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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
0 }- Y( t! b( |2 j# O7 D, K* D+ @
, b$ r  v, c# \% J


+ J! Y/ B9 j+ V% q

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& P0 q  n: ^: i( P4 q" o' ^* m
% x' X2 E8 D  C' W& E* F  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。


. n' g5 ?2 \$ J; W- J2 \2 C

  P  B5 q, ?% E, c! [

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。


    / B$ M* U, R0 J8 w

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。

. z2 C# i- g7 b+ l& p+ ~
一、HTTP网页服务器
0 ]# c" K) }0 `$ w" F8 i: a

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)& p# G7 Z/ L, I6 ?# w
  2. {
      @" f5 N. k8 A2 a8 Z4 D
  3.     struct sockaddr_in servaddr;- S* j/ |! H; j5 Y# a2 [
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);% @6 V' M% ?+ {2 I9 N) }: e. ?
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));5 X. D) _3 Q! @* M& i8 }
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
    3 M9 y! I* m4 R" q, q( x8 v) `) j
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);9 \1 L0 u) d4 y5 d2 E( O
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);
    7 o( Y. E$ Z. u$ K% j
  9.     int ret;
    8 g) a) q$ ^/ i% B  @' u0 i
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)0 c1 A) h4 {, {7 k2 h8 H4 `' J
  11.         {
    * u* S: W' I! E; x
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);4 V; v: h0 H5 o9 S% E2 j
  13.             return -1;
    : R9 \3 k" K/ Y
  14.         }
    7 b' I, h7 B; t$ B" D
  15.     int on = 1;
    ; a! n9 }, H. V6 y7 d
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)" [  c* {1 F! y3 f" A! }# S
  17.     {# V3 x. C9 w) m! {7 n% ]3 p; E
  18.         printf("setsockopt error\n");% {+ o' [% C  m
  19.     }/ s; I/ \% k. {9 q' F
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);% W" q( k" X3 f' w( P# s
  21.     if(ret == -1)# R- D; w" E- O, b. [+ X
  22.     {
    # K% l0 I% N5 A
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
      E- r+ b6 U& S2 V; e
  24.             return -1;
    3 p8 Y  j5 J1 j
  25.     }/ x- V) ^* u5 `3 N3 v' q8 X
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    , z8 ^3 F) n. J
  27.     {! v. Q" @5 _: e* X
  28.             printf("Listen failed!\n");
    - Q- j" r$ `5 u: E, y$ ]! c8 C# Q
  29.             return -1;, I# |( `+ o. b( `5 B% j5 Q
  30.     }* A, C5 V% T6 R" b- n1 d
  31.     return 0;
    ; ^/ K2 h- x$ _  C$ w3 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);
    5 V  W8 G3 e3 r, u
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
    " l7 Z( e+ W1 T
  3. {
    ! M: e7 m! x1 \# H( T* @0 w  }2 j7 f0 [
  4. 。。。3 z' A* w) V, d
  5. while(1)8 Z2 q" \0 |8 P8 k8 [7 E* \: g
  6. {6 f7 _+ n& R/ l% [
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
    5 o6 X6 {8 v* i* B. @
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
    5 e9 ]$ |$ ]! y( R( ?. N: m
  9.     。。。+ m; }. a! w  D; Y
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);& u+ c# N5 l: X$ q6 j
  11. }
    & B3 G' O. N, A6 @, e0 h3 ?; z
  12. 。。。0 T% c; r7 o; Q; \
  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);! H% S) e! i/ M
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;* x* w; y( V% s$ z$ \! H
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
    ; t& b) ]. X0 Y  \% Q9 j6 ~
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
    * t7 p9 I' q% C* m
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);$ ?5 _, w1 u, x  s' P: K% `' d
  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;
    ) v1 C  @9 n* y# r
  2. pthread_cond_t pct;# w1 q* f% g7 h" T1 V
  3. int main(int argc, char* argv[])
    ! U8 Y$ _) r" Z- a& u
  4. {  q4 f% ]) j9 ?" U- E
  5. ...7 a: V+ k& L4 M1 W
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);" H* k0 j6 J" }) B6 n
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
    2 Q9 m# i) s. @0 O
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
    $ N1 W. H  [3 q' M/ G+ `" Y* V
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
    $ ]: @. l- v2 E7 a$ n+ q7 X
  10. ...0 O! z0 u: _! U( b7 c/ s+ ?# u
  11.     while(1)% Y' U: ~6 I. e( ?1 q1 c
  12.     {
    & Y: W; ^- L6 s2 q2 P& o  O7 f7 }
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);# ?$ Y  C) Q/ L7 F! z
  14. ...
    5 ^4 N! a# D$ C; e" o
  15.     }9 n5 E- y+ r+ \  j8 Z
  16. ...) a: Q" C& A, N* L( |( f
  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;">
    : D7 t& _) z7 @6 G
  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" \% J2 ?) T8 @6 R
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
    2 w: O! l$ x5 _# n6 H
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
    % N* s4 I' i) ^6 I  Z- `0 M7 v
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \6 ?" I4 d4 m5 V( f
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n") w1 r0 ^- Y) D# ]2 J
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"7 Y" D+ q6 F4 P$ `( j/ @
  7.     printf("preparing header\n");
    5 N0 L+ a5 }/ s& }) w% [( P  ?
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
    # H8 W1 B+ S# c9 ^
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \* A* r$ j0 h( i9 t) p1 D
  10.             STD_HEADER \
    & F1 E! p0 T) u9 [
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    / v- e% y5 G9 t. X7 i
  12.             "\r\n" \7 m- F$ [  |2 h" H- l/ q/ z5 G
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");4 c5 P3 ]  x4 c  _& C5 a8 k
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    5 }- Y. x0 G: @: ?2 @
  15.     {2 v! I: l! B; U: e0 l/ [3 U
  16.         free(frame);
    / b% O! `0 g5 F6 i! V3 a
  17.         return;
    5 s( a2 Y' f+ u1 T- i- G0 h0 \6 y
  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" \
    : I8 J' M! k. g# P$ E/ s4 O
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \- X$ p3 n6 C" c/ _" i
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
      W* O; |1 S$ J; F6 h
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);9 Y5 t% U0 f/ a" R# n' }' s- J
  5.         printf("sending intemdiate header\n");
    : J- C0 a  O; ?- f4 j
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0): F- @- \: t; B* L' [) Q) N
  7.             break;
    % V  e6 p$ Q$ P( I+ o3 c
  8.         printf("sending frame\n");
    3 b2 b9 W/ C5 G$ ]" d! H0 S3 z
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
    1 ^! S- [' i. U3 M5 D
  10.             break;
    + f+ y. C! A& a
  11.         printf("sending boundary\n");
    $ c& |" j" w8 @& W5 r
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    7 B4 h8 y. V' z. u" V6 T
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)6 K, i! H% ^4 y% f/ z( ]% K
  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。


