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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
* ~) R5 [* m! ^& k8 f& X! {% V" V: X: o9 ?* v- T


/ `$ y5 n" h( v

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$ p2 H" T' S$ G9 o* F" O7 n5 p
3 C6 y0 }# b1 p3 \  y; c

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。

. C, R) f( D+ S9 M* H# ]3 Y! s) @

7 s) m$ ^4 Q4 D7 y0 L

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。

    8 t- [" a1 u& k" L1 j5 k7 l

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。

  {1 o: v' \8 F9 W. q
一、HTTP网页服务器* A7 v  T: Y$ _$ v3 V

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)
    " i1 ^2 f1 \% @) U. u( p- v
  2. {
    2 V' ?4 V- Q  I6 y0 g" |
  3.     struct sockaddr_in servaddr;% T$ p5 n* {! T' A7 m( D
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
    . B+ K0 Y! h& _% e6 d
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
    " C8 q8 Q4 [% a3 ^& Q* A! \! j
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
    $ S+ u3 {+ j/ p
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    6 o. l! B4 X' s" f
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);: I1 C" [# y) G4 E. W$ z
  9.     int ret;. a6 j& m1 G8 L" x' L
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)4 s6 J4 o& x4 L5 u+ e. e- g" ?% T
  11.         {* @% _* O/ ]! q: J' `% F  Y
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);% y& y  l2 j, h0 D0 m7 Z' H- z( `+ X
  13.             return -1;
    & v8 g+ L9 b0 h3 K/ H) }4 A5 F
  14.         }1 N2 z. g# D3 V
  15.     int on = 1;
    * b0 Q4 k- t. r& p
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    , p0 N: T5 {( k" x
  17.     {
    : k- Z/ x: |4 X6 f
  18.         printf("setsockopt error\n");
    * V. e* z* q( ^& Y0 s& r) D
  19.     }
    7 O# V+ i8 x# m, `& K
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);% R" @* |9 K' _" {, X
  21.     if(ret == -1)% T, c8 P0 c9 j6 I2 ]5 }  k
  22.     {6 f: D, e  _" ]9 k! Z7 }7 |3 a7 E
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");( C: O; |+ q( K+ Y$ {2 S; W
  24.             return -1;- Y( L" i. [( K0 u1 h3 d
  25.     }! L6 o2 h8 C+ [% y
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)5 h. }! j" ]% ?0 Y9 v" U
  27.     {* @2 L9 Z4 }& E: l
  28.             printf("Listen failed!\n");
    ( k) W! F1 w* @, [8 z" M
  29.             return -1;8 s. N6 L% ~0 {( a; D0 i
  30.     }
    9 _$ Q% e+ R" d
  31.     return 0;
    & F. e. |% K, |* o* r6 K* Q: m9 `
  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 l5 R4 n3 w* u8 s* s% Q5 H: [, f  Z% k
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)9 p7 ]: z& H% v  x
  3. {
    & D; J) h: D2 v) \! I" F- ~7 o$ _2 Y
  4. 。。。
    ' i: q2 g& v3 E; [# M; C
  5. while(1)
      \4 L& U  [- R4 d! u7 k1 h
  6. {
      G! l: p, S3 n' r# @$ `* @6 ]) N
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
    $ v8 n* O* W! Q( L4 ~' Q
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");5 [  G% u/ \  R* O* v! W4 T
  9.     。。。3 r. b9 T2 w+ k/ _3 V. c
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);8 J+ _! g$ c( `1 r( ~$ z6 h- a
  11. }$ ~$ w* T: D) s% ]6 L- x
  12. 。。。* p- `7 C/ o5 X) P: A) d1 h% K
  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);
    $ ^  s% }+ a1 O- V6 p+ d  O
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;+ B6 h% V3 j9 T4 Q" \4 A4 x
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;4 o! B  P4 P' K4 c: J+ I
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
    3 h  m9 B$ H2 ]
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);: _5 p, F* u+ F& k* H6 @. Z* N& n: S$ w
  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;$ r% L+ `3 w2 @
  2. pthread_cond_t pct;7 Y, |" a" b9 S
  3. int main(int argc, char* argv[])' C6 ^6 e( O- ^% N5 E( n
  4. {
    / L4 N1 `# }' S
  5. ...  a% u' {. n6 M  K7 X4 W' J
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);, A/ H: s7 w2 F% x4 X  f/ W
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
    7 q2 g4 o4 A/ x0 [. o
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
    : C1 j; W4 l9 [  h2 }0 u
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);: G% T( Q6 N2 i  S5 t- p) |
  10. ...
    . l- X0 n2 T' h
  11.     while(1)
    2 e4 N# e5 o+ F/ `* A8 [
  12.     {$ c( |; u5 W$ @0 n2 W1 g/ _- u
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    % }5 p" m% ~( v% ?  _
  14. ...
    ! Q, [3 w' c; b1 w4 z  F
  15.     }7 n& l8 A3 u; d0 [( }
  16. ...8 g( t( ~  H$ P
  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;">
    6 S1 H: @$ s6 k5 U+ o+ ]
  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" \: B* P4 M7 Y- X
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
    9 S$ K# A* y6 ~& k& Y1 f
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \* t, m, g2 }9 g' M
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
    9 O% v( M! L' u+ X4 U( D. L6 v& x
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
    1 m/ y! @9 n( r
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"  W& l! _( H4 d% a! i  E7 f
  7.     printf("preparing header\n");8 N8 C/ Q3 f" S& e& [
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
    ) r  F" Y& |0 u! k
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
    * X4 _7 M: d& w$ b9 j
  10.             STD_HEADER \/ e: E  x; y4 c9 g! F
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \8 ]7 `8 T  o0 R, ^3 S
  12.             "\r\n" \
    5 ?( G1 a& P9 G8 h" b$ _3 z
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    % X3 J5 H7 _% F6 y
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)" h  |! m3 G8 z' X
  15.     {
    1 |* X" M; S+ F8 C" l# _
  16.         free(frame);1 |' S# g4 S& v5 R$ s
  17.         return;
    9 v1 @/ s5 V& M( \
  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) E; G% N- ]3 K
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \$ O% |/ n$ T! }- k" }) `
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
    . I1 w, i7 s1 q. |4 i8 p2 w8 I  o
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
    1 D; j% a: S/ P) [3 s5 r  @
  5.         printf("sending intemdiate header\n");0 G" N4 ~7 R8 ]# F$ C" ]+ v8 c9 R
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)4 H  G7 Z5 Z" A! B, I5 e2 ]7 u
  7.             break;& R+ C& v* d% {7 |$ P
  8.         printf("sending frame\n");8 j8 D8 U, j4 _. D! q
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0); ~$ [+ c8 _- `5 r7 g
  10.             break;
    ; [- d* G; M5 U) T; w: [4 j8 `5 ?
  11.         printf("sending boundary\n");. s# }2 r/ Y, z" I8 D; M* {0 L
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    & L' ^5 E- `) _
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ; y  }# ~, ^' m- O" _) e
  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。


