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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 " g; x& y' J+ A: ~; r
( ?- G* [+ D% R0 i, E


2 h( X" c' u8 l% \! \

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
* z' O/ _9 W2 U! ~6 g1 b# k# X1 A) y" o

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。

. U1 s$ o2 c+ m' k# }) {


" t( r# D: r4 C) X1 O+ M: G

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。

    $ W, M) ?' \1 Q# M! E1 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。


' E' O3 z% i# A/ |一、HTTP网页服务器
) c% W, x, u5 i" ?

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)
    1 [1 z. w- W9 e# c! V& o0 ?* ]0 ~
  2. {6 L9 r5 Q6 }  B
  3.     struct sockaddr_in servaddr;- i8 M0 ^2 G! C4 R  \' z. i7 C! Q+ i
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
    " [2 A4 b2 Q: j$ f" S, C! h. ?' y
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
    # ]0 L- r7 Q# n$ H* N5 J
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
    , J: R$ T) D  g8 q( }( C# a  k
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
      y1 _- T. ]" ^/ X& Z) Q
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);4 I( r" t/ }4 |! i. |+ t
  9.     int ret;: w9 L; X- @1 d; l+ ~$ ~$ \
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)+ a  \0 W8 G% U7 H( b
  11.         {
    * p5 Z7 _& t2 l' P
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);. y) }3 P2 N7 w0 T: s! k3 }
  13.             return -1;0 i# G6 A2 h0 l- r6 P
  14.         }
    0 B' c  t, e' d3 E& d/ h* P3 n
  15.     int on = 1;
    , k5 h. [/ K+ T
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ) E' [, d7 y7 O: T
  17.     {2 e- M" z" o* e9 R
  18.         printf("setsockopt error\n");* X+ K' n- g1 T# T
  19.     }+ n3 l5 ?) t) e' n
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);, w9 F6 p' v, g# ?4 J
  21.     if(ret == -1)8 ?+ |+ z/ l2 {0 H
  22.     {
    : i' ^3 }4 Y# @! l: r
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    # P: x; R9 w2 W, e
  24.             return -1;
    : l) K! X/ t$ _6 c! s& I+ d
  25.     }4 o  L; Y1 g3 B' X! ^- V' K) `
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    ' P& V9 e$ ?  ^" o
  27.     {
    5 B- D8 v8 ?6 ]+ U. X) @
  28.             printf("Listen failed!\n");8 B) Q. k4 h5 ]
  29.             return -1;
    5 j/ K1 Y9 T& b. R3 S/ M
  30.     }
    1 ]& P! p9 d; G3 a- S( s
  31.     return 0;
    & `2 t6 h5 K# h9 K
  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);
    6 r4 y2 s+ V2 U7 X) [
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
    ; y. Y* R. Z2 c
  3. {  x- l& q' i4 ^4 J5 ~
  4. 。。。
    + K! D+ I" N& ^4 C) S- `
  5. while(1)" x& C, c0 l, t3 l9 ?0 A- U$ h! t
  6. {  y% n( v- ]/ Z/ Q9 p
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);* K! F8 M6 W& M
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
    . V1 w* J. B% G% E
  9.     。。。5 v/ Q5 o( V4 b4 P
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);6 x7 `+ v% ]6 f, z4 H9 Z- q& B
  11. }
    , Z# V) |- n& W9 [: D
  12. 。。。4 U. _8 q* k& H7 k! 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);" P3 x0 e& K- M
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
    % s& Y9 z* \) O/ ~- K
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
    5 _9 m1 C" H$ O0 ]
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
    # a* ?3 a# T' C
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
    1 U4 a- F4 L8 C, m1 g3 s% x) r* N
  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;
    4 c9 i) T* J. Q! ^4 h( J( ^% i: A. V# {* {
  2. pthread_cond_t pct;' w1 [& x/ n6 O
  3. int main(int argc, char* argv[])7 P& ~: q) W6 K2 g
  4. {6 B3 m# u+ `/ N/ T% N
  5. ...# a  y; Z' n: D% l
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);0 ~4 Q7 x  y3 F5 z$ e  ~3 ]. i
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);& _) a; B1 a4 i7 T* G& `! _
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);, M, A" Q/ d: F3 N' x' h
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
    ( m0 f/ m6 {* ]; ]% t7 J/ b
  10. ...
    + h: N$ A+ o9 K$ s) `! b4 @/ |3 B
  11.     while(1)
    " T+ o! `3 w- l
  12.     {* ~+ l( C! ~/ j& X: K- `
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
      t) z/ w1 `2 y9 f
  14. .../ ^2 a; }* \3 _
  15.     }
    4 n9 ~$ c# Y3 Y6 Q: s7 I( {
  16. ...1 G+ H/ k! I" 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;">
    : E' B+ L: {* y6 l$ ?
  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" \
    % t2 O  ^' ?* R2 x3 ?7 y
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
    ( _! N( ~# u" j+ {* |/ D
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \. M' ^% Q) @5 Q4 K1 j7 y; J) E6 m% b
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
    ; u2 c7 j+ L1 e% F+ W
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n") D  |9 g: U) ?6 z- m9 h7 p
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
    & a  B- V3 o4 L" N
  7.     printf("preparing header\n");! O; g. x. r2 B# X* \# m0 F  q
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
    # i$ d& U. s0 M
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \! F) m- t) m# P9 N  v
  10.             STD_HEADER \4 r. Y  E$ U$ |5 O
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \6 b. I) o1 g* g
  12.             "\r\n" \
    ( k" {" @. z. ~, m# c8 ?
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");, _7 u7 \9 K  A# N' b! A1 A0 j
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    4 k" ~+ s8 }. J& i
  15.     {
    & G* e- n# N1 u! v. p$ y
  16.         free(frame);
    ! G1 n) U+ I* {6 j; |4 P2 d
  17.         return;# A  r. Z( k/ ]: P' j9 X) V$ v
  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" \6 t4 W- S' H+ v; U$ x/ F- x
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \1 }7 F& @' m5 o5 V' k3 s
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
      v9 v/ F# j+ D! v' ?+ v
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);, @2 Y3 t: l7 m* X
  5.         printf("sending intemdiate header\n");
    ; O3 G( k- z/ ~' v
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0): u# H4 c! A' [9 F/ t
  7.             break;2 {6 P) _; A1 w( B
  8.         printf("sending frame\n");7 l5 p; B9 Z+ @
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)0 S8 M% ~; U- V6 R# v
  10.             break;) o+ z% f4 i8 s
  11.         printf("sending boundary\n");
    4 p% u4 U6 x% T" P0 q* ]+ }4 R2 f
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");0 u# I( i! x& X/ q' {3 s
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    8 }* C' G! r) ^2 w  z) ?0 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。


