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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
) k' L5 x) Y$ ^2 S# V/ a7 R  {+ \9 f1 d. \+ f4 V' M

& S. Z1 g0 l, D* B4 u2 o. R

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
/ l* j4 A4 V& R* r5 v* E/ ^+ M! m

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 K& Z/ K. i+ e& A( R% C

( ~0 }, r; m' p% @, W/ H

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。

    6 ?/ [8 ~: V) x. g7 g8 M! z

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。


5 K% q+ v3 c: Z2 Z% {一、HTTP网页服务器
4 }$ i* \7 h# P' T2 G+ 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)
    " D* m0 Y" V( [5 n
  2. {, Q5 s7 L; ]4 W& h7 L, i
  3.     struct sockaddr_in servaddr;
    . ~9 n0 z3 `3 @0 ]+ ]4 ~
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);! S5 A- Q+ h0 U# A) F
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
    4 G8 \* o: Z8 m; F7 h/ J5 p( Y6 C8 B
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
    ! h; x5 u% t+ \* y9 D
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);/ w- [/ H( E# @* g- l1 e
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);  e4 R: G) v/ X2 K/ X
  9.     int ret;
    0 f1 A+ w3 G; m8 L
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    : l( A: J+ z/ X# b
  11.         {& d/ `( \' K. d0 P, X
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);5 {! z1 O4 z" _
  13.             return -1;% O# z! E* g' }& g! b
  14.         }
    ( o7 ]* q- W$ p' e2 `: a
  15.     int on = 1;
    $ T0 N1 }# a  d& [% Z3 R  Z
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ) \0 `' {- C6 D
  17.     {$ B/ r8 v" `" G9 \! W1 ?7 ]9 x
  18.         printf("setsockopt error\n");. t& f# f1 h2 ]5 Q* t! B- _# }
  19.     }
    % p$ }2 F* \( s' t  }
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    6 l8 b" S. @" M0 d* \
  21.     if(ret == -1)/ `1 y0 Q; x& d5 S
  22.     {$ o( s5 e) D; O
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");% i2 N+ Z3 ^7 F( }
  24.             return -1;
    5 T; M* w' u: Y: H" }# E
  25.     }2 ?, t  r4 a) r
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)! Y. ]) ~' y& |4 z# _* W
  27.     {
    : l2 H8 s4 k% q  Z- F6 |* |6 B
  28.             printf("Listen failed!\n");
    " u- ?3 E" k0 ^
  29.             return -1;" N' n+ M% Q4 N6 |0 P. V4 K2 o9 n! }9 ~
  30.     }
    ; ?, m6 W& U$ }" ?) r
  31.     return 0;
    + A3 D6 [1 _% K# V9 f
  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);7 Z' t+ K; c% O
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)% N) {  x2 E+ d9 {! ^; k
  3. {5 C/ w/ ]* l! @) \9 o
  4. 。。。, \7 e# L# S5 _2 \5 F2 z
  5. while(1)
    9 K+ C8 P9 F6 H
  6. {
    3 I+ |# |* R+ q" Z7 W. u- K2 A
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);: B; K/ p. z# U0 e9 V/ r
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
    ! `/ p; |1 ]- p7 |% c$ `
  9.     。。。
    3 Q) X" E, \! Y; U# J1 M/ y
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);: S! ]% W" J& r6 Q( z' }
  11. }
    7 x3 S& W% ^* `7 s# C  }+ E
  12. 。。。
    2 f5 N4 V8 S! f) ?9 ?  O
  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);
    * m' `! o0 {- [  c( |! V
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;1 [+ O2 G" |1 Y3 f: t
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;; U5 `, n/ {/ U
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;6 i6 A' e9 c5 w; l  y" T
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
    2 p, q) p9 s% _1 ?
  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;( W  t3 @4 J8 E! {% N: z4 {' R# C# G
  2. pthread_cond_t pct;
    4 w% S9 E2 [% W7 s. \
  3. int main(int argc, char* argv[])
    : i* x( P3 _' ?& [8 X
  4. {- f; A8 ]4 l! [" t" d! B( s0 ~
  5. ...
    5 M7 u/ L5 p2 g% ?6 `) i  ~
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);4 W, G4 c& a5 v0 {  h
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);) Z! u# I! [# H6 [$ @  p- Z( V/ S
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
    8 p- `. r% f1 v  `6 \- k
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);: j  Y9 k2 o) u  E7 R
  10. ...0 L, P+ N! V1 [: Q7 H7 j
  11.     while(1)2 g  t' J1 a9 J$ i" }6 ?* w" H
  12.     {
    ! c( Y/ L/ L! G; t+ i% \8 B0 ?! o
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);4 i$ h9 n) U4 D' s+ [7 T) g) s
  14. ...
    ! ]4 d# R# ~( u( c* ]7 x6 [& ]
  15.     }) N' J8 d  @5 f; r+ S
  16. ...2 Y9 G; g+ |) W! N2 Q# K+ g! ^: _
  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;">; [+ J0 \* z. G
  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" \3 [  j8 g# }0 }9 g3 D1 l9 ^- s
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \, |0 [6 K4 I% i4 v: F
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
    ; D/ J6 Q5 L/ V/ W
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \5 i' I5 c0 A& k5 R3 k; F
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
    ! Y1 W, C/ J$ V& Q2 K7 E) E$ F
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross") {# e+ W, g5 ^
  7.     printf("preparing header\n");
    / u5 V- x' R# C! t& x' X) \
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
    % a+ C9 }' q$ x# ^" f, I4 \, w
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \) [$ r  I% B5 R% S  t8 G
  10.             STD_HEADER \
    6 Z- }5 e6 q9 V# N+ X/ ]; \) A
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    * L& G9 u$ t1 y1 L. s# i8 P* r
  12.             "\r\n" \- Q# {' A4 \" [5 K" {  ?
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");' P8 Z, B$ k- T5 q3 u: C4 w; d
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
      Q8 a7 J6 h6 a  Z% }- y; c7 D
  15.     {
    , e" `/ S+ [' A1 c& o- P
  16.         free(frame);+ |' h$ R8 a  g; c1 ~& {  N, Z
  17.         return;
    ) R* a4 a* U7 M3 D1 w* Z( Y
  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" \
    " o, r5 p1 _8 e! D+ n+ {) {
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \, U3 ^* S8 _) q6 P8 Q/ Q
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
    - c* i! C# C% |' n, L. t
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);# P" g  n6 H& U: n, p# u+ X
  5.         printf("sending intemdiate header\n");
    : N9 R2 g. e+ X: |
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    4 r0 \/ j$ t, |- Q8 M
  7.             break;
    * U3 R# |; K, E& d1 i$ B9 b
  8.         printf("sending frame\n");8 t& ]3 o5 s+ {$ u
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)& u) V7 s' z: t( c8 G
  10.             break;
    $ c  Z, u2 Y! M2 b5 B# y, g* G
  11.         printf("sending boundary\n");0 Y1 }& @' N$ y4 Q1 H
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");( y. {! Y0 W5 X6 p
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    * q! o% U# b8 c- L% m7 N2 |* k$ Z
  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。