6 C& ~% N5 P+ A; m' X4 t


% G# n# l2 w* F8 W二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:) J# }$ `4 |& B- m
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
    ' X% [. F- ^" A. Q; ~+ F4 F
  2. {6 a8 C8 f6 a% ~0 k$ Q9 b
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    & Z$ l% X) e, _& `
  4.     if(*socket_found == (~0))
      q4 Z3 O4 u* d1 [/ h
  5.     {  V' n. D7 r7 S1 a; e9 ^
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
    7 W! u$ Q; }5 i% D% U) O
  7.         return -1;: @7 l* h8 i. I& @
  8.     }; m8 V! W3 }' Q( i
  9.     addr->sin_family = AF_INET;! ^/ d" i: B, J; s4 a$ ]- c& H
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    0 l5 E9 F! b6 r
  11.     addr->sin_port = htons(port);# F% X% l. l+ _5 V8 s9 _- b
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    6 e/ P" J: T$ X( y: R  a
  13.     return 0;
    6 ?/ F* z; c3 u- _; X
  14. }
复制代码
* I9 }! v% l9 v5 s& l1 f  S
' J5 d# R, `6 u
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:
. ^( u5 m/ c8 w) h1 ]* G4 O8 a1 a

1 F/ t0 D3 s9 A4 F- P" w+ p
  1. while(fend > 0)
    $ e' @+ W, q/ L6 o6 u8 I8 o0 g- B
  2. {* C. y4 c5 F5 m; `1 ]1 B
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));  M  G# K+ K2 B
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);; y: |3 C- i7 V! K* f4 A
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)  F  P, v" q9 H: V$ ~
  6. {
    7 a/ S( O& K% @
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
    % W$ O/ F+ p" K& G' J5 m& B6 k- G
  8. picture.fin = 0;2 A" Z3 \) P* W% q+ K6 E
  9. }
    % w8 \* D- k7 R, V3 L$ v  g) `. R0 v
  10. else3 d. D6 g8 z/ H$ l2 M+ _# I7 b
  11. {2 ?7 a# W  ^( [$ w! c) \' Q
  12. picture.length = fend;$ k; o) h) C( ]9 ?
  13. picture.fin = 1;
    0 j. u* C+ Y: A) [$ x  q8 J
  14. }
    ! v& @1 H' T" C! x1 b" a0 d5 l. S
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);/ E. X. ^& K* C8 x, j+ G" D- C
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);/ S" n- Y" M+ i) H0 Y
  17. if(sendbytes == -1)( u: H6 o6 _- |& f6 W6 x  n4 x
  18. {
    , G) T1 H; ~6 [3 r3 C: f6 F  x; b/ j
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    - E( G0 R( M% J5 [8 [
  20. return -1;
    2 ]7 S6 Z+ x0 M, I& E5 x
  21. }
    # ?, K& q. |9 ~
  22. else. c; n" x9 H3 Q5 T
  23. {' n3 E0 l. \# Y8 w; G& ^
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    ( U3 {5 H/ ^* }( K  |
  25. }, k$ B1 B$ W. |; p
  26. }
复制代码

6 m, p0 b- ^' F  U" o; S2 ?1 q$ B8 L, B

( B$ r- o* H. X9 A( i6 Q. T
& \' Q3 y3 P3 L$ w- I6 x5 r; U( u/ M
iMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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