$ h0 `" f  y/ N# I2 w) g1 `


3 l% L/ C$ {. M. B  ^, e二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:
+ p& m) }8 t! `4 S9 Q8 o" u
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)) p4 g; C9 W: C2 f5 n" L- {- D# u
  2. {2 u4 v: W3 b! k) M
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    # M% `6 S/ H! O& i
  4.     if(*socket_found == (~0))
    - i" t/ e0 x. c& I* A* Z. C
  5.     {. S  a! Z  S8 i, x) a, y9 I
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
    , o7 j! o8 t1 E; y
  7.         return -1;3 Z, @9 g2 m* V8 c7 S+ ]9 D2 E
  8.     }5 a; v  l8 {. T
  9.     addr->sin_family = AF_INET;
    ; y: \: k! u! a+ A; [! U6 s$ e
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
      L. H. d2 @6 V
  11.     addr->sin_port = htons(port);
      a9 V' g8 E1 y$ \7 {" k/ q% b
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);* Z7 X" `  w. F: d* m7 ]
  13.     return 0;
    * L* f! y! D9 h4 @$ T4 C: M& _1 Y
  14. }
复制代码

! J2 V3 Q. R! N: P
" _5 S' i' ~! S5 Z( R& T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:
6 F, v" M5 E) G$ W6 w3 u6 R! R, s) l
# P5 c' o# Y# d8 D% P( \
1 \8 u: K* r2 V$ S0 `1 n5 r  s
  1. while(fend > 0)
    , X* T" J* h) v0 a% U/ h9 n
  2. {+ o6 t, m4 v2 p0 f
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
    2 i* W: j6 O9 j) S6 k
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
    ! |8 Z0 a3 w# ]; k
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
    . y8 j. ?- h. r  |. T) J
  6. {
    ; {4 ^) C" G9 K" B
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;7 z, k. h" I# k4 [& ^
  8. picture.fin = 0;3 a3 }- X& g: m# t# [  c
  9. }6 ]- I5 x1 ^! e6 X2 m. s
  10. else: e: U0 D8 v& n5 u
  11. {" V& W9 x; R- E$ _$ s
  12. picture.length = fend;8 @/ E7 N# Y- d( r9 R) E. v) Q- n
  13. picture.fin = 1;
    / C# q! A- q% [, s, e4 f! h  w
  14. }
    2 f- A! n( M: A  K
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);+ K1 R2 l1 i. j, x1 g
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    # R) F5 E( M% Z$ A# w  k& n, `2 m
  17. if(sendbytes == -1)
    + |; w2 w, a* G0 x( v9 {
  18. {
    8 O3 a; a3 P/ X, g3 ^
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    - U; x5 O4 I+ R6 t# c
  20. return -1;
    8 U- q. o: V2 W7 |
  21. }& O0 j: a* S+ e, ]. B7 x; r* o6 @$ Z
  22. else' o8 b! E1 N8 W9 S  r8 n9 z
  23. {6 t: ~6 E9 j# x! |
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;9 h$ N0 ?2 m* A. p5 y6 e7 H
  25. }
    ' Q  n7 S& `1 M# B2 R+ K9 u
  26. }
复制代码

! i' Z! m9 P: N) d, k2 p7 ~7 e3 ]. S0 P1 j0 _


: N7 z5 n# f3 d/ V. M% A, A+ [
- y' L, O# p! c! z0 ~. iiMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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