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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 6 W+ @: t( ?( w$ M4 c) `: j, Z1 G
* N( ?& b. r: a1 q: \7 K1 h


; j: y2 E5 |& J$ m) D7 w. `

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/ C7 D+ g. @+ S, l

# v2 L* s- l8 I$ U( T6 ?9 [8 j% s2 |0 _

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。


+ }# P; ?4 k  M  l8 O; r


" F7 ^7 ^2 o% b9 z

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。


    / }4 \- m! T# e% |% l) c# \7 I1 e

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。

; G& z) g0 {" ]9 d
一、HTTP网页服务器  @' B# p8 x% E) q/ x. Q# n

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), d7 f. R2 e% l- X
  2. {
    # s3 r* t! a2 j- k1 C+ x- O9 W
  3.     struct sockaddr_in servaddr;
    3 H* G8 b' x2 I, e# R
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
    & Y/ G+ n) d! e. f$ E
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));1 G& O1 \  s$ o  u* o* E
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
    0 N+ T. |! M) P- m; q! i
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);  ^1 H, M  z  o5 m0 @4 z  v
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);
    # W4 x$ h7 m/ f- E
  9.     int ret;
    ( z1 y3 w, X/ l, t
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1); \, {' o& E7 g! O- V/ v: n
  11.         {
    . e) Q3 x& ?' E) q
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);5 _6 B! z) Y1 h) x' M6 }" @
  13.             return -1;
    1 M  A, E6 E; E0 a0 X( t
  14.         }6 ~6 g+ k# v- f
  15.     int on = 1;1 i8 f0 ^% ]: y; D
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    # Z( L- i  Q3 F0 c' `0 r
  17.     {0 j2 j! g+ Q, Q% C# x
  18.         printf("setsockopt error\n");. u* J, Q2 f1 F9 D
  19.     }
    9 H2 J0 A- B2 ~- p6 F  \9 w  B: Y, K
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);( f) {8 h+ M# I; q9 }+ _. E" s
  21.     if(ret == -1)# k: S# }# ~* R" ?
  22.     {
    9 Y" x3 x8 }( x! N7 W6 Z5 r( P* z; y
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");6 u8 j6 l9 p' N+ ^# Q$ z- L
  24.             return -1;
    - V: [# T4 L2 c" U
  25.     }4 E3 ~  Q% V7 T, [. ~+ \
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    6 h' Z( ~8 m( O% N
  27.     {* f  U2 a8 Q' `" Z* C- F- n
  28.             printf("Listen failed!\n");
    2 _5 P3 p$ k+ t9 F2 y
  29.             return -1;% S+ k& Z( j4 H% A! X8 G7 ?
  30.     }
    3 x+ }& ~+ P" M5 |7 h% a+ g
  31.     return 0;: T% l* ?$ X" O& h9 n; S
  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);- u: c5 C- q" \% U
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)8 `5 z$ o, r; e" A7 M
  3. {
    - b1 G+ b1 o$ |- f0 X  b: \, h
  4. 。。。
    - d: q& M9 W, q; F
  5. while(1)
    2 W3 x& S' t4 H, R
  6. {
    4 D$ B0 m! O9 T( b" K; }, [7 R
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
    + h  V6 g  [/ ^  y# Z; O" f
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");: I; n' J/ Y/ \: ^/ {  P2 w  L0 F* i
  9.     。。。
    : x' y3 u  w. z; b( x
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    8 X, Y! H- c9 h3 j; R
  11. }3 d0 a6 O" I9 @4 J6 v* U
  12. 。。。
    8 O8 T! k6 ]: Z/ w8 v
  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);
    # ]% [6 t" `- q) L0 R& v7 f
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;4 M# U* s5 b$ V0 w' f8 E
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;1 N. W( m* U# W) l$ a5 _. D- S, ^: D
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
    & |4 n  F! T0 u) X( V5 F
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);& B* a# l% {' z
  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;
    % Y* n3 @, A% c* |+ J4 d$ M$ b
  2. pthread_cond_t pct;& n5 w5 W) l4 a. o( c( t) X3 u
  3. int main(int argc, char* argv[])+ J) h! d- S$ p
  4. {
    + }; ^" I4 M# y5 J/ i" h
  5. ..." k+ B6 y2 I3 d9 z. p; O
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);  W: {) H5 a8 Z+ Q
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);- R7 I6 m$ w) e! i) \* {
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
    3 j, B1 S3 u1 z- ^6 v) W
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
    * X. r+ Y+ U6 R( f
  10. ...
    " e3 F! \7 V8 ?  V$ X
  11.     while(1)
    7 N; p$ q. M! q+ _
  12.     {
    $ L7 H) D$ y2 H, Z% S
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);, ^0 x2 \8 e, T" U, d/ i& E% a" j
  14. ...7 _' H' v  R- M  V5 L- A/ z/ c
  15.     }' l$ X+ A+ \. l2 j
  16. ...- x/ y# b1 b# x  O# d+ I
  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;">/ H% i# b8 ?! `$ }8 S, B2 E& Q' h
  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" \) k8 R, X( h$ w+ A% F
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
    5 E! g% `# _- `4 y
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \1 T7 O7 A! z% `, Y
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
    7 x. {3 a7 p, h1 O
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
    ' Z! ^& @5 k$ d5 T% f4 v8 [
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"! t5 J+ [6 _: e2 ]7 D7 I* u
  7.     printf("preparing header\n");0 s! F1 p( @1 y* Q& Q5 I5 A' a
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \) {5 {+ N' `2 ]" q7 J
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \0 B3 t9 @" ^0 I4 O' l* V
  10.             STD_HEADER \/ q! T1 C! Q6 J2 D
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    ( I: g& G. j8 N5 n' G
  12.             "\r\n" \! |! X% M% k+ _' j( a, f- _7 o
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    : ]$ p' v; X) ?  d0 t) S, h
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)5 w/ m1 y2 L7 `" g
  15.     {* G3 }' p# M9 ?! l+ I
  16.         free(frame);
    0 Y5 k; T# e2 N2 ~
  17.         return;; M, J" U$ K6 \( J: h
  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" \
    - M1 r" T# V- m- {& g  i3 e
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \+ t7 {8 E9 I% p( c
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \( i5 l& j6 Z2 Z0 T! A
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);, C( u1 J! S8 q* t1 X& G
  5.         printf("sending intemdiate header\n");
    4 u/ ?6 s$ U' M1 b
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)0 U  @2 [1 d% C3 `  t
  7.             break;
    & b- n( r% W2 c6 E8 J
  8.         printf("sending frame\n");7 Y( ^3 ~8 d7 F$ x  E9 R# P
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)  x" ~* d' S# r- U/ K2 }% r6 h* U0 l
  10.             break;
    - w) |. U) g: J: P6 m0 Q
  11.         printf("sending boundary\n");- r  s2 N4 R+ X0 w! E4 R& W/ s: p
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    ' n" k! k$ G  y2 T- u  ?- _8 i
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)" g% N% \2 @2 y7 a
  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。

