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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
- g2 T& @9 j! m
3 I7 @6 s6 v. o  u% Q6 F7 O

% h( S/ c7 f' P0 {; o* K- L9 K9 V( k

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) j" q1 e- _- h% R, n* Z

- s- w1 V& o0 l) C% ~' 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。


3 B( h& n% b( O, d% Q+ B' \

' w& U7 ?, c: x9 g, n- Q! R9 N5 K

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。

    " p- B' B9 f7 |0 i3 o9 b

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 f& q$ C7 H( L7 @
一、HTTP网页服务器
$ n! {- O9 _2 a

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 }" r! o+ U/ k
  2. {( w- M% }6 j* c; K  c- \
  3.     struct sockaddr_in servaddr;
    ) _& \0 A2 J. J2 R. l8 ^* V" q
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);4 Z0 Y$ ~: b# I% ]6 J$ e
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
    : f- @& K% t/ o% o! H
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;+ d7 ]7 o! I1 c+ ]+ y
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);$ O& g. z* t% _. x/ g3 a
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);, ?1 O6 F+ ]" j( m. h% H
  9.     int ret;
    ) W7 x1 v3 E$ _% m) p4 o1 [+ K) ^2 H
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    % W$ y0 \; i& W# l1 j$ W
  11.         {
    : Y8 U( A! v( l9 v: I
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
      m: F, j& [+ {/ H; I" r0 I$ B
  13.             return -1;4 F) Z" ^9 y+ P9 J- f
  14.         }8 C6 ^5 d- {- H- m6 ]0 h
  15.     int on = 1;
    " E9 X) r2 ]$ a; D# F, a( d
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)7 Y. U4 M1 f  v, z
  17.     {
    ' p& Y5 Y2 ~/ i8 D
  18.         printf("setsockopt error\n");
    ) ^. ^/ z- ~& ]1 t& f1 l* C
  19.     }* t) L) e+ u! y: ~9 s) V
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    - A8 I% d1 a" L: M9 A5 q* H
  21.     if(ret == -1)
    ' w1 H: l3 V# L1 v) _0 ]5 ^
  22.     {
    . I7 q) X' t2 `9 v; n
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    9 S! h6 M! P0 q* M8 W1 B. b0 w
  24.             return -1;
    ) {: W" t  o1 U! o8 f/ S
  25.     }
    2 r) {+ S4 `9 o$ K. b5 x
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    ) V9 i) K7 P# P
  27.     {2 E- t0 T7 R" |- ]( A" @3 P- ?
  28.             printf("Listen failed!\n");, C. X% V1 [! ~& _
  29.             return -1;% W6 v5 L# u; d6 |! `2 a
  30.     }6 W6 ~  R# r7 ^: E
  31.     return 0;
    9 z$ v7 E" M/ 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);$ O( ^  c1 M, ~, n
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)5 E1 e# a6 k. y; E
  3. {7 N/ b' e! N; ?* ?& ]
  4. 。。。
    ; u% U+ A1 A1 |9 C: _6 y8 A! ?
  5. while(1)
    9 k! {; l( U4 y/ k$ Z
  6. {
    8 c" |' ]0 l! b: y& M
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
    5 z& D$ }# [3 ~5 j3 [
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
    4 o! j: a% T' l6 `% h! W. M
  9.     。。。& m  D/ ]/ t% p: Y9 N' {
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    + a+ T2 X' |% C6 P
  11. }
    ) Q  o) A# J: l  C, m; p8 a' y
  12. 。。。
    : H3 ?+ c/ p0 l
  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);
    + q2 B+ o5 C3 Z# j4 e6 h, j
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
    5 D/ s+ e) I8 q" D$ Q. o
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
    # U! Q3 `# `" c' |# Y- O4 ?
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
    3 r4 t; O" ?: P2 N! H# d% D$ j$ \
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);4 K3 Q+ O6 N2 h) @8 [8 v/ \
  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;
    ; a2 p6 u$ p& N$ ~6 c3 z# H
  2. pthread_cond_t pct;9 h( r7 I: }6 U- j: `: {
  3. int main(int argc, char* argv[])3 p3 I( d. y# M4 r" q9 K# r& p0 R% w
  4. {
    6 J/ X- i- B7 q8 [# {& t: u) v/ q
  5. ...
    % }5 t: T" H& U" ]+ t( o
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
    5 g5 x( Q: e  ~: R; @9 Q
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);0 ^+ K. {- E- [4 o) `! N% K; @2 O: _) @! f
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
    . x+ u# `0 Y- [9 Y* r
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);" }" q/ l0 k3 o9 W6 I, |
  10. ...
    * I3 A# q/ K( ?6 ^8 q' {
  11.     while(1)( O0 ]% }) Y+ ~9 r" u: \4 g# s
  12.     {/ U1 ?, D1 u$ o! w
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);) `9 \' {7 r, x/ ~
  14. ...$ P4 F$ ]* ]5 [* B
  15.     }# b- @" A9 {) L. {$ J
  16. ...( b  e, w  }3 ?" s, H3 |
  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;">/ ]: o% }- X% W- t9 ?
  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" \* N( n) ]. I1 `- x
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
    ) Z8 h( [$ q/ g. D8 K
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
    ! N' i2 U- ?' Q- M' j! _+ l" }
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
    4 u* E' ]& {! \# a
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n". }1 _; R& [: O! k* e4 o- [0 N
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
    ) o1 U, ?0 n  Z$ ], m
  7.     printf("preparing header\n");" ~" r: N/ @$ B0 o3 M
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \& k, s# R; \  J# L/ }6 s$ }- Y
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
    - W5 a. r! I1 ^4 m# t% q
  10.             STD_HEADER \
    1 B9 K1 E, m: N
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \. _, w- y0 o- x" z% y+ \
  12.             "\r\n" \
    % L+ S% e- h3 f, T
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    / ~, P& [) m7 Y7 s! t7 R& V7 z
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    - h) H+ c; _: x' j6 F. b% c
  15.     {
    # y7 P( }" @* e0 A
  16.         free(frame);
    % o7 V0 Y( ~) u" s# d
  17.         return;
    : W5 U  y2 d+ y9 B/ X
  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" \2 ^- V3 W% _! X( W0 r
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
    0 i2 z: V% X3 h
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
    , f/ h1 X7 V1 q" ~! q! Y! X
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
    9 ^* i3 t% A& {- j7 Q6 m8 U! H; j0 V
  5.         printf("sending intemdiate header\n");
    2 A/ z0 R( B& c; `8 t1 S
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    * e( v, {6 W- m0 V  c% E
  7.             break;/ p8 Y6 k# [& I6 t
  8.         printf("sending frame\n");$ a! a% s# u) A0 K3 N
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
    , U5 z* e! k7 j9 e. _4 H$ z
  10.             break;, @( H2 w; f& d! B, \
  11.         printf("sending boundary\n");7 Y* _# m9 p! x$ a
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    2 G& ^) G( s$ Y+ Z% @) T6 H) t
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    , K3 B2 t0 O5 h8 {
  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。

