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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 : C  y4 v" Y, q( P$ L( C9 b; Q

0 k, N+ u( u  B0 e


* q  Z8 J: r( i) |7 ^, ^  J

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+ W: D7 Y' a0 J7 O7 c( ~( U- k6 o
% E; E( u; h- S) K4 E) ^

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。

4 J% W! W6 T6 M! h2 v6 J+ l, E

8 G9 K1 K1 P. W7 g) r5 I8 O

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。

    ( o3 `) J3 Q: ?# N: C- b. k6 p  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。

3 M5 G  i# ^! v& F% G+ b+ W5 Y
一、HTTP网页服务器
! M+ {( U$ r2 l, p6 ~! C

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)
    0 y9 p7 V2 J8 R
  2. {
    ' H5 T4 w6 c6 f! t
  3.     struct sockaddr_in servaddr;
    # q; H$ _: V# ^1 M
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);  C4 x& w/ a4 q  E. E
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));, N8 L) v0 {/ q+ I+ I6 Q% e8 u6 _0 Q2 s
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
    6 R: s* ^: ^, i
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);" u8 _, r6 c! I6 Y8 [
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);8 `' |& F0 L- S1 z/ e
  9.     int ret;
    ) _' U, N& w4 V, Z5 _, ]8 O) e6 @. f
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    6 |% r/ x9 p, z1 B
  11.         {
    ; l- \) j! d2 K' m
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    7 z5 o; S" V1 g# a! H* [  N! u
  13.             return -1;! ~3 p. a( H: K2 I2 C5 A& h8 @5 f
  14.         }
    / _$ D+ a7 {' D5 e3 |" f
  15.     int on = 1;) z8 \, [* z3 P0 V
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)+ p) q6 Z0 b9 k0 d
  17.     {
    ( j3 i& ~* @3 C. [
  18.         printf("setsockopt error\n");+ I! Y$ U" q* r
  19.     }
    , ~+ I% s& T7 J1 E
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);7 U/ O: M, ]; C1 p4 {# P1 X3 J
  21.     if(ret == -1), L5 w0 a7 }, I0 f$ I
  22.     {) N7 R& J0 E0 o! m$ r
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");- w9 S4 y% w, F3 D# U
  24.             return -1;2 i+ D: J& \3 b; ]  N0 A$ s1 V
  25.     }3 n! G8 |: t# C! y+ Z) a& ]
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    2 p4 S3 ~9 u* E5 Y3 D5 {" u, T
  27.     {
    ( k: Q' s6 }4 X, N3 q
  28.             printf("Listen failed!\n");- s& g. n* l6 n2 y  j1 T" ]1 I
  29.             return -1;
    . _) v4 d- i4 A: w2 {
  30.     }
    ) ?# c! W% E: a  k8 d3 [
  31.     return 0;- P6 |5 J8 E8 @5 `8 x+ L
  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);
    ! |% W2 M. M/ v# }
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)8 W) _8 K  J$ {7 \
  3. {
    : |/ A: x' _) S9 }- P8 f/ h
  4. 。。。
    0 |$ s+ E  z* A8 v" B
  5. while(1)
    2 F; E/ g2 W7 V" o" T: X
  6. {
    . i/ ^/ ]. }6 r
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
    6 C/ M. v4 J) n* [0 Z6 j% i
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");+ c, c4 Q( G5 s1 C9 Q) n* C5 W
  9.     。。。
    3 k3 f3 D. t4 v& H2 K( l
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    8 h+ w, H4 \) B7 u7 g+ _" f: m) k0 n
  11. }7 j5 k$ O; r* i" b/ n2 t
  12. 。。。
    ; S" M5 _  R( W: J& }; E
  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);; g; d0 d0 A8 I. V
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
    / L) k4 E* y  b. p  I8 w
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
    3 |( S0 ?: ^2 ~- S. S
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;8 G9 Y& F" [% I. z
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
    6 X& W( S" s. N# x% D! E- c; I
  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;: p5 X5 W: A, R, O1 J: @
  2. pthread_cond_t pct;
    7 [$ |5 v# }1 V9 E) h4 Z1 H6 n
  3. int main(int argc, char* argv[])
    ( x+ C+ k) ?, w# v
  4. {
    9 H7 V$ H2 l7 L' i- O# r
  5. ..." A; S. z7 Z- e) N2 V2 C/ `4 W0 I
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
    % K+ W, @) @& Z. E0 R; c7 [
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);7 T# z% `* z/ T8 x4 T
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);9 Y9 V! O$ j! S2 k, b, n
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);/ n2 K, u/ l8 ^( b9 D" [
  10. ...
    + O& u6 h/ O. i5 n- w* e5 `
  11.     while(1)! O& D3 \& L# A, I9 c
  12.     {
    ' F2 Z" r6 N; n" |: h7 S8 Z/ r
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    % v6 ^8 a/ @& ?: `2 E( N1 }3 }  Z
  14. ...
    6 d2 V/ @/ ~6 n, }% s- x, P
  15.     }
    - Q: D" E) A9 s+ o" F' w8 D2 F
  16. ...8 w+ E0 M6 m$ s. n: K# J
  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;">9 G) q- K7 q6 d' o/ N
  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" \; w* R& f$ n  @/ m
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \# N3 C2 m! Z# v& a
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
    7 S2 @/ ^, C% n- ?/ q/ j3 B
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
    # U5 |; w8 `4 J) O
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"$ r: y% z: g- x( \+ T4 _# Q* a
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"8 T8 k- \7 Y) t) |$ l2 L. V
  7.     printf("preparing header\n");
    $ j+ X2 z% {( M  o& \. E
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
    " F/ c% h3 Z9 j' ^
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
    * x2 I6 p' F7 l* ]$ q
  10.             STD_HEADER \# z. A0 C2 f% I  S- b% z
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    3 k9 L4 K4 k  L9 n5 \
  12.             "\r\n" \8 k: C; T& [3 p  I8 Y
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");( x6 p: t. q7 h4 i, K% P! V
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)( f+ A( s  m+ d) x) M4 C
  15.     {% y; S4 E4 r/ E4 {: y
  16.         free(frame);
    1 D! W& p( [  v. ~
  17.         return;. i* N* a  E8 T& o$ Q1 @
  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" \
    - `0 n9 a3 x  }- q6 n% k5 v
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
    8 p2 h$ U( [0 ]/ A5 s$ T2 m7 P; q% N
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
    % h8 N! a& r9 t. \7 J2 ]. T5 u4 p0 R
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
    + Y0 ^! ?4 Q+ @7 [' M/ n
  5.         printf("sending intemdiate header\n");
    6 A# C7 `- d% m& E7 @5 x  x# ~
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    9 E4 F1 ]# ]9 \) V' a
  7.             break;
    ) ]; A  {  C$ P5 }2 d5 H# H
  8.         printf("sending frame\n");: I0 K, l/ `% |& Y. F$ V/ H
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
    * H2 R2 ?6 [9 k0 R
  10.             break;
    5 p; [( B  H, d
  11.         printf("sending boundary\n");. K+ r6 B' L2 D3 R: Y5 e8 K$ n2 [% o
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");$ j4 F3 g1 d4 F9 W5 r; ?5 N0 _
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0); A% `( N* O' L# 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。


