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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 r! q' d" K* ]. [, W) P9 r# ]7 V
" ?9 J8 P. H& o& |


& P: y  G# d* U1 p) G4 M* |$ O8 V

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
0 P6 t2 g% T% B5 h( i4 b' e9 H: K  B' [$ k, W1 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。


" r, ]9 d1 k5 W

& ?0 M" E+ u* w

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。

      X( ^. H8 O2 F5 t9 J5 \$ Y" L5 @% D

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。

9 \- e: O3 }0 k' `( `
一、HTTP网页服务器
) N- ]1 A. E  X" 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)
    3 r) M! S: p4 `& I1 Z* r' h2 T& E  {" q
  2. {
    6 x) ?5 b9 _" E( s7 N$ l
  3.     struct sockaddr_in servaddr;9 {3 g; G  r% Q) l6 }( N3 U9 H
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
    7 ~; s! b, E1 f4 F' g0 M+ J8 G
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));9 L- C  W: E2 P' Y3 P
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;. i. i; G1 N) x$ w
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ) V# {# E, N( c' S, [: R! l
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);& {# A/ ^0 Z- T7 l& I
  9.     int ret;# ]! Q- \- d" p7 m
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)8 {& B! S# \1 V' k) V
  11.         {: M6 ^5 T: t! e9 s4 O! E8 ?
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    ! G) }! r# A, z) w( v
  13.             return -1;
    # }4 z! C7 J6 Z. r7 ]2 L$ l
  14.         }
    ( P- w" i: q* l4 e  V: \$ \" P7 j1 X
  15.     int on = 1;  x4 ?7 e7 O; E8 E& o1 F, b8 m/ d& @
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    $ Y  P' C# A, `8 \/ n
  17.     {
    & {) L8 W5 {% Q
  18.         printf("setsockopt error\n");6 o6 w! |9 b' m/ |% ]
  19.     }
    9 O# f0 o5 U) w- l5 }) Q: Q0 D
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);. z+ \' v8 t9 t( e; r8 z& b
  21.     if(ret == -1)4 I, G# _. @7 L
  22.     {
    8 ]; L" ?+ U, f/ x% D$ S& j; f' K
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    3 g. l7 D2 s1 z% ]
  24.             return -1;
    2 W5 j5 j8 |5 ], U
  25.     }& H, n2 V# T$ |/ L: r! c* _( ?/ w
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)+ [: s3 r8 X4 h8 P) _
  27.     {
    3 P& s5 h. |% M; V2 }+ y1 G
  28.             printf("Listen failed!\n");& j7 R  J( f8 S: e2 _. x
  29.             return -1;7 K4 W. b& J: x8 G& s/ U/ e! u
  30.     }# O( n) s- j* n+ g& t5 W
  31.     return 0;1 C" d4 k  w8 i8 ]5 t" ~) 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);' b. f2 `1 ^. \2 `; ?
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
    . h& x2 h- q& A! z7 Q
  3. {. v- @# r" ]& x# S
  4. 。。。
    ! a+ R, u) d. c
  5. while(1)' v! V  x7 e$ v& A
  6. {! c, P9 ]0 |+ }8 G3 m2 M
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
    ' ~  @0 i3 F* r, x2 M6 U2 @
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");( ]+ s. M) e# l( r+ h  P, p
  9.     。。。1 L1 Q( J$ B2 v( d1 o- _# f2 J
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    7 v4 [9 l8 ~, E7 q( o4 [! Q
  11. }
    2 S) M5 {! q9 D: k. t2 s* r
  12. 。。。+ \. s9 M. t% `/ n! q3 L& r4 X
  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);# |) |  ?$ ^5 ~' p& L2 _9 h, M6 \
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;3 P' G) H3 O. B# V' s- e
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
    % Y; @7 S5 |3 m5 W1 b
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;: W2 R% r7 m4 o. W
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
    1 ^. ?' }+ k) r: C' Z0 f
  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;
    & U+ H% m- o  F# g/ r
  2. pthread_cond_t pct;
    ; r( P- y* u  u, C8 m# m
  3. int main(int argc, char* argv[])
    % ]8 J" a( A( N9 y# X/ \: d
  4. {5 H* E  l# o) R
  5. ...+ K% B# z  r& E) m' {# U6 o- U
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
    1 [9 e$ _" B& p
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);6 o* u7 r0 \7 m3 F% @7 V9 c
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);4 A5 b" B4 c2 a& a& U# k! d1 F
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);5 U7 T5 n; F7 X0 M8 o
  10. ...7 M0 n/ g* P3 J+ E
  11.     while(1)
    9 Y% t8 ?/ q6 g
  12.     {
    , n6 \) O9 U& G* F1 x* c
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    , e% E" R3 g5 G; O6 h* w6 |
  14. ...
    # B, ?! b# U# p$ e2 [
  15.     }9 K6 i+ q/ p# H. ~# N
  16. ...6 g$ d  F8 n, t, y$ V- j6 Y, 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;">1 F# J. |3 G" d. P6 J6 B
  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" \; Z5 q; |, G. N. P' N8 Q
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
      t3 c% P0 a5 k" z+ Q9 L/ Y* w/ z
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \( H2 ^, d/ ^# k- s
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \9 @: w0 Y1 \% j) {
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"2 |5 X1 U4 \& P  R
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"& |( g2 J/ D- J# W: e- V0 g
  7.     printf("preparing header\n");5 Y7 M6 \5 N$ K
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \' D' M/ e% s: j1 x5 w6 o) J5 u& E. G( n
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
    % [& g8 ~( t7 t# k) i
  10.             STD_HEADER \
    2 O, [% I/ j  I  N4 w& d
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    ; Z+ X9 Z) _( m- I8 P( Z
  12.             "\r\n" \5 _% t( D7 L2 f8 {6 g
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    ) w- K' V" `1 t0 o- {- E
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)) g, N( p6 f, y, |: Y8 L; z
  15.     {
    # c" d; f8 Y. I9 v# k. ~
  16.         free(frame);
    + R4 s) l3 R- P1 @4 [+ P3 x6 t
  17.         return;
    - E1 z0 D/ _9 ~) j( q  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" \  H( E/ V3 j( r; W9 C
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
    ) s- `+ n) v; @, @9 W1 u2 Z, H( t/ D
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \  D$ Q2 @. r: I
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);% }8 V1 _2 T6 V, B9 B- T
  5.         printf("sending intemdiate header\n");
    : D( |8 C# K8 E% d+ Z/ _
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    - `% }" P9 i2 U* e
  7.             break;
    2 \2 R2 I) }  T2 B6 d
  8.         printf("sending frame\n");
    7 n3 Q" \/ Y; l5 o, Y* X
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
    & o5 G6 S9 G8 }2 {9 s$ v" G
  10.             break;
    / g" F  k. M  h4 D. B) ?7 f
  11.         printf("sending boundary\n");) ~+ }( P7 Y! f) v4 h* ?( ?3 H
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");4 A! D# a/ ]( E5 H4 ]8 [# h
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    0 Q' |9 V' w3 x2 K" c  `
  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。

