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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 6 M9 z4 E+ u+ ~6 j' }3 c

! |  z( N+ t+ j) p

; |3 y) C" ?! F$ ]7 k% f

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.html8 g% i& N" u5 y; j) T- V4 a
: g# _; X4 h% V! R6 @* G; V4 i& F6 ^

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。


/ {& W" G  W: s7 M5 U


# w( i% N: Y, N1 r

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。


    + l7 P" s! p! o) Z. [- U

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。


! @  J  @- Q. T; \( g, M  D- j一、HTTP网页服务器
, Y  e* M& ^8 l! O' o

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)* i6 Q, w; f6 A
  2. {9 |$ E- s$ ~0 A, p5 j* B% q7 f" T
  3.     struct sockaddr_in servaddr;: B" k+ E) j4 g& L
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);  f. s  R6 A0 ]' [+ N
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));1 J1 I' y  }* b# a- O* G) U, a& T
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;* r8 F) l* t+ `
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    1 C# v3 \8 p  O$ @3 x: F+ `
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);' V/ U1 Z1 n- R
  9.     int ret;
    2 h: Z3 B5 u  K+ B3 ^- J! p
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)8 a, _& M% A/ c5 [
  11.         {
    + X6 F* h+ U: N/ z
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    6 f0 r$ x. s8 x$ k0 x- q8 ~+ U; P
  13.             return -1;
    % k2 H& O5 d% P/ ^; h  P
  14.         }! E6 l% P/ V) U) s# @+ h
  15.     int on = 1;7 q  E7 [# U# n5 N
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    / Q6 K$ Q, }- x. A! J
  17.     {
    $ P2 y" _  y+ ~/ B' Y6 M
  18.         printf("setsockopt error\n");
    9 N* t0 W8 y+ H, M+ y" F
  19.     }
    5 m8 _- h6 s. {8 O* L) M& C! a" c
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);/ {) p2 s/ _5 i8 f% }/ Y- @) W7 W
  21.     if(ret == -1)
    6 ]: b* S. p  c; i& T6 A  E4 R2 E
  22.     {
    4 p3 [* S- ^( O; {9 M0 V
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");; W$ }  `! @5 C1 Q
  24.             return -1;
    # E& [' A) ]( w
  25.     }
    : `! ~5 h6 a2 k' ]; x
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    # h& t6 i! n' j. \2 L7 ]& B, l6 e
  27.     {
    + ]1 I4 T1 h" a0 Z
  28.             printf("Listen failed!\n");
    6 p0 h9 i& F4 k  T  t
  29.             return -1;
    + i) `" C! H) h8 j+ L
  30.     }5 K- U# T: p, A4 W# T8 r5 s5 d
  31.     return 0;* u! `# \8 d1 i; w* z% q) U8 e
  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);
    ' u( j; l& C$ T: K7 V4 r1 r$ f- \# O
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
    $ \: L2 P2 a  C- b% i3 r. x$ o0 S
  3. {$ |8 J8 m) \- p4 i
  4. 。。。' V; g( R' r* a) s" {0 g* ?& D9 N
  5. while(1)
    ; C+ u2 J- F, A/ M% U: f
  6. {6 }) B8 b( C. V# n6 a
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
    & |; A) G1 s) i5 M; ]
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
    ( b3 m+ j9 U+ ]% ]
  9.     。。。
    # l# f- x, U  T* k& M, ]' N( [' A
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);# i: M3 c3 U: x5 z7 T7 {# h' Z
  11. }
    . R: \# z1 w* b3 u/ p9 n2 w+ R
  12. 。。。/ D8 Y! a) o# ?) m2 F7 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);+ M* H: Q! r; b" e3 [' h- s
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
    2 B, w3 l* O) O; `8 b/ w# {
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
    ) J9 y9 ~: g8 \7 q
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
    : P+ o( y& Z: U8 p: s
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);, K0 q- f1 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;
    7 d; B5 {6 C3 d; l  V# \1 A- W, o
  2. pthread_cond_t pct;
    . ~: h. N* t/ f- S; W/ p
  3. int main(int argc, char* argv[])1 b9 _: X) e; Y) A
  4. {- B3 p& [! V3 b6 s! m6 G& m: j
  5. ...& i! m( D/ }) p  g! t* G* M9 g) ?
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);4 k6 Q& ?4 B/ g+ c
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);" G6 i9 [8 s8 h- d2 [
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);9 T5 @( B3 z! P( J0 ^, O4 N' h/ I3 Y
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);  q+ f4 F, d; n' o% U
  10. ...
    * H$ A7 {) @0 }5 _
  11.     while(1)0 K  r% `/ y, s) \9 b. W3 z
  12.     {0 H3 P1 d" b5 i) y8 A
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    ; `* w; k/ w) [$ X2 F  s
  14. ...
    ; L2 ~; f) P. B
  15.     }% c! O' T+ ?  j& P( N
  16. ...
    * o& Q8 _% x. ?& E1 D
  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;">5 Y& D% T" o, }- f& ?* d$ 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" \8 a$ h) ?8 m" e2 F
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \1 w: O; }; e+ O  \# G$ L, d3 a
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \$ S. Z" m3 A. U4 M/ x
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
    & W! p+ L3 U% ]8 z- J' s
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"5 }' G' V1 Z+ A- ]$ o6 x
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
    # d! f) x' S9 @( m* p
  7.     printf("preparing header\n");
    ! P, D- C, e# c6 y2 }$ n1 k, [, ?
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \& g+ b# Y: {0 f) `  h- v
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
    1 w. D8 {% n& h4 e3 @
  10.             STD_HEADER \
      W2 N6 m' E6 A: N  U
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \; a3 U  A7 Z% [3 S: g! o3 M
  12.             "\r\n" \# ^; B6 y0 T- c7 C; I
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");3 j! x9 E! G$ u" b8 M- b7 X
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)4 A8 H& W3 ?+ s. k& a6 O
  15.     {- v! m' i8 l( H: g( F" c
  16.         free(frame);; ~% f, V; P8 |* O/ y
  17.         return;* f; h! B7 M' r& G
  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" \
    9 o5 r. }8 ?, _' x1 @7 w* y
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
    $ {8 j3 d1 g4 H$ z3 T
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \4 _9 r) q6 h) P& U1 F
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
    & Y+ u+ g% [8 L$ A( x: r0 M- k
  5.         printf("sending intemdiate header\n");& R( R8 C. ?" @, r/ H
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)* N& \* `5 C5 X2 E, E7 @; n& N
  7.             break;! X# |1 V) l) w5 ?
  8.         printf("sending frame\n");
    6 J  ~3 ~1 E2 U/ d# }  J& X! X
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)4 A) `+ h9 I( Z+ W7 T( z
  10.             break;7 |/ S! O! ^; }" n/ c0 E
  11.         printf("sending boundary\n");: x+ m: N. Z. A- q& y8 s/ Y/ _
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    # u5 A7 v; c* n% e) W
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)7 \5 |* H- f2 F
  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。