) i5 B4 L, H4 L0 ~$ |$ g  |) V( G" `

) ~8 L/ Y1 x: m$ ?# h  \8 h
二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:9 @2 ?' l4 r! u0 B  g) N1 f' W; ^  k& B
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
    : g, Q1 |' f# A
  2. {, Y9 ?# y! v; X$ H0 }
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    ' X& V. w' c7 \, M& R, Z4 ?6 W
  4.     if(*socket_found == (~0))* y, j6 ^) b5 T& q, ]! }, x6 o
  5.     {/ x$ t: g$ I* f% Z6 B* D. ^8 _
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");* s( |. M0 ?+ p0 N/ x% [& X8 F* Y
  7.         return -1;
    ) X4 a3 d9 r$ j1 D; x* C% g
  8.     }+ {+ E7 b/ A& u( l- `; m0 b
  9.     addr->sin_family = AF_INET;2 u; Z3 e" d. r  Z) m$ [
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);3 U3 J( R, u  Z
  11.     addr->sin_port = htons(port);
    ! I; ~- t6 A1 @1 ^8 Y
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    ' w* y. H9 ~, _7 ?
  13.     return 0;
    + @# D9 O  b' Y0 R" |! o
  14. }
复制代码

; n0 J" D) S5 M% A
6 H0 x. c$ _- U- _2 p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:
, T0 Q4 i' \/ ~6 @2 W) j
: ?0 u0 t. C6 M: m; t6 D& F
3 f* c2 G1 {& d* @6 y  s
  1. while(fend > 0)( M7 g  K1 R6 J5 Q% [8 M
  2. {( X2 ?; `/ u8 l
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
    0 W. H! N5 |2 N6 r+ ?, D% ]
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
      Z& r. s$ |  b5 L
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)4 N2 C; G% Q! G- ~$ k& x4 Z
  6. {( y/ D& z6 m% i3 g' H2 T
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
    . A7 ~# b7 R+ Q, J  U
  8. picture.fin = 0;* S2 f- E9 ^# n8 J3 L& U
  9. }
    + D$ o# j$ v8 W( k( k/ a( A% d9 O
  10. else/ X# w( R. [7 j
  11. {
    0 R& {9 |- J) S% \" N
  12. picture.length = fend;4 F1 \* W/ S2 f
  13. picture.fin = 1;
    ; b8 m- u: `0 k% Y5 t
  14. }9 N" n8 t! j; Q5 K2 Q, @* l" ~
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    / T, w6 y7 t- G2 j$ b
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);* V8 t5 F  y& ^. b+ o& T
  17. if(sendbytes == -1)
    5 a1 F% D) Y1 v( N
  18. {
    6 V% M1 ^0 z4 n+ T5 r+ M" C
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    / W; a+ _9 n0 X, ^' c1 H4 Z
  20. return -1;
    4 ?3 ~# W& M- R, s
  21. }/ _# y) Z9 i# }7 E$ d; v4 l$ ?
  22. else0 X* X( C. g& K
  23. {" `2 u) I2 z; }, [8 F$ e1 ~$ y2 M
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    0 b8 n  o" [% _1 S" e
  25. }
    8 \0 U. G6 b; r! R$ Z/ j
  26. }
复制代码
# r4 t" S# ^/ V- ?& U

4 _2 V9 m& u0 X7 ^  `4 H$ \  B7 F

# }3 A2 M. {( w8 D$ |( G" c& U

: F! B5 u& T) g, [8 y) m5 xiMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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