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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 5 _- _/ P- ^5 {6 ?- q9 Q3 e
& U2 k# x! m3 B' g


: X( }) Z* T. J$ G8 F6 t

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: q. E' @, E2 x3 k

7 C" C5 p) g! e0 A2 |% I. O- Z

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。

& V% H: |5 m- A) r

7 m9 [2 Z# Y+ n$ z1 {8 Z

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。

    1 m, Q6 l* N3 l' j$ \

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。


* @/ z$ e, n- _6 h一、HTTP网页服务器
; ?  r; M; }2 G7 J

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)& q& k0 v( z8 }4 d$ \: V
  2. {- `  k0 ]  c! _$ _
  3.     struct sockaddr_in servaddr;
    , k& f; O- S% C  Z
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);: c) B" R! O% o  ]5 k
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));9 ]/ `' c8 s# U" s8 A- ^9 `8 _
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
    4 }; w' b( Y+ w) m" Y0 r% |) T
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);9 i. W( G* g& Y/ N# J# J
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);% f$ f0 R8 C' @8 b9 B# L
  9.     int ret;7 t1 L  _8 v/ \# I5 N
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1); ^1 f. k  X& x$ ?
  11.         {) B. H, r; m: w1 V
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    3 F& |; k4 e, f! m, q, q" }
  13.             return -1;+ ^  i) i+ h0 r- @+ {
  14.         }7 i! q: J2 y" Y6 N
  15.     int on = 1;8 R& }! j0 b0 X$ Q
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
      _& I: d1 B% \. q0 n8 Q! n
  17.     {5 P6 z8 \/ z% J3 i
  18.         printf("setsockopt error\n");
    ' b7 M5 q0 B) e* k: S$ b) ~
  19.     }
    + e: p+ D, c- X9 S
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    # G2 d3 D6 m+ R( N! o% V; l* ?
  21.     if(ret == -1)+ Z. Z9 {$ K) s" E* Q
  22.     {
    : R9 z) h0 P* K$ Z$ a9 @  c) f+ P2 _2 n7 j
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    $ E$ K5 m) _/ \7 y: s; }
  24.             return -1;
      r- B6 t% C& t: ]0 a
  25.     }6 r9 p+ c0 `' A5 z( Q2 S: V7 A) o" A
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)" f5 O- E% G6 ]8 d9 ^
  27.     {
    # ?5 E; t" i/ K( s9 S
  28.             printf("Listen failed!\n");5 k9 L  O/ D* C
  29.             return -1;
    ; V5 e- S1 V' W
  30.     }/ b/ R! k- W/ M7 G
  31.     return 0;; D: }: F" Q! u4 [: [3 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);; Q) C1 J) s7 v" g/ F
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)/ o  @8 e' o# V% O# o
  3. {
    ; R' e9 x, u" f! m+ _8 }  t
  4. 。。。( N. P' r8 F  P6 ?5 |- {/ M5 `' A
  5. while(1)
    ! J/ k% v1 ?4 D" x5 L
  6. {# B1 V; P( m# R5 o
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
    * T, y  s" O( s% M$ D
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
    3 v- D$ \4 n' r0 o8 Z; m. W) C
  9.     。。。
    / N8 |- S6 @; o" ^# V" L7 Z
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);. t% O" x  W. E% ~' H) n6 P
  11. }
    5 Z3 S# q7 U. ~
  12. 。。。2 m1 s! x. _4 H- {) 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);
    ' A: ?$ N# w# ~( U
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
    8 g/ k) [* T0 ]4 e" C; ^* i
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;/ s+ W0 Y( [. v2 Y/ K" q
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
    2 m8 }, K; U0 j, _3 `* ?
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);. u6 C; u0 U5 M# s
  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;- L* B% b& U" ]
  2. pthread_cond_t pct;: B- d( S  L+ i3 _% E4 {( O0 P
  3. int main(int argc, char* argv[])& P/ |4 N; z; O- ~" y! u/ x
  4. {5 M8 m( [/ w0 i+ i: r6 O
  5. ...
    ; _9 r; U  |$ j+ ?( ?
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);: j, H  a! J* L
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
    4 @! n+ ^: v/ j* B/ `5 {
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
    1 c9 `0 l4 }- n1 X
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);" z  O# E, ]+ j% \1 z  }! t
  10. ..." m! ]3 `( I; K& {
  11.     while(1)5 `3 K+ ^8 l' C1 y* q& h$ x
  12.     {
    0 D: {: I1 z7 X! |4 a" Y! X8 k
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    / R' [: b1 Z. ]( ?, N
  14. ...1 ~1 m7 }7 P) [; U# R8 B
  15.     }$ `  \, y: ^0 N0 p/ \3 `
  16. ..." j1 b# V) l( ^; @5 X2 g
  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;">! T% W! `, a& e
  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" \
    ) x4 B+ L& `9 a0 h
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \2 A0 |' H5 [% F2 b# ~
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
    0 Y) `6 K) U- V4 r: \
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \. r' y- B7 |: \; s# {0 A
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
    % N. r# W( u# {
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
    ; c4 z; b; r( e- [7 L
  7.     printf("preparing header\n");
    ) h% G, h! d. R: g: A3 L8 @
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \2 O, ^, ?1 `# v' C# q
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
    " O( V, u7 C9 N
  10.             STD_HEADER \9 s7 H$ B5 l. m* O; a# g' b
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    % n4 T1 O) U5 Y/ ]
  12.             "\r\n" \, G0 \) M$ U9 H5 o
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");) x% a0 B+ p$ h8 s* m
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    8 _8 z  k$ U6 {" i
  15.     {
    ( m& C5 s7 W8 S8 |5 X
  16.         free(frame);$ f- G4 D- H) S& Y, i' {
  17.         return;
    ( h/ m1 E& f, Q+ w
  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" \
    7 Q; C( c/ f8 s9 `
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
    2 F& M" y8 {$ V; C' N* [+ f
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \8 ?4 r* s" d( A
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);5 S/ c2 y1 p& A+ L
  5.         printf("sending intemdiate header\n");7 K; i' p2 ]( M+ f& p! T4 T9 f0 C; P8 E
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    * |, l. b9 Y( s( O
  7.             break;
    ! g) c# a. `9 @
  8.         printf("sending frame\n");4 M  r' }. [  K+ g5 C! ~) x
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
    8 |0 c; d1 w$ v" b0 O
  10.             break;& |! d8 `5 `( D$ z
  11.         printf("sending boundary\n");3 h0 @! ]* [8 [6 }2 `/ ?6 J
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");- _+ |" Z7 S$ {. Q" [- i- ?
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    + Q" T2 `  Z5 y7 i2 `  ?" B8 O
  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。


