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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 / _# h2 ~' t& p+ ]& y( R& |
* x' D; F! @! I  Q( E


8 u. E9 N' P5 A

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
5 w! |# ?! W( S5 ]; U9 B
4 Y  a0 [- a* m  H# 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。


' g& O# {; n( T, J0 x

7 P9 N# s9 O1 P- ~& 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。


    ' _  U  B3 g$ l3 g. k, b5 Y

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。


4 P1 q8 N+ X: X% I% K一、HTTP网页服务器, l% f9 b4 x: D9 m( 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)- g: s1 M+ T9 O+ w, h% X) t
  2. {
    2 {5 t% P3 i2 l0 W& @/ v5 I% p5 a8 ?
  3.     struct sockaddr_in servaddr;
    3 U& I  M. O; G( L: v
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);' I; V8 V; e: `9 t; D4 C, [( A
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
    ) L( y7 \% U0 i, ~& l
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;+ d4 J3 s, |9 W4 X
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);  G8 G) W* I9 I1 \8 _' r6 F
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);% k. F7 C2 E( o5 ?1 r
  9.     int ret;2 B& Z# F/ H3 ?
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    ; U6 R1 Z. Y5 q' E: |/ t2 ~
  11.         {
    ( p: C% w! s# m4 s! n
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);( \; r. }! L7 t) e8 G7 Y
  13.             return -1;
    % F- |, n% f! A7 H* O3 a
  14.         }
    # O& m1 P/ G2 c/ Y# x# ^
  15.     int on = 1;3 s8 s# {6 x" @5 o+ Y
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ' h. y- @7 s& m1 v" @" i
  17.     {' p' x. e& B9 h+ i) \7 [6 o
  18.         printf("setsockopt error\n");( ]7 F7 V. S7 I, ]5 ]- m5 H
  19.     }
      J7 J  W; {2 w8 a
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    . M& E: x5 ~9 |
  21.     if(ret == -1)( g8 g% M, J* R
  22.     {5 q! m8 G7 G' e6 v) [
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    ( {/ _' r# o4 O: D, ^! a1 g
  24.             return -1;( A' x# g: O1 Y% `
  25.     }2 d9 l% R( C9 Y4 X5 F' V
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    6 P+ N6 Y4 A) ]! O7 Q
  27.     {3 Z( |: n, I8 J( Q: [+ _
  28.             printf("Listen failed!\n");4 Q, s; M0 h! w! o8 X3 x1 x  ?
  29.             return -1;1 H/ n- ~8 x" F
  30.     }: R0 H  J: y  h; N  k- G1 Q
  31.     return 0;
    3 i  k( u" n* y% X$ y9 @
  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);
    4 P8 z- M  r( C5 m
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
    ! e5 V2 X# N- S1 N0 F. j
  3. {: a: r" A( g  X0 F6 ~) q
  4. 。。。
    8 L; V" m9 S; P; k9 E- G
  5. while(1)( D; R! S5 ~& c
  6. {
    $ Y: S6 `7 R2 [: M
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);! j% e" |& O, M- o1 i
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
    " |% F5 j/ H" f5 A) F4 w
  9.     。。。
    8 O% O0 K9 a) t/ Q' S. m2 ~& M4 k" r) s
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);1 P/ e3 F6 f4 R; r7 W" A
  11. }
    9 ?% w* i8 v; `- H, O
  12. 。。。
    - X+ J( \& g, B# _; o# r
  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);( T# i9 r7 q/ ^  i" U) `. K
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;8 b/ Z  ?; a: q* z  t% s
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
    % y) e" k# M% T7 N
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;- L, t' r! C4 Z# {# s% ?5 O! A1 \
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);# d: g! D5 t. g9 {6 `. O/ |5 r& h
  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;% o* g" S: n$ [' h
  2. pthread_cond_t pct;2 F. A2 |1 G8 Q! R& l+ s
  3. int main(int argc, char* argv[])3 E+ ^/ l& p" S0 r* [
  4. {
    ) g/ f: G' N7 k: Z: \; H) g4 ~
  5. ...# d1 l* U% C' T
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);4 b5 a3 ~4 T- X: n9 c. G5 r
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
    5 L5 g" c# r9 c, |4 \: ~: V9 [- I
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);5 g% R" B3 @( N( T( q+ o' O; s
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
    7 N4 b. G7 H: y! q! B/ v  i. m4 F) n
  10. ...
      H8 |; M+ G  ~) _7 g. X9 j" d5 \
  11.     while(1)
    0 Y6 q: p% v+ g, @
  12.     {) `# Q1 P# P% y( q, C
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);6 T2 U' d# V& m+ d( x; L; b" d
  14. ...7 R; \( U( L: O9 ^: W, r
  15.     }7 N" a4 d" E- g/ N
  16. ...
    8 l) R: E8 S+ l
  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;">+ y. p/ _5 n$ |% F) J
  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" \
    " p" g/ |+ D8 R
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \" p* H! ?* A. v8 }
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \* Y9 Q$ ?* {9 A& q% p- \2 \( k6 {
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
    % m" s) z& f4 h# ^# w5 a
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
    , B: x$ P! E( H/ J$ z0 r
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
    ' Q& M& b% D8 s1 u
  7.     printf("preparing header\n");
    6 t% f5 y7 {+ K6 ^( Z8 y
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
    $ N% _% M( r* [, c8 B4 Z% o. ?* P
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
    + T: u0 J4 R3 n
  10.             STD_HEADER \
    3 k, U: ?1 t- K: Q% B  H) Z
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    ( \7 `0 b+ ?' n5 h5 l9 G9 F
  12.             "\r\n" \1 k8 t) k+ i1 m7 \
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");1 H; P5 N, J4 d4 w
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)' e0 J4 Y: Y2 l& u- F( w3 `
  15.     {
    + N7 ~# T1 w2 C2 Q9 e: }
  16.         free(frame);
    " e( J% T% T" @4 l6 \6 e
  17.         return;
    $ i2 ]* k7 |$ q4 V" H4 x- J
  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" \
    $ @% X0 e4 R( o8 s% ~
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \2 A$ W, \9 Q, A  \  ]
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \# L: z$ T  s$ n
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
    ( W& R0 _  Z) Y* L8 D$ H
  5.         printf("sending intemdiate header\n");* u0 P2 U" y) {; I
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0). ^# U8 ]3 [3 U' J: [
  7.             break;! Q$ g* m; v$ _3 e0 d& F5 l7 h
  8.         printf("sending frame\n");
    7 t+ d- d6 _4 Z. Y  n7 _# y, x
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
    5 w& r  j( o( h# C7 s. m
  10.             break;
    1 |, U/ P3 j8 l; e5 m
  11.         printf("sending boundary\n");, ^5 F2 a3 l* p0 t7 n
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    ; `4 O! |' ~1 |9 ^  }& k" J
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0): w, H/ W2 e: y! [3 A/ k
  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。