5 q+ k- R6 q/ ^& a


8 Y4 ~8 l2 ^6 f; E& B$ Y2 B二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:
% e' [6 P* C" v" R* q) X  V
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)3 i: e4 V  q& @7 @6 G  g
  2. {& h1 c5 S( H1 C& X
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    4 j9 x3 A4 ~; P* b. q& i- `8 N8 |. _
  4.     if(*socket_found == (~0))
    8 A: u8 V6 A( a& e; p
  5.     {
    0 X, C4 S, {7 a) k! R
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
    1 E* @8 c, e( D" `% w& o' [
  7.         return -1;; W/ ^7 f& T/ |0 p1 s) H/ v
  8.     }! i. l3 [/ J8 U9 w; J
  9.     addr->sin_family = AF_INET;- b2 Y& {8 ?. Q) f& m2 N# l
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    8 q9 Q+ h; G/ M. m9 s
  11.     addr->sin_port = htons(port);6 K8 z; g- d" a9 @1 I. k8 u
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    $ C" o6 D0 p: R( C, W& {  n
  13.     return 0;
    3 O# `% w) X5 F5 j% J% P. ]
  14. }
复制代码

+ a! \+ V$ |# v* g
5 b; j1 Q$ f" C* m. n4 ?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:# {( d3 {& b: w( C5 T) k: H' C

: [8 I- H8 M0 ^, u, r, `9 Z
1 I+ u2 Z% {+ @/ e' D( Q0 ~
  1. while(fend > 0)" i) A& h& U4 M) m7 o
  2. {
      S: p. ?; N3 ]! k5 i" V
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));/ K/ `! m; D6 k. h
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
    ' t) H7 h4 I- S1 K, O
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
    3 c7 y8 N1 i' `
  6. {
    6 M1 ^4 t! l$ ~% p4 B- n$ u
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;8 a, I  @3 x1 k$ x, n! g% ~' n  J
  8. picture.fin = 0;
    0 h  Q- B6 r: v6 s$ j- E
  9. }
    . ]8 w) F: v- j
  10. else: c* M& S3 j) g- U# x
  11. {
      g: [# t1 Y# {( A0 i
  12. picture.length = fend;
    " R" O1 }' P9 L/ O/ q( N* v
  13. picture.fin = 1;5 n$ M5 Y! {' |# Z
  14. }
    2 A, U0 I0 w1 d1 n, j
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    2 |6 B% ?! e2 ^9 |6 R8 p
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);+ v- R  t; s: s" e1 _4 c
  17. if(sendbytes == -1); m* g" T5 e. B+ [4 o" Z
  18. {) P' ^/ H5 N  u7 l+ K4 r5 m; K+ b
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");( d- O2 V6 \4 T% }. A- h/ E% @6 B6 B3 |
  20. return -1;" \7 q! x$ Q) w) P5 L
  21. }7 U" Y( K9 I' ~+ m
  22. else
    9 ~: t; r  c0 M! L
  23. {9 K9 X3 N% ]9 P: O
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    * I5 M% H+ v2 ]7 h! o, R
  25. }" H  j/ E( j: u4 \( ?
  26. }
复制代码
. l( c2 P! ?5 P
1 U2 A3 W8 H. N

/ y0 N/ c8 `5 i* J$ D& j1 I
, `) _. n, N6 M4 _
iMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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