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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
) H4 A9 Y  J& T1 x7 n
% ]! n; M5 l' }. i


% j2 }- I9 m2 R4 {2 p

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
# @- P4 r( t4 F- _9 @  d( ^9 J$ Q+ D( j# H4 r3 P

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。

. f7 q2 h0 g8 b& E


" N4 h* ]0 p+ n+ F4 Q$ b' X

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。

    * Y/ I7 y* e2 j. W& ~2 @+ e  a. O

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 w( h, G( \9 k  o' G7 j/ m) x
一、HTTP网页服务器3 n1 V1 P  ?" Z1 G& r1 Y8 A" U) b* S

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)
    / e( z; r7 q% g
  2. {8 s, k& o: j! t8 ?+ l  q: U
  3.     struct sockaddr_in servaddr;) F% c; m9 c, y; l; {) f5 z7 y
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);3 X" V3 e" g% l  ~3 G
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));" r3 g- E# d: N( W6 }: V* E
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
    - \) ~: n$ [5 t6 w# a' I/ Z
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);# F5 i8 l2 z& C7 {, |: a
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);5 z  s: g2 \1 a; K  G
  9.     int ret;
      F0 ]7 `( `6 e3 u+ k$ E( M
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    ' r. g" ^: W$ x' V2 |
  11.         {
    ) M2 G# N; z, U8 E6 E/ o2 O3 v/ F
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);3 l" @7 J2 f, U! ^$ b1 }
  13.             return -1;
    + Z( C9 D- ^. _( |0 y# ~
  14.         }
    ) B/ J* I' X  r: w' l+ G
  15.     int on = 1;' ?! I0 c3 u4 v& N; [4 c; `) j
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)1 {/ |( M( d: N& Q9 `; t7 N* A
  17.     {
    & s; G! t/ B" f$ r: N& i
  18.         printf("setsockopt error\n");
    $ V# ]9 G6 J; z! f7 {; K
  19.     }& m8 O6 D- r2 @
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);1 E6 e5 C6 i( D; D/ l
  21.     if(ret == -1)
    3 T( g; R: L1 e# h9 }
  22.     {( g+ k4 R% r- `! V; ~
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");" J! J7 `, E4 A8 Y1 @! [
  24.             return -1;( t& p2 G5 j' W
  25.     }
    / s  j0 F, }" f4 O" l  v
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1). r) N; A8 J  u( X# v
  27.     {
      p% |4 f8 O) |3 Y3 \6 s
  28.             printf("Listen failed!\n");( M' O* a  I8 B& g4 x
  29.             return -1;- P3 I. G- V# E
  30.     }2 o# ?; h" N& d: \
  31.     return 0;
    . U% R+ S$ b; T+ [
  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);
    / ?" W# L% j* A3 W8 u$ X5 n6 F
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
    % {6 q' A& n# Z9 F
  3. {
      k+ Z+ W7 s3 e+ H
  4. 。。。8 u3 j( `& M3 d
  5. while(1)* }: p$ B" S1 Y( X( t: A1 m: R" [
  6. {
    7 I1 R* H1 o* Q4 J
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);4 ^4 ~" N+ R. q. Y* z' C: Q
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
    * w( C, O* `6 Q9 U
  9.     。。。0 a6 N4 N9 a- B& ^( z1 J
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    * M5 I1 Z+ \, ?5 {
  11. }2 [4 O. b6 D! z# W/ u
  12. 。。。0 L  l: K' t/ F7 `
  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) E0 H) A* |
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;! h$ A8 Q# }% K3 s# J- S3 H
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;& \( x) T: R% Z+ x
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;; H$ u; A- O7 x
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
    3 Z6 y& D7 G, T0 z0 a
  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;
    / J0 b6 j" Q) \
  2. pthread_cond_t pct;
    " \& p. g$ s& O) F+ e
  3. int main(int argc, char* argv[])/ h; V" A" `, q* L+ z/ ?5 v4 t
  4. {* M/ y7 S  h. @. q3 Z  M
  5. ...! a) {6 A: t5 d# O0 o3 J
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
    7 {( e/ h8 @7 F6 ]* T" d# L
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
    4 c. B- ^/ e4 h% F# j
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);, X1 M( v, r1 |8 _2 \$ H& U2 f
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
    ) s; `) y* @: ^) b
  10. ...
    , A0 g) p9 a2 u" U) t3 [
  11.     while(1)9 t& d% u! }- N0 V
  12.     {
    ; A- R4 F- z- \8 P4 {: s9 n, B
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    + y9 j+ n5 E+ U
  14. ...
    / U% a! e/ M2 E1 r
  15.     }
    4 L: R5 f% u' x8 j$ o; K
  16. ...
    ; S- o5 o# Y$ `; i; ^5 t
  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;">
    & s9 Z$ z. I8 {1 E+ u, m
  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" \
    & c6 M8 a& ]  q7 R+ ?+ n+ n' z6 ~
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \4 T# M) r/ C7 D
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \# q" ?8 l  `3 x) v# v; A0 \3 P
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \( M5 P+ R# W0 _' j+ E- G0 h7 D: k+ G
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"1 p3 d3 v" N+ Q, \6 l( ^$ r! K
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
    2 c# P2 z) @& Q# v7 _
  7.     printf("preparing header\n");' \3 F3 M8 L7 [2 T; Y
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \/ }" w" \# C9 `, O  O) T
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
    1 c5 U" R3 |! A  F
  10.             STD_HEADER \
    5 e  L5 T2 i+ h: i% o2 G: f$ r
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    2 I, O8 q' q4 I0 S* F3 p1 V$ L* Z
  12.             "\r\n" \; n" B/ Z+ Z! f. Z0 i' M8 x7 C
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    - \" R4 Z$ M- E/ O6 _/ k
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)" r) S! m! w! P) S' \4 t5 y- b; J0 J
  15.     {/ y: {8 C" z4 s$ _4 B4 T
  16.         free(frame);3 |, ~& b- N( J3 J0 R
  17.         return;* m  O7 {$ B$ E; E7 f0 Z* t
  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" \/ l$ E: \2 F0 s
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \! [& t. q! P0 o! o/ w4 E
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \% v9 n6 H. `' c2 j5 F: e
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);8 K) Y# Q3 Z$ H2 @: }
  5.         printf("sending intemdiate header\n");! h8 Y2 W" t& u2 G0 Q* |
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)$ ]# u8 e2 L( |; j6 `# d; L
  7.             break;
    7 j1 Q& `5 ]6 M' Y' r- x1 c4 L" T
  8.         printf("sending frame\n");/ Z3 f2 W) h+ n" @; F8 j9 m8 q  Z
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
    - F8 C" g: G7 C8 _
  10.             break;( \- X- U0 f5 p3 A  G& ^/ k
  11.         printf("sending boundary\n");
    9 L  w+ o, |) P) `
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");7 I6 X! C' p1 X: I
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    * y# C/ F3 Q  |
  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。