- k0 X: [! A; W/ [4 J) ?" L


8 m6 D+ [* n7 f+ G) |: t+ h二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:. @7 y" Y; e1 R! M& y& f" [& P1 B
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
    $ H$ I8 M0 z+ \2 N1 J
  2. {9 i, k5 [2 W# d% E# ^$ f9 G% |
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);# G: `$ n/ X, Q: F8 d- n" R
  4.     if(*socket_found == (~0))
    ! a( [7 h* j( \- w
  5.     {1 C* L$ @) G& y$ h8 v' I, q! p
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");8 O5 c. u; ?8 s# ]2 N& G
  7.         return -1;
    ; a+ |3 m& b: a
  8.     }* D  k: {" m6 n, v' \7 O  O3 V
  9.     addr->sin_family = AF_INET;
    , `% @$ n  q; U) S
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);! u( a! q5 a, l. {: i) S6 R9 a
  11.     addr->sin_port = htons(port);
    ( u- f- u/ f4 W+ S5 m( m# T
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);/ g! d* a/ H% C3 u
  13.     return 0;9 ]+ u4 p1 S; m0 \0 i* P
  14. }
复制代码
. y! b* p, o7 O! `$ Z  i

% A1 c& n0 l6 h+ \9 w" a7 h* Z) p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:
$ ?. }- W& H! t) ~
: |  ]; ~, @# Q; h
+ }/ c" Y& j6 M& r8 Y/ A( W, D6 X
  1. while(fend > 0)
    : b4 D. `% v' @# V9 f
  2. {+ `1 I1 T, {; `+ p
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
    5 E3 I: S0 q8 O  M% x$ a
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);; d9 P4 V- F/ i: z0 u! ]$ w" q
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
    & v! ]" g% ]& n/ n% B& k
  6. {  s9 @& C! X( b( Z' J
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;6 W/ \- W& b4 S2 U$ u- K% o
  8. picture.fin = 0;
    . W/ w- f6 t  F7 y) q" L; U* s
  9. }
    3 U, u2 @9 W. X2 A" \  g$ H1 _
  10. else# K4 J7 b5 U( G- _
  11. {$ I9 r5 E, T9 R# [+ T9 |0 U* t& {
  12. picture.length = fend;
    , u7 a2 ~. S' U2 v( ~1 C
  13. picture.fin = 1;( `+ n9 z' j4 U1 C7 _7 M
  14. }# [  z( G! {6 d& g% `0 S" H/ a
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);: ~9 e2 ?6 P' o, Z# ^( [. y( _
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    * L$ \7 k' w# u4 D+ |
  17. if(sendbytes == -1). q% Z/ o; M2 F; e' S
  18. {
    , p2 u3 W- o5 A
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    , o" M% S9 c( a- J- U+ ^
  20. return -1;  m, ~1 j1 t  q6 W( }" X& L) a
  21. }/ x5 B, @1 C* G* Z3 Y- y; j2 G$ v5 o
  22. else
    5 K1 M  E- B. |& Y* o8 E- h
  23. {
    : ^! j( P. q: U3 B, a7 k
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;& ]/ a* w/ R- K' L
  25. }
    * I/ \& o# s& @( A( P3 k" T7 L
  26. }
复制代码
8 h% Z2 U; K1 b' k& b

8 |3 h0 Z% J6 g& l2 n9 M* a


0 c1 I" D' x  }% [: L+ c" s# x$ _' O: ?  s
iMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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