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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
  Q% }' J* ?, J1 l; _  g, Q. ^9 ~
7 b# w+ w- S+ c1 @. k- E$ K


. H# w  R3 p8 O2 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
) \3 w$ c7 O, }
$ T6 o+ n" s9 {2 F2 Q

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。


: D- d  [$ ~5 ]) r. Z


7 W5 n- `3 A% G. R. g* b$ _

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: [% A( i5 k4 j* K

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 _) q5 Q' X/ s! c% Z* M5 w/ f. C
一、HTTP网页服务器) I+ k) D* m/ T) h6 z" 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)
    7 u. R) i4 r4 _  U: c& ?0 O
  2. {
    . T! K) T4 j0 c+ ^$ C" f; m* t( R
  3.     struct sockaddr_in servaddr;
    * b! J* r8 R9 t) x) ?% K( d
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);; U  D; R# G4 @1 E+ |
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));+ }& L. E1 m6 O* D9 H
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
    / l8 p3 ?$ h" M( r4 O% ?( ?6 Q
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);! j0 T0 |! j: R0 S- U* m% z* J
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);/ B( \$ c0 `/ C% _3 @
  9.     int ret;+ {8 |0 [( h5 Q2 {7 @) S! y, B
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)2 e) m6 k/ S1 _/ X( k6 ^( o) Z
  11.         {
    " j3 x6 M) Z. {* N7 H9 A
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);0 I& ~) p2 m$ F( f
  13.             return -1;
    % G& W0 Y8 Z% t9 C" u
  14.         }$ Z1 [6 W& `" a# E
  15.     int on = 1;
    7 R" u1 x/ v3 c! d# Q& i" s
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    , v5 k4 [# J, M$ X
  17.     {
    / |9 e, t* ~+ `  v  T3 [
  18.         printf("setsockopt error\n");3 R. \, V" H( J6 G' [; z
  19.     }( J2 w" B7 {4 U- b- l
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);$ M# D! Q( a( Q7 m4 B: w
  21.     if(ret == -1)1 s$ V, i" [$ A( Z
  22.     {
    2 V+ L* E7 x: C  ~+ F' C
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");1 w( d% k- d6 p# c* `
  24.             return -1;: P4 T. O2 _1 E7 K+ t, t$ l
  25.     }" s& B. n* E: Y0 O& ]9 w
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1): T# v; E" H$ r- J
  27.     {" y  H; y& d6 c1 N$ B  A, P
  28.             printf("Listen failed!\n");
    - F' b4 f- ?) f( }9 Q" y
  29.             return -1;
    . _5 T/ c: L! @/ i8 F
  30.     }! Y: z# S% _9 y5 b' G, A/ ?
  31.     return 0;+ [- n1 }0 X2 r
  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);
    ( i: ~" M6 B; `, }* U
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
    & s. U& j5 z6 E+ v* w/ c
  3. {
    3 R0 l' J+ X5 K* d
  4. 。。。8 y8 `* g8 }2 _( d8 ~9 }
  5. while(1)0 N& l5 l) h2 ?8 ?! b+ l
  6. {
    : I1 D. @5 m& v; w; h4 y
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);8 x# K4 [) y2 D* I& S1 X
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
    * W. c$ D% C& U$ s
  9.     。。。* b' }9 _9 v1 D% m
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    ; a. _2 W& Z! C$ D( c  ~3 B
  11. }' _* a% @2 l0 w* F+ S
  12. 。。。; ?; _9 j  J9 i6 Y3 d" L4 n
  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);" j  R' r( l1 I* ]/ s. k6 n/ R
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
    4 a1 W3 [: b7 |& I. F( J0 @9 R
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;7 P" ~2 X/ r( q+ z
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;* o2 Q4 V- `4 K) z, u6 J4 |
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);' M. z% h. d6 `3 Y& o& b
  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;0 ^1 N% a# V- S1 K6 U
  2. pthread_cond_t pct;
    , ]8 z- o1 X1 b( e; Y4 l& }; u& |2 @
  3. int main(int argc, char* argv[])8 x* D  d) }2 [* d& l7 F
  4. {' Z$ W9 X1 Q) `# A! D4 M
  5. ...
    5 z7 q' Y6 i4 _% i5 M
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);9 w7 U% ]) ^( m) y' _$ M( @
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);4 g8 B) }( _6 i* \+ h0 P
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
    ( b3 o2 A  j, N* g: W
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
    $ F* x# I3 F( ^; v5 N  G
  10. ...
    ; c% S8 L) u+ O1 v/ l2 ~
  11.     while(1)
    ; c, z# `+ }+ G
  12.     {7 L/ x/ |% v0 f* \) n! ?! L( I
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);7 j2 b$ O; j8 C0 a8 R0 B
  14. ...- h- ?7 X; X- H* {" C! ?# m1 i3 _
  15.     }5 |+ t* w4 ^/ b% c/ T% L3 I) N/ i
  16. .../ A2 R) z3 x9 m8 L/ 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;">: y5 I' W- Q: N- ?$ l/ W2 q: K
  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" \& N: r4 h5 i  _9 V3 Y
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \) H& I1 D" o. \: m2 x
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
    0 H6 m( H* a- M$ W# G! A8 H
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \# [+ a, {* H) s; a; I& t
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"9 H( ^$ ^' M' F$ n" K
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
    & g; f* [6 @/ F4 i( |; u
  7.     printf("preparing header\n");- ^  ~3 p2 Q! e. }- G( }  f
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
    ) d! f+ h/ s2 v( {3 e4 K
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \& X/ y' N; K9 l
  10.             STD_HEADER \
    8 a% h1 [- @- O$ B4 v% p7 l3 `
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \  A5 b* B) B* F4 ^# D$ n
  12.             "\r\n" \/ b- }. g; {1 U4 c) ?2 y
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");  J: s: l! G; K/ d- l6 M
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ) a! M5 l# O7 x' |) h* D
  15.     {
    3 S0 s  M# a7 n6 w+ E9 [) M6 i
  16.         free(frame);
    $ Y2 R( A- s1 ]1 N# J; K; {, I6 Y
  17.         return;8 A+ }$ R& y& e  t7 U
  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- @3 o" Y: _
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \  |5 s5 E6 C; V8 _% M  p
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \6 I9 g0 J  ]( Q8 t2 ?
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
    * |$ ^/ x, y. M' s" [2 n  N
  5.         printf("sending intemdiate header\n");
    1 t! n7 [- {5 S8 `
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)( H; I) W4 r3 n; y! e
  7.             break;! l3 ~' |0 \8 z0 L" ~
  8.         printf("sending frame\n");
    * e/ w4 y- s( r7 \& l
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
    2 y6 ]! H; L$ N+ J6 G4 F3 ?
  10.             break;( Q6 I! d: u( F5 a( B% i( \
  11.         printf("sending boundary\n");7 y& q1 }5 U$ W
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    9 B2 i6 `- Z5 K& S4 F- v
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)0 n, A; _+ P! M5 K7 z1 C1 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。