; v3 k! V5 v. G$ V" b


" U2 j3 c6 v4 u: H二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:. V0 `/ @9 R! I; o% z  y" q9 D- ?7 K
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)+ q7 b+ i9 s+ s* C3 h5 v
  2. {- r+ }% W8 f' \8 Y5 s
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    / @& N" I' ~2 W5 H* B" B$ B
  4.     if(*socket_found == (~0))' W4 i+ A3 e& f  u2 Y- {/ J0 a7 T! n
  5.     {: s/ M6 v5 p* n3 q: s
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");: M! f6 {- X/ u& G
  7.         return -1;! n, {3 p: I. _2 S* g0 Z
  8.     }5 i' o/ M2 Z: y! ]) W
  9.     addr->sin_family = AF_INET;
    % g; F2 e8 U# ^
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ( }" _5 w- B. E8 i
  11.     addr->sin_port = htons(port);
    : s1 `( I: v2 m& A) h
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    - K1 _- w! u! a
  13.     return 0;
    . z2 B/ n4 x2 @+ i
  14. }
复制代码
8 n- _9 G1 T/ M* b  L9 T$ }
" I7 S: l: G3 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:- X1 ?+ i) a  o$ `' V" G- W
7 z1 w; R* ?  S' p' `' X8 O2 x# b# ~

6 h$ n" s0 K; a3 I2 d
  1. while(fend > 0)
    % k8 F# w% ]# G# b: S' M& G9 Y
  2. {
    ! b/ R$ N: v* H1 b0 V) Z
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));# G5 G- P4 I: Y- E" n2 `4 o
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);$ D1 ^/ E4 P% N( |5 H! M
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
    ( R" e0 A: _& ?2 _
  6. {
    $ O/ u4 }3 g, I6 f# G& e7 R
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;8 |4 m  n, l4 e- l0 \
  8. picture.fin = 0;0 E% Y$ C5 s5 a' [8 H; B
  9. }1 g" k1 u1 D% z: O& D
  10. else
    4 n: V% ]8 K7 P9 E  J0 S' C
  11. {
    0 J$ Q; V6 D1 p
  12. picture.length = fend;. e! r3 x+ h- J6 v, S& ^: @
  13. picture.fin = 1;
    & Z7 Z4 t1 D: N% ?! S
  14. }
    7 ^; J5 l  H2 k
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    6 S" Q, g; P: V( c# m
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);$ h7 K! s" a( \! L3 y
  17. if(sendbytes == -1)2 K9 F  ?* d+ ^- u
  18. {5 ~" S; ]6 W3 \7 F; i
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");1 t2 `2 h$ \. O- Q& {! R2 X
  20. return -1;+ t! N6 w' H( W% c* L
  21. }1 R! S1 }! v$ }' b
  22. else* a& N: ~. D  V: J5 I
  23. {, F6 u7 e# y! T' t
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;! o6 h, c! y  [, J& `; U
  25. }/ s; ~9 G7 J- J( Z; ?
  26. }
复制代码
- ]& e  ~5 _+ l0 c5 w4 g
4 \$ r1 R) R0 `# f: [- s( o

9 x7 i( V( |; M( W; v. m- }
! T# `: |* l0 p9 }6 y
iMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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