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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
$ I( d) m- G1 E  J
# p2 E# w/ t# y1 i7 c$ v6 ~+ N, a' S

0 R5 \; C4 K+ }" x& v9 E: u

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
( c' ^/ r/ u! z6 l$ n1 k; x9 b2 w  ]' |

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。


, G# f  _4 x0 v5 ?$ ~

. L: `6 ?$ K% |% n: ^

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。

    - s6 [$ v) e* R! ?! Q& ~

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。

+ t  V  \- T/ |7 `& j; H# f
一、HTTP网页服务器
  _+ F7 M  A0 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)
    5 b% L' s+ ]5 c, }1 f
  2. {% Z1 ?3 o& Y+ `1 n7 Q
  3.     struct sockaddr_in servaddr;
    * k& p$ v5 w! W! \# F. Z
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);1 J3 C! s; M; R: S5 Y
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));/ K' J! f9 R6 R3 b9 S
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;, _$ s4 [  f6 I* [( L1 a$ n
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    4 H, k6 P+ ^" M- r; n0 ]) B; |
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);4 N/ g$ U! d; I/ n2 x. _2 M
  9.     int ret;6 B" z! h0 L$ a5 q0 m  N
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    ' _  n3 _; N' Z2 Z- K6 ?
  11.         {
    / f1 M' [  Y8 f  ]; r' l
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    7 ^: Z9 L' q# m# G! E5 ~
  13.             return -1;# T5 X# l% g$ l+ \2 i2 W2 |6 o* t
  14.         }
    ( I9 |$ Y, h/ ?6 ?' s
  15.     int on = 1;- d+ n% J6 ~. U9 Q& n! l" H
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ! q2 c3 a0 r  i7 a4 z7 X4 A3 F9 C
  17.     {
    & ?, r' `/ W3 ]/ \% j- x
  18.         printf("setsockopt error\n");/ K1 S6 p% s" q" Q: C3 f' ]
  19.     }
    - D8 |6 {: q5 V: u/ ^6 f8 E7 c
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);2 R2 H9 L- |; w: R
  21.     if(ret == -1)2 W. J( A. L5 h) F
  22.     {8 ^& |& z( ~! h& |) k
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    2 ~: K6 i/ v7 F, P% |
  24.             return -1;" |  e( _/ t- F- z
  25.     }
    / y7 m6 `- ]& w1 k. ~
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)3 k, w5 S) P( d% j. r1 Q8 p7 Q
  27.     {1 D/ B5 e# S1 u1 R: B
  28.             printf("Listen failed!\n");4 b' u/ b) Z& r  s
  29.             return -1;
    * [0 N& D+ Q, x* e
  30.     }$ v! S$ W) s' B3 t
  31.     return 0;  E: d) d5 e$ F
  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);
    6 p3 c: D5 f3 [
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
    % v9 G9 |4 D, B- z! f5 p' u( a
  3. {" l7 _" q8 R& Q$ D% F8 ^
  4. 。。。
    3 x7 H5 C" P) G
  5. while(1)
    # N0 h; D2 _! J
  6. {" K+ i. K3 J  L: C1 p/ J4 P% t
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
    8 |3 {- ~8 Y( V- U" p
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");; Y) I% ^/ U3 y$ J8 \% _3 `. b
  9.     。。。8 z% x( b  v% ^; E. \* R% i" _
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
      X6 H5 d4 w8 `) ]" k) |0 m
  11. }
    & \+ |1 z& Y, K# `& S+ [
  12. 。。。- t  d& z  K! `  |* h* [" x# N" 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);4 @2 @# U/ \1 ?: d4 Z- r
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;$ R' J. f+ k% |( N9 S
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
    6 Y/ t$ K! b  L, P/ K
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;5 v  L" o, h8 @" H7 y# E
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);" x1 l. P% u3 ^. U7 Q
  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;! _1 b% x; {* T
  2. pthread_cond_t pct;$ H+ f$ C1 m; |' K! R0 c
  3. int main(int argc, char* argv[])
    , m3 n8 g& M) v. N) c
  4. {
    1 E1 W4 b7 |& g$ W
  5. ...
    $ h+ d) V8 t  ~
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);! b5 r) ~! g% V* V, O
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);3 J9 }, c" [' k5 T' X8 A7 ~) A' X
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
    # z( F3 `9 y; E" P- R  {+ Q
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
    : U' b: T* e1 M3 J; |2 }6 ~
  10. ...
    ; D( }" v  v  l% X
  11.     while(1)
    9 j6 K7 I! a- x6 u' E( C$ ^9 M# ]
  12.     {
    6 m1 S& I4 Z9 O8 K4 Z
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);% H& n" j' J" [/ ^
  14. ...
    ; P8 L3 U$ v/ k
  15.     }
    " i* ?" x9 c3 m# Y
  16. ...
    9 y, P* g) X  r+ s3 G4 c
  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;">
    ' \3 {& K- X' k$ ~; 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" \
    5 `* E8 D2 I! u2 @6 x& ]
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
    $ g+ Q. q7 n5 W7 _% [$ v- [
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \  O) a2 x  E7 f4 |
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \0 G; G: n' D. I7 e5 n. W
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
    9 ~2 ]# g& @2 b2 h5 a0 H
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"1 f# h7 r. C( O* N
  7.     printf("preparing header\n");
    ! C8 _9 O* g+ j
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
    & x" N. X# f( d5 _
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \! H( h' z" N& b( j1 T
  10.             STD_HEADER \
    0 b2 V* s4 @, u& ?4 h9 K' J, C' s
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    " u8 p! I1 C. C  v; W
  12.             "\r\n" \
    + [5 f( t  k& x) Z5 ~- ]% d# y
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");  r. V: @0 g, L+ J1 E
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    " H$ b& W# P- M7 s7 |- K. P! E. j
  15.     {
    * G; J/ I0 J* S5 A, f
  16.         free(frame);
    * d+ w1 p5 o( A! G
  17.         return;
    ' z3 l% ]& Q; ~5 F, B1 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" \. Y: l+ ^6 g; {1 Z
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
    # W5 x& c  _3 |' o
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
    * R. D7 E( v& {$ t
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
    9 l4 w3 _, s1 n  e
  5.         printf("sending intemdiate header\n");  a; l' u! a. c" M* u+ _
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    * h8 @" H" P5 s' n1 C
  7.             break;
    0 \2 b6 \. R6 Z3 A( D' D1 m
  8.         printf("sending frame\n");/ o* T/ I# c& V7 |# G
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)# }1 f9 u) b" G
  10.             break;* {. H$ I$ w! j* q* R% r% i; C
  11.         printf("sending boundary\n");
    ( ~0 @; o* E4 `3 i6 V
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    % p! h7 @5 P5 K* u/ i
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    , D: \5 N& H$ F' M
  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。

