
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"# d4 k4 O0 L, A
  7.     printf("preparing header\n");
    # k9 O+ j3 D2 S5 K% ~3 B
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
    + U9 T7 e. X1 C
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \; I9 j( q. k1 c& g9 Y
  10.             STD_HEADER \
    2 f7 C* h; T& f+ @& ^
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
      s' {5 p# M% x# y
  12.             "\r\n" \' g- J$ B$ b3 \+ ?
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    / U7 \+ k5 I7 i' @3 n
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)  ]9 R7 B7 d3 P- i( G2 p5 Z
  15.     {7 f3 k7 n; n3 Y! a4 I
  16.         free(frame);
    ) \! @1 t' c3 \3 b. e% d
  17.         return;
    % L' M  ?" J. }9 r2 S
  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" \8 _6 R0 r! B! g
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
    % I1 A: {, U! f1 d/ Q
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
    : [) |+ t6 P9 C# D- t
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);0 P/ o3 E7 S, ^( b4 D9 k2 B
  5.         printf("sending intemdiate header\n");
    0 q; [- t5 j1 {  Y: y4 t5 C8 I
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    : J! c, r. ]" `5 ~/ [, G
  7.             break;* t, N0 b& o2 z* k; p
  8.         printf("sending frame\n");
    " d2 _5 r" m: r! J
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)& K/ m& @/ K4 A- l4 r7 ~6 }
  10.             break;7 i- q& S% ?8 j
  11.         printf("sending boundary\n");1 e4 l2 R. {1 [1 D4 N3 H
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    / h7 I! k* g- `9 Y6 V3 z
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)3 ~% u1 T- `+ t+ K( X- F7 P
  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。


1 f% d2 T6 o( F1 R7 f8 W0 E

% h: m' d  F. F% \3 i2 x1 @
二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:, T9 Y* C+ Y9 [6 G- w* j# Y5 e
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
    - w9 Q) y: g: S& u  [  c$ X
  2. {/ L1 ~  |% J4 L; z# Z
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);7 y8 N$ Z" l; b# k
  4.     if(*socket_found == (~0))5 A) ~! c* o5 t: D
  5.     {
    & @  n4 n- W* F* y
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");9 b  v: E' Y& t, y( a! M; j0 B
  7.         return -1;" B' h5 _2 y# w: |
  8.     }) v; N7 c9 X, Z0 y, g
  9.     addr->sin_family = AF_INET;9 x7 `  {0 t8 [5 n6 e
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ; S; U1 g+ h0 r3 a& E; `$ G
  11.     addr->sin_port = htons(port);! T7 n5 A4 y$ L5 {, J  P
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    # D" R+ h. s( H5 T  o8 ^& o! a
  13.     return 0;5 t* w/ _& _5 g* s2 I
  14. }
复制代码
) M* i& O5 H7 j& B
( q4 p2 I& O3 C* q' B* s+ B+ F0 |- f" z
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:
4 N% _# w. [- |; }% z
2 `% C5 X2 B8 [0 H" J
/ e8 J/ J9 T. ^- e
  1. while(fend > 0)
    6 O* Q# U4 l+ [9 l5 G
  2. {# O" k8 z9 v' z* p
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
    , L$ r) f  L7 f, }" y: m6 Y
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);" _5 z9 M' b& _0 U+ T$ V
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
    4 {7 w6 k! S) n8 B
  6. {# u; E; L# p! [5 ]
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;( a3 [; w! |4 @. s3 E
  8. picture.fin = 0;
    # O9 \! ?' O7 [
  9. }
    7 b6 i+ B" X6 O: T; P: I
  10. else& b, M0 L0 J, Y: S9 S. p6 W' m# O
  11. {
    7 E9 `6 Y* h/ ~  _1 x6 ^
  12. picture.length = fend;# D) D1 l. X8 `  \+ i& k
  13. picture.fin = 1;; B3 U7 E. k# O; C6 ~: g
  14. }+ I5 K" u# U$ g; z0 M
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    6 q3 x+ r' a! j2 a3 _
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    * r' l3 R- w7 {0 h! ^
  17. if(sendbytes == -1): s# W+ D) N3 n2 Z2 V
  18. {
    : S$ f5 ~+ z# t9 D6 Y! p
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");9 a+ `: c; K% C2 l( R6 \  Y* A
  20. return -1;+ o6 [$ E3 r- m
  21. }: w/ b7 @- x4 o. e& j
  22. else
    - x% B! h. U: @- X2 w7 C
  23. {
    6 ?, }3 D9 i; N# a
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    ! f9 X. k& G! v# N" a, H7 y6 d  V% P7 b
  25. }5 Y! `+ i/ R' u: }& U
  26. }
复制代码
5 l3 d- |) c* C9 F  s' T1 a
" D- p: a+ x1 A7 A. o' v


& x0 Q- c" q6 J+ z8 f& E+ ~/ B  T( b/ e( h9 [0 D! T; J# n
iMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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