: ~$ K! [0 U! n) F4 @" o8 I


6 y. j: Z9 c& I二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:
* ^2 C' i! C5 J0 j# M9 w) w+ E0 z
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port), G8 g8 O8 @0 k* V% C# v$ v
  2. {
    / t! K. g9 n3 C7 l+ k: _: b/ [
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    . r; [/ b+ D7 G! s
  4.     if(*socket_found == (~0))  W! f$ C$ y+ R4 k- M# {; f' G
  5.     {4 Q- H8 }" r; j$ A/ Z( _8 q9 S
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
    4 |6 n. @( ?" \/ w0 d7 n  o
  7.         return -1;
      O) X6 s1 o/ _. G' G3 Q5 a; f3 [
  8.     }# o6 }, A+ E9 S) }7 N' S0 R
  9.     addr->sin_family = AF_INET;) E9 z) g' @/ i  [6 N2 u
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);; P2 F3 D) _. W' y0 g0 N  i% ~
  11.     addr->sin_port = htons(port);
    . K% l* h3 m1 K! Q! S
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    # L8 b9 W7 W* k: B- E
  13.     return 0;
    6 @( m' G2 U* c& I
  14. }
复制代码
7 N- [' e9 q' m4 ~' R, R- h

$ f# T) _5 p8 |! F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:
, R" s! u4 w) }, m
1 l" o2 D! m5 q4 T' p' Y$ q+ {; h8 u' @$ I" T" P+ J
  1. while(fend > 0)
    & J5 T" [/ X1 g) w& h
  2. {
    " Z9 U# C$ `  A, u3 A
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));  e7 X! C  ]7 a" D% K+ D
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
    : r% I; D# b# t+ k
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)) a; A; L  q: s& |% b' i, q
  6. {
    ( ], G% M4 [7 ]$ Z
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
    + i; ^! t& U9 l0 T6 U% u: |
  8. picture.fin = 0;6 A) ?5 Q) Z% s5 A& V
  9. }
    2 `: G! k% p  l) t- i( c: ^
  10. else
    : F5 p) j/ A0 o- y+ ^0 m( n
  11. {
    ( }* a0 A9 z- P/ i' W  `0 q
  12. picture.length = fend;1 y7 U9 s  F7 [+ V8 y3 w9 Q  M
  13. picture.fin = 1;' ~6 B" ?) N- [/ M
  14. }& B1 {0 m/ w6 d; D: W( A# ^/ [
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);  c" d8 I, U) Q6 b; c3 F- V5 A
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);8 |& _& m. b0 N. w
  17. if(sendbytes == -1)
    1 O! h. X" ~+ Y
  18. {
    ; H/ B) C" m2 ?' i2 |* |- _3 o
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    ( h1 Z, V. Y* L, F# P% I# E
  20. return -1;0 e3 g8 o) o0 p- J
  21. }& p+ M, V! l+ i9 q, J4 X: @" w
  22. else2 [, X4 E2 N) l$ D7 T( l* j" o4 C
  23. {
    5 U( P' e3 y( ]9 q, w+ C- ?7 a
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;  X8 C# z& k; P
  25. }; ?8 E% I; I  j2 H2 Z; a
  26. }
复制代码
- C5 f! T9 n" q8 L9 E
# q" o" H  n7 g; C

) k  H6 ]6 ^7 t8 |/ v

& j3 ?2 Y: n$ y/ Y5 U3 Y3 ]( ciMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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