! J. \' l0 U: \: n

% [/ A$ [9 G* [" N/ K
二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:& [7 t4 {+ ?+ {) K
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
    & S/ F$ I8 l! g; Z) f; }& F
  2. {
    2 }8 h- k$ d2 X0 x
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);6 j5 h5 g% t- M7 l7 M; }
  4.     if(*socket_found == (~0))- [9 \+ E5 r8 F
  5.     {
    - F+ J  l) l' \& o
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");% E" p* P8 z% f3 E9 R
  7.         return -1;
    - S5 c5 K2 G- Z2 @- F
  8.     }3 V/ P' V0 ~- d6 e  L/ e
  9.     addr->sin_family = AF_INET;1 K+ j$ _7 P) g0 t
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);8 ?& L# F! H4 g$ Y
  11.     addr->sin_port = htons(port);7 T5 M9 m: h- N" D: s) _1 v6 b( x
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);6 ~  N1 N& n, J' G
  13.     return 0;" R* A( @8 B5 s9 K+ Z% M
  14. }
复制代码
9 y5 s4 b7 q& Q7 t$ ~- l; }

6 ~/ A6 Z0 H& G) K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 s9 H5 i1 H1 d* B2 O5 W9 b% S& M) i; g

, i7 u8 p; G) L
  1. while(fend > 0)1 }9 b. w+ x  O' f5 N- H" L
  2. {
    : C2 Y  D% j' O1 T! h! |# e% ]
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
    & q" A) A, @. Y3 Q& V# G
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);. p  [* a2 P, {. n: P
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
    & n3 r! K4 _) F  _# Z  K
  6. {
    8 g! B) X& N& T+ w
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
    7 |9 S6 q% c: v- {* ?' F5 P5 ]
  8. picture.fin = 0;1 k  A/ o2 N% C- E' o4 V
  9. }
    9 ^' P% y" }+ w/ R
  10. else, `' S+ `: k+ e% g  i2 t* {7 s/ i
  11. {
    2 q6 P2 L% |. ]% W+ l
  12. picture.length = fend;
    ! G" d% k8 I& j$ d9 X. }( F2 Q0 g( i
  13. picture.fin = 1;
    " |4 P2 Y# I4 \9 E4 d4 F
  14. }0 [$ c! P- o& N0 |+ \# _2 v+ r
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);/ T$ q+ ?) d3 _% @/ y
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    ( H" j' I& C* K4 B3 ~9 l8 m
  17. if(sendbytes == -1)
    1 N2 ?% x, I7 w2 I0 P
  18. {
    + m( ]! h: t: k& c1 v
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");! b0 w" S! o: ^
  20. return -1;$ i/ ^" d- u2 s5 a
  21. }% c; _3 J2 l6 {3 e
  22. else
    1 z) i. W) H4 @% ^2 T
  23. {
    - I/ u" p/ t6 z6 u* q7 z. P# s
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    " s' U9 ]/ s8 J$ Y
  25. }6 r" ?3 g7 G' v1 D
  26. }
复制代码
* T( ~8 \+ p7 W+ _8 ]/ s$ X0 X- X
4 i+ C6 m7 u9 b8 m8 ]; D


  R3 h4 v: U* v  v% N6 N- }/ E
2 @% f1 b8 W9 e5 d: m: _iMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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