) ]: |7 n5 q  Y* l; w; D: f


  W( n1 s6 Z* R+ O, m' K1 p( u二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:4 {- \) `  U1 {8 h  D
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
    & j" E; W3 |4 {% J3 y: u6 v" H* z
  2. {
    4 X* a/ V/ \- m
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);, c& S& @; w- _+ k7 E9 n
  4.     if(*socket_found == (~0))! n4 s6 V- X& S: h! ?# O
  5.     {
    , W9 `' H: E, {3 T' f& Q3 w
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");1 v  i# R0 K$ C% n1 t$ P# ~
  7.         return -1;+ P$ B, i0 u  D
  8.     }& z! h. d; V! ?$ f
  9.     addr->sin_family = AF_INET;
    # D3 w( z: p1 X  _, S9 q
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    " F8 e# i' g; t( M: v9 S% z. Z
  11.     addr->sin_port = htons(port);
    6 D5 ~" m2 J6 D, O
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);! o; I0 z6 e: M6 O
  13.     return 0;
    1 A1 Z5 Z# R- E& K
  14. }
复制代码

& k# o; @/ s2 Z8 ^+ V' X1 S/ c$ M( P, Z$ R
0 R% L  P5 U! r9 |" n+ V1 g3 I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:5 V7 x: c; `$ w, m7 j

8 r: v& V/ ^4 W# w3 h# ~" r5 E$ H% z
  X8 A% ?* G7 y1 Q" v* \. e$ s! @
  1. while(fend > 0)' J' @( d: W0 c4 D
  2. {
    + K7 K& g7 a9 s
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
    ; A3 e. R5 `0 j- f; }
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);0 J$ B( C) w3 j3 I8 G
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
    $ ?; F. P/ x1 T
  6. {
    5 H+ `+ q1 e' n, O; K1 K" i) G: t
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;- ]3 q3 t0 o% l
  8. picture.fin = 0;
    . Z; _8 P( `" @% L* C7 P
  9. }$ ~  Z9 V/ @; ?% i+ V1 n- s& K' H: r
  10. else
      U! O! a, Q# O0 K) i
  11. {! A% C' s3 b1 U6 W2 A/ C4 Q6 i. d
  12. picture.length = fend;4 u  o/ `% g% ], _( t) B# y
  13. picture.fin = 1;
    4 J0 [+ J2 p* y
  14. }
    # c: ^/ n4 h8 M
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    % ?' s& k4 N4 J; c# k) ?3 J" Y$ G
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    , i! `8 J9 ?; @1 {- D
  17. if(sendbytes == -1)" I  U0 D: m$ J- K
  18. {- Z! k' ?( n1 a( k
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    7 W# T( e, C! U. M" n2 |. }+ |
  20. return -1;
    - q7 H3 g1 B# O! i' z- H( r3 R7 B
  21. }
    : d" e+ s) {' {( o$ ]; H' w/ K6 J
  22. else9 D: u. E: B$ ?
  23. {
    - X; P, f4 l' j* i
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    # Y' ~* x2 a. r5 ?' @
  25. }7 F6 d( o5 f2 t5 E3 x; z
  26. }
复制代码
) ^2 L) V4 b# `/ X& v

( i, M& [1 ^6 y5 H: v$ t1 p' X

8 s: c9 R$ \9 o: N( d! s! H

: u: W2 |) K* m, z! XiMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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