) e/ j/ m2 e9 H/ W# b! g! u2 D- A* r


8 w/ F4 s9 o- h% q8 h% H二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:
/ l, M& k% Y0 E) s: L; E" l
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)- u2 v- d! M* J9 W
  2. {
    . e: P' w3 l5 K2 x, g. e  E
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);3 e! Y$ Q0 n' \/ K
  4.     if(*socket_found == (~0))1 C0 T' x. c4 {) ?) {  ~2 ~% h$ h
  5.     {* G3 R) i7 V+ }/ n% U! ^
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
    + E4 ^7 f' {9 i. K$ Y- s- r
  7.         return -1;+ j8 a: F1 M; G, N$ W7 z
  8.     }
    9 a& [0 ]# z/ }) |8 d. R
  9.     addr->sin_family = AF_INET;
    ; `/ t/ W: `: f& y+ J; ]
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ; q0 D$ P# P3 Y7 H. j7 ^/ ^7 h
  11.     addr->sin_port = htons(port);. s1 o5 S- y0 V0 O6 T8 J
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);1 a- z+ a# z/ x$ i) P/ r5 V
  13.     return 0;
    4 w) u. @$ |8 q  E& o
  14. }
复制代码

) I  o$ f2 X  K- A% U
1 V' u9 p' Z7 ~: C! M3 {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:% Y& j' X3 t1 d' H" @
% N1 `, V! F4 f6 U6 Y
! d) L/ g# [  Q
  1. while(fend > 0)# t+ z) j3 o* m5 d3 k
  2. {" J, U- k: d' z6 A% |2 a: H2 c
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
    : k8 O7 T+ R; W5 W0 A" p% h2 a5 C
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
    & o; U4 s. v) E+ K/ r$ e4 A# L' q
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)( w  l2 k9 [6 z( Q1 Z4 l& P
  6. {
    8 N, p; i. A' x) @' h# b$ I, Q
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
    1 C" D: C" {; ^  A) f8 F1 ~/ X
  8. picture.fin = 0;" z; O, c. ~2 u5 C7 B
  9. }. F& }( M: o! n) d
  10. else- T# R% M1 a9 g
  11. {
    ) \2 r2 J: Z, F; q* Z7 P) A  f
  12. picture.length = fend;
    0 o4 G* H- G4 r9 ?4 f
  13. picture.fin = 1;
    & X: y$ C3 L+ t! {6 I: {
  14. }3 b1 A6 T  a; I+ _
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    1 b& k1 o/ h" u9 |" W# I  i
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);( Q: E9 }# v9 a" i
  17. if(sendbytes == -1)# k1 c) ?8 q! h* T
  18. {
    " k; O( x5 n1 T, z, V
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");6 n: ^) W4 C( c" [2 B, z. n6 ]
  20. return -1;* q: E* V, j: [  J
  21. }3 n+ j# z6 J& o  X9 c& \
  22. else% j5 L% o7 Z, d
  23. {
    ) f7 p8 F$ v  f! G2 M( x# ?! @
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    # ~* B8 i0 J% C! A  {  z8 G3 V+ h
  25. }- p1 m; b2 P* k8 `/ T7 {
  26. }
复制代码

5 G: V: M; }( E4 F& w9 |8 @5 D8 L2 X

2 u2 K- |) O5 P' c+ z- n

) R* ^* M. f* J9 HiMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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