( }. e6 w8 m! j. U6 r

7 N" H6 i" R% l
二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:: d9 O7 m! f" ~0 V
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
    $ L3 V0 N- _  K; X  u# w3 O
  2. {5 I3 t' o0 ?3 P4 P" s
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);6 R" N( K$ D- W4 y' J, x/ g* h! s
  4.     if(*socket_found == (~0))4 a# ?  I% \0 \
  5.     {# p. t" H3 S8 X; A/ z) o: s$ I- Y
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");7 U0 _% Y' Z8 M/ u8 V* R2 d
  7.         return -1;
    . U5 p' j; C* P% t  S6 K8 f
  8.     }! M2 X2 W/ c, u" t% s; A* M/ f. {" ^
  9.     addr->sin_family = AF_INET;
    6 w5 [) ^7 r9 B
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    2 n$ ]' _! ^; r: B3 V) a) m1 m/ q
  11.     addr->sin_port = htons(port);
    " B/ t' S! F) v* m8 t- Y& ], l' m
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    9 J- k4 q9 Z2 O& n4 ~/ w
  13.     return 0;
    . G6 Z  h6 j' h$ Q& v
  14. }
复制代码

: {& E( O. K( H0 t- y# x: k
7 y) h4 U' y8 s4 @  k% P, a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 h7 x& g4 D! h: I4 |

$ l9 B- v& H6 E1 N/ ^$ r+ }9 {- r7 u2 k" J" O
  1. while(fend > 0)# N* X+ B* O: Y0 B* y5 [
  2. {. g8 o9 \) A" X6 M
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
    ) `: r2 u% T4 K. b: R- f/ w
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);  T  f5 C* Y9 M; @
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
      C9 j' [" ]6 v. v" ?' }
  6. {' s/ I5 x; M6 z8 f0 l# z
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;* w% S' i1 |) A" T7 V. B
  8. picture.fin = 0;$ Z# ?9 b$ N( F' K2 e' {% q' Z
  9. }$ a+ t* k  I3 }9 a& r; o" S( _8 K
  10. else2 p2 B% Z  C8 s( H  f2 N
  11. {" \: L* E2 @# d0 g2 c6 R- H8 R8 J+ J
  12. picture.length = fend;  O8 t' U0 C6 O( t! }: ]
  13. picture.fin = 1;
    9 O, G1 X2 q+ a7 \  j* S( E
  14. }* }* R' J& a; L% e. Z
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);" V4 L3 C  G! l$ V! z8 h% {9 r1 f
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);- {, w+ I' |4 ~
  17. if(sendbytes == -1)
    , |/ |; v, b# ?* F! I% x9 `: [% a
  18. {
    3 A' }3 G- P8 u! U" m9 o- \
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");$ t2 L5 w# L* n2 G- ^' y
  20. return -1;4 |) y, L1 o0 W
  21. }& `/ \8 t5 [7 C, @7 z" o% x# i0 d
  22. else, F/ v0 Z4 X2 J
  23. {
    ' c5 j  X& h9 }* u
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;5 E, \" ~5 M6 F' U
  25. }+ c$ M1 Z9 y: E2 |
  26. }
复制代码

, G& ~, Q* G$ `! x
3 U: p  D3 u8 q$ X' M7 L: j


6 D3 ^# d( n& P& F: v% z; O# T4 l
) z! G1 m2 c0 q6 ~; d! Y1 piMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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