( @3 z' j# I) e. z


) z1 [- t0 N( q) c5 N1 j, M二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:
, P3 d! a. H6 X( Q4 O$ k, ]' ?
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
    ( Y6 Q2 r) T6 K% @/ s& L
  2. {
    $ M( y! b4 {7 Y- _( r1 C" e7 _5 @
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);" G& D% c& f* I3 R) q6 X
  4.     if(*socket_found == (~0))
    3 S! z' [0 p9 j  n
  5.     {
    8 F5 i7 F, s4 ^3 x9 ?
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");+ @  q7 }, ~5 a8 W+ `, j: Z
  7.         return -1;+ r' i5 I! x4 M4 L
  8.     }
    . ^) Y+ z. K( O
  9.     addr->sin_family = AF_INET;
    & K8 G6 E& m) G
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);( n; ?- J# A/ Q% s* J
  11.     addr->sin_port = htons(port);4 _7 R5 X( `. T- n
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    " h& s! E+ B, K; Z6 j) }9 |
  13.     return 0;
    $ y7 B- |, p* b! g' V
  14. }
复制代码

2 }/ s0 ?* M# e  ^& \
! J# e8 Y9 f' t  a' w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:9 d6 @9 F! {6 W; N  X5 I
" T$ `6 y0 E, q$ B
& O3 i% s* \/ W- O
  1. while(fend > 0)
    4 }5 {( B9 r: K+ a) S; `
  2. {
    9 @1 ]. N+ |  T7 s
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));" U5 s+ ?4 p- F  P
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);1 g7 E$ H, \! m/ U, y$ P+ u
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)  X- @! I, ?5 z( k$ f
  6. {
    * O, }$ b5 i$ U' j0 M
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;# R& s# B0 e" |. s
  8. picture.fin = 0;
    , p4 _8 ^5 C, E( O0 [
  9. }' _$ S7 `2 w& i: G/ f
  10. else
    2 \- `, `- {- L* j
  11. {2 U& g: z0 U: ~
  12. picture.length = fend;
    8 _6 b$ m( O5 K. W& a* j
  13. picture.fin = 1;
    2 S. O, Y& ~- C) ~/ ?$ g3 J! j# _
  14. }+ H: C- x( A: E1 d
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    3 L1 k& {* U5 t' `
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);5 a: s' M. h9 ~5 ]/ G
  17. if(sendbytes == -1)% ~* `1 e/ U1 ^9 r2 J
  18. {
    ! {1 X# z6 K) p" w, o
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    9 |/ \* y- l9 E1 [
  20. return -1;
    ; Q" B& Y1 f5 F+ v7 x) ]; p3 i9 \
  21. }
    ; U" _+ ~% B8 l/ T$ i
  22. else
    * j. k+ X: G1 G8 Q6 R
  23. {
    ' }9 Z  m- I1 S
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    7 I# A, @2 w& G2 L
  25. }
      E. Q2 J$ x' P
  26. }
复制代码

/ P2 `* u1 M  u! O: _' T& W2 C( u+ g3 X


8 s2 k( W' a% M( c% B& c  u2 A0 F, Q0 f. K2 m
iMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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