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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 4 Q# X; F3 z$ L3 {/ a. _
6 p0 }# b4 k' m0 t8 ]' ~


) H' O: X* r  O

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
0 e8 \  h! y/ f6 n4 m9 e! U& h( ~! {4 z) n, g5 }

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。


- x% P+ L2 y8 Z7 W4 y1 t* J

  E. p2 j! Q' d/ O0 ^6 |

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。


    0 D) b3 z/ H0 W, q8 S# 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。

2 Y9 V# U9 A1 i: u# v
一、HTTP网页服务器
3 e7 A  r/ x* P

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+ _9 r; C# }/ |
  2. {4 z- T0 U1 N' v
  3.     struct sockaddr_in servaddr;+ _/ S( G7 _+ {. [
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
    ! [# }, n1 |! Q) r$ O: T
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
    ' q8 T5 T+ o* P0 `$ Y  ~7 `
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;; p& H0 U$ z" p+ k
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
      R6 c7 G; q6 R$ M' B+ Q
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);
    % t: x, k% {+ y4 k- {
  9.     int ret;
    ; l7 R3 K" t% m- I2 n$ t
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)  }! b$ P8 Q4 d% ]+ W' x9 u$ |
  11.         {
    ( U$ X% Y  [2 G. e, C# F3 Q
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    / F  ?& j! n- ?4 x0 C% |/ h
  13.             return -1;
    * G7 s/ C" j9 U1 N. z
  14.         }, @( _# t3 }& t* R5 l3 k8 Y' r+ X
  15.     int on = 1;7 P( q4 z2 [8 d. q! G
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)" i7 Y8 p. y: Y9 s! b' S: H' t
  17.     {
    : R( p) j( V9 E4 W! ~6 E9 G
  18.         printf("setsockopt error\n");
    2 B; u* Y, w3 R7 t' M
  19.     }
    $ l- Y1 a: _) [0 w# d$ E8 K
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);) W3 D0 j6 `- b! R/ z
  21.     if(ret == -1)
    7 _5 B2 q' _2 z: t4 C/ L
  22.     {
    . y8 I* U3 b  ?6 R. [
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");3 e* J" A+ d3 a8 c' \3 C
  24.             return -1;
    ! x0 @+ a% W- k3 N$ L# L  Q8 J
  25.     }
    ! m" u+ |/ C2 V/ E! c( g
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    + Z0 Q( {) ^5 u/ H9 K9 X0 S
  27.     {1 E* g1 m+ ?" m+ q; Z
  28.             printf("Listen failed!\n");
    0 }; a4 M3 a9 p& _
  29.             return -1;. b! R3 @0 K  J( g& C) @. ^
  30.     }0 E+ q7 [  H9 ^+ P
  31.     return 0;" ~! _' U# v3 D8 h7 j3 Z; T/ t' x* {
  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);
    ( O" M  U! }6 @: V" d% M/ ?) O, v
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)5 v2 E: x) g/ R* n
  3. {
    / V2 W5 [& {2 O
  4. 。。。7 G0 G* p2 }+ p
  5. while(1)- Z! e& L9 _( }# v
  6. {8 n5 a% A# M$ Q0 k( \# R
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
    9 b1 Y) {# |- J  O
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
    2 |/ Z, R% J2 \0 o9 r0 d8 J0 v
  9.     。。。
    + u! v: @. b* h
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);/ a' `  U% e# \* |9 j* S3 u
  11. }* p4 p# z4 p6 a- s  ^
  12. 。。。
    * \: ]6 M3 H# q5 s- ?
  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);8 v* |3 R9 }( J0 ?8 P0 O
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;  O9 F( L- z4 a& Z4 N
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
    * `3 O$ X8 i. z- x) t  \3 }7 M  {
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
    / U/ v1 E! Y; T
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);5 J. |' `- A2 `  N/ a5 v
  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;
    2 [2 t  S* R& V9 F+ D9 M, B0 O, _1 k
  2. pthread_cond_t pct;
    3 e" j2 z* ^7 Q8 D) N
  3. int main(int argc, char* argv[])+ Z6 Y( {, |6 e1 [. z- m! d. ]
  4. {5 t2 G+ |  Z! {3 _
  5. ...$ w3 b6 z5 _+ }+ M2 Y1 `" f
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);! ?* z% s2 G- j/ D; M, p/ I$ l
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
    * r7 M+ `1 H3 f" s
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);, W6 k; U: y& D# x6 H! B
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);0 d% V# g, R  L& y  \% V* x; m, m
  10. ...
    - ?4 O& m( X; p/ B( F6 h7 k) K/ x& F
  11.     while(1)
    ) Y7 G% k5 B! O- B  y
  12.     {: h% s* o1 u( N" J
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    2 s) u' _) m4 z" ?3 ~
  14. ...
      V# u. T. W. Q) n
  15.     }- j8 {& l* u! C: [4 `4 A
  16. ...* R: T* t' t$ n0 A! A
  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;">! I  f/ ?7 Z5 P9 S
  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 V# S0 ^4 |; o
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \! X$ [% C& {8 N4 V$ c
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
    - ^. [/ c* d8 a/ u0 J
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
    ( [1 p' ]' J# B7 A; C6 k
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
    * B; Q; ]% i& M5 |6 {
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
    , t, x1 k# x1 ~. w8 M) |
  7.     printf("preparing header\n");
    1 v' i1 n6 J3 N! k% x% O8 P9 M9 `
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \* m3 W$ Z* J8 ~8 p  X
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \  e2 o2 h( u5 x4 p+ i
  10.             STD_HEADER \
    & F' m4 w2 [: U- m
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    2 w- P* K  C5 C1 n) d
  12.             "\r\n" \
    5 w6 }: E8 q! k
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");/ H3 Q( k& D9 ?7 a1 `# X
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)$ n! R2 ^9 c  d! I2 k8 L
  15.     {7 d. h4 t" T$ c6 N9 I, O& W$ p! T
  16.         free(frame);2 G' ]# d0 U! K; @4 L8 r/ _
  17.         return;5 Q" c( x. m" N
  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" \
    ' c& ~; q3 i0 h$ U2 K  F/ A3 a% F, i
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \4 F3 Q4 G) C- e
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \; {* L  |; @1 s2 B4 h) _
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);. C; m# ?0 w# K  M8 Y/ c8 n- \( Z- P
  5.         printf("sending intemdiate header\n");6 x/ H1 l' N: @# Z' G. v2 a  j
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)/ W' E0 O4 ~. }4 y0 A
  7.             break;
    9 H/ q" y  Z: T) i* ]9 r: w5 E
  8.         printf("sending frame\n");
    ( |" X9 J' u$ _3 q6 z1 ~5 x
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
    . p' K/ `: ]4 ]) c1 b1 p
  10.             break;* m& U; X3 f5 m7 e" t6 ~
  11.         printf("sending boundary\n");5 e6 w( H5 H: |6 W( P1 E5 E
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    ) j+ {0 ^5 h# |( J# _# y
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)# V% h8 V: X$ D( }$ y
  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; M# N) L" z