2 t0 z; O$ J* `" c3 T& l! C


  W/ U6 e7 x  }0 |1 |/ h二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:5 \3 x7 R3 K8 @& R4 `
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
    * i: I* i' E* G: @$ [
  2. {& `( G) C7 a  u  h2 I* E. q" d& ~6 c* b
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
      |+ M4 V  a4 ^& l/ ]
  4.     if(*socket_found == (~0))' O" T, b( M! r! R
  5.     {# {& U5 I+ }3 b) @6 v
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");! o' ^; T) Q, p
  7.         return -1;* n4 J5 N' [0 y6 m! C8 U: L% {
  8.     }
    # b6 Z6 q/ Z& o$ n
  9.     addr->sin_family = AF_INET;& a; o! Y; S. n
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);# d( Y- e' u9 q2 i5 \3 X7 w2 d
  11.     addr->sin_port = htons(port);  ^  Z0 q3 ~$ p; U4 C% ~9 v
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    0 E' f* z8 @! \9 g; R0 s
  13.     return 0;
    # m. |# r; M- r8 }6 R; ~0 \
  14. }
复制代码
( Y& O& R6 n9 ^5 Q3 Y1 s, C+ r: L
7 U2 A- d# K3 G6 \/ G# X
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:
8 m  |: P- W* O3 Z3 V. `
8 V3 C" ~+ z6 b  k" P2 v- R8 {$ ~9 w" \4 @% B; @
  1. while(fend > 0)
    ; m0 F+ M  z1 c0 k5 n& g+ c
  2. {
    9 t. t3 j% x; Z* P
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));8 X! N# f4 H! O3 {
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);9 B! R6 L  s- e2 r. t( `
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)2 `% o8 C9 Z6 r# B# T
  6. {
    + m6 z6 X  n7 T, t0 ^
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;' ^# W/ u% R0 u  i7 V
  8. picture.fin = 0;0 P4 }% B/ j0 A! D
  9. }& K( z9 y' A7 l! q1 E
  10. else$ ?9 x+ u6 ?- X  z0 n: P( x7 S
  11. {
    4 ?; Z: C! M; y- }
  12. picture.length = fend;8 }0 E. E" s8 C* ~
  13. picture.fin = 1;
    , O' z' l5 j8 T: U
  14. }/ h" k1 }) g: z4 F
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    ' |; s# X9 ^/ ]# g
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
      _7 C0 m+ t# J$ X
  17. if(sendbytes == -1)5 U$ m! D0 d. |6 D# V2 K% Z# x7 x+ G
  18. {
    2 R2 m4 E- T# u: |: T6 d
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    & h( H" u* Z& \/ a2 A# o
  20. return -1;
    * O2 f) S/ `. l: \
  21. }+ c" I' q4 R4 H" ~- O6 \
  22. else" t  J( A# p3 X. l: V$ q. s
  23. {
    $ Z+ j. [! T' Z( R4 ~% A0 E- X
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    / I' ], I# z4 M; y1 H' u0 S# g: k
  25. }
    ; q$ }; k8 y4 x/ y8 {- ^
  26. }
复制代码

5 F5 \* [5 p+ v0 {+ Y+ J; O) ]* v9 n* e+ G


& F  K0 C. C  e2 U
- ?+ p6 t2 `4 A! J$ N4 NiMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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