/ C) q1 Q5 [% G! n  k

4 ]/ x+ ^* `% k. }6 F8 `
二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:2 G% i6 ~* w2 |  c* D3 [
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)7 v5 w1 a. Z7 _% r9 J& C$ c
  2. {
    # y# a0 q4 h1 v6 ?& B, \
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    3 u# j7 n6 R( w( U: ?9 O( J, j# p
  4.     if(*socket_found == (~0))0 p/ R$ a; q8 m$ u
  5.     {8 H% _3 V/ n: c
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
    & P, h. V+ V" x) E/ h# Q
  7.         return -1;; y# c% b* j: G5 o5 F
  8.     }
    5 g3 I1 x/ \6 `5 D% n
  9.     addr->sin_family = AF_INET;2 \* B% }: K  a2 K! s
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);- N2 Z% }5 S5 u/ D, O. z* e
  11.     addr->sin_port = htons(port);2 N8 ]) P( ?( x& B
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    ) K# C1 }0 w6 L& c5 j
  13.     return 0;; L! k9 Z( t5 Y7 ^
  14. }
复制代码
6 K9 }$ s( D+ W

( ~* C  E0 ?3 Q4 K, o0 Q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:* Z3 E; [1 f" [& Z2 F  b
# M. c! M% ]0 {0 V- x9 e

$ M# ]) c$ |$ K  [0 ]
  1. while(fend > 0)
    % [  L& y% _1 G, Z8 ^: V
  2. {3 \8 k- O; z+ }" M6 s5 ~* m) v
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
    : ^4 N$ W9 X8 h( ]
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
    / q# Y. E! B  y" w: J0 {& e) B4 F' Y
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)5 C: x+ P. t- x6 _
  6. {
    % ~6 ]3 [5 h5 ~. p
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;, [- @  p( G; [) t& b
  8. picture.fin = 0;
    1 U4 b5 N8 `) q
  9. }
    ) ~/ X; r& T6 k6 ~
  10. else8 m+ B- {) h5 V
  11. {, G2 v3 \, T3 T+ `6 k0 e. h
  12. picture.length = fend;
    ' _' x" \& h) r$ \
  13. picture.fin = 1;
    + ?0 W$ X$ t: j& C8 e
  14. }$ m0 l" B7 X& ^. S2 `+ N
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    - n: y8 P# B5 z9 {* W- Y1 N" Q
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    7 ~$ s! x6 a$ [1 y4 H3 p) Z1 [
  17. if(sendbytes == -1)
    8 ~7 v9 B# o( s' z. _% ~; \% }- [
  18. {3 V% C7 X8 w# S3 y0 M
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");4 Z: H. h  k, }4 W/ A
  20. return -1;1 @; z& v+ r: Y3 V8 C8 L: {
  21. }
    ! X% t. ]8 S4 n. A/ S& L
  22. else
    ' P% Z" V, A. V; o+ B! U  M
  23. {$ R$ s1 _# }8 C* q. N" R
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;/ |; w8 ~( f. r( J8 y% i% x
  25. }) i3 v! H5 I; g8 Y
  26. }
复制代码
' M& [7 e' m0 N+ X/ x7 f
5 \1 f+ i* }+ [" A: \+ k


7 t, H. x# C" u4 c# O1 S. o4 a. O. ~9 p6 `6 Y; G
iMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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