3 s8 x# `! q* p+ `) W
二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:( A. l1 x" g" ]8 ^0 ~( _/ t5 t
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
    2 C3 O& ~% R0 g, n# ~. ^
  2. {6 f$ n0 h6 z6 F) [9 L
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    0 ]( t9 I, A5 {0 ^
  4.     if(*socket_found == (~0))
    / B5 D' i  H4 ]9 C# l, A
  5.     {
    $ }4 A  _1 I5 Y1 {( ~& e' O
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");+ k, J6 R% K5 c/ q3 P
  7.         return -1;: J, q6 r, L! {. x7 L0 c& c9 y! ?
  8.     }/ a1 s6 |; Z) R$ r
  9.     addr->sin_family = AF_INET;
    6 S) L6 c. I  R* q1 P
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    9 {8 [- {/ i  w/ Z$ {, o
  11.     addr->sin_port = htons(port);% D! i; n  ~. b3 ]4 o! y
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);* n- l# E: _, r/ Y( m
  13.     return 0;8 U) F1 l4 R6 `3 d% ]( Q
  14. }
复制代码
+ D+ K. R% T$ B2 e# m: c* N

6 ?+ z7 F- w6 Z4 _# {& a+ w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:3 e- ]6 u" z' V0 x# s

7 m: j! h' L# }/ \; ~7 N( g  s! U" J4 H. q' c, m! y
  1. while(fend > 0)
    8 h& e% T& Z% q/ L. j4 v/ Z6 S
  2. {5 o. _* h! a3 C( l  n6 J
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));# P0 T$ j* L9 T% N
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);4 S* r) y) Y! O3 p) D
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
    8 t6 w6 ?" v, ?4 W; \' u; W3 Y
  6. {0 q5 ]2 W& v3 v7 f: g$ M' L
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
    - o  n( k+ H1 V5 _1 I
  8. picture.fin = 0;
    ; L/ d" X$ t; Z& X
  9. }" I% P, ~& @* C& I* _0 ~) z
  10. else% E$ {, B  x& m* J1 z
  11. {  ^; |* T; ]3 \1 A+ v' v
  12. picture.length = fend;* f( D, z) F: z* R" Q9 B* s1 K
  13. picture.fin = 1;% Z( }4 X- `# c# {  L1 s
  14. }
    ; L; ~' Q; p; F6 t- s0 D
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    2 ^8 J2 r0 `& ^6 T+ R
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);& O- S2 ~9 j4 ^
  17. if(sendbytes == -1)/ H# A, _* x, S
  18. {
    ! _( O- \/ J3 {% X9 W8 D1 ~
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");$ V' F3 ~, j6 H9 r- }( A
  20. return -1;7 `5 W7 i1 e6 D
  21. }
    4 \; J1 l! k9 V- `& X; E% S
  22. else3 m4 T! `8 b" F
  23. {8 }! j" _! z% m: d( U- n
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;: {: d: l% a1 A* N% K
  25. }; ~9 J* Y! N' z' X
  26. }
复制代码

, X  W+ W/ M/ C" @. a3 K7 C* H4 L6 e- q6 P# }7 k  K0 X


7 S# k/ ?7 `) Q* }5 g
3 X" a  L% x( z, B0 }5 m